Ion semiconductor sequencing
আয়ন সেমিকন্ডাক্টর সিকোয়েন্সিং হল ডিএনএ-র পলিমারাইজেশনের সময় মুক্ত হওয়া হাইড্রোজেন আয়নগুলির সনাক্তকরণের উপর ভিত্তি করে ডিএনএ সিকোয়েন্সিংয়ের একটি পদ্ধতি। এটি "সংশ্লেষণ দ্বারা ক্রমবিন্যাস"-এর একটি পদ্ধতি, যার সময় একটি টেমপ্লেট স্ট্র্যান্ডের ক্রমের উপর ভিত্তি করে একটি পরিপূরক স্ট্র্যান্ড তৈরি করা হয়। ক্রমবদ্ধ করার জন্য একটি টেম্পলেট ডিএনএ স্ট্র্যান্ডযুক্ত একটি মাইক্রোওয়েল ডিওক্সিরাইবোনিউক্লিওটাইড ট্রাইফসফেটের (ডিএনটিপি) একক প্রজাতি দ্বারা প্লাবিত হয়। যদি প্রবর্তিত ডিএনটিপি নেতৃস্থানীয় টেমপ্লেট নিউক্লিওটাইডের পরিপূরক হয়, তবে এটি ক্রমবর্ধমান পরিপূরক স্ট্র্যান্ডে অন্তর্ভুক্ত করা হয়। এর ফলে একটি হাইড্রোজেন আয়ন মুক্ত হয় যা একটি আইএসএফইটি আয়ন সেন্সরকে ট্রিগার করে, যা নির্দেশ করে যে একটি প্রতিক্রিয়া ঘটেছে। যদি টেমপ্লেট ক্রমে হোমোপলিমার পুনরাবৃত্তি উপস্থিত থাকে, তবে একাধিক ডিএনটিপি অণু একটি একক চক্রে অন্তর্ভুক্ত করা হবে। এটি সংশ্লিষ্ট সংখ্যক মুক্ত হাইড্রোজেন এবং আনুপাতিকভাবে উচ্চতর বৈদ্যুতিন সংকেতের দিকে পরিচালিত করে। এই প্রযুক্তিটি অন্যান্য সিকোয়েন্সিং-বাই-সিন্থেসিস প্রযুক্তির থেকে আলাদা যে কোনও পরিবর্তিত নিউক্লিওটাইড বা অপটিক্স ব্যবহার করা হয় না। আয়ন সেমিকন্ডাক্টর সিকোয়েন্সিংকে আয়ন টরেন্ট সিকোয়েন্সিং, পিএইচ-মধ্যস্থ সিকোয়েন্সিং, সিলিকন সিকোয়েন্সিং বা সেমিকন্ডাক্টর সিকোয়েন্সিং হিসাবেও উল্লেখ করা যেতে পারে। প্রযুক্তি বিকাশের ইতিহাস প্রযুক্তিটি ডিএনএ ইলেকট্রনিক্স লিমিটেড থেকে লাইসেন্সপ্রাপ্ত, যা আয়ন টরেন্ট সিস্টেমস ইনকর্পোরেটেড দ্বারা বিকাশিত এবং 2010 সালের ফেব্রুয়ারিতে প্রকাশিত হয়েছিল। আয়ন টরেন্ট তাদের যন্ত্রটিকে একটি দ্রুত, সংক্ষিপ্ত এবং সাশ্রয়ী সিকোয়েন্সার হিসাবে বাজারজাত করেছে যা একটি বেঞ্চ টপ মেশিন হিসাবে বিপুল সংখ্যক পরীক্ষাগারে ব্যবহার করা যেতে পারে। রোচের 454 লাইফ সায়েন্সেস এই প্রযুক্তি ব্যবহার করে একটি দীর্ঘ-পঠিত, উচ্চ-ঘনত্বের সেমিকন্ডাক্টর সিকোয়েন্সিং প্ল্যাটফর্মের বিকাশে ডিএনএ ইলেকট্রনিক্সের সাথে অংশীদারিত্ব করছে। প্রযুক্তি সিকোয়েন্সিং রসায়ন প্রকৃতিতে, একটি ক্রমবর্ধমান ডিএনএ স্ট্র্যান্ডে একটি ডিওক্সিরাইবোনিউক্লিওসাইড ট্রাইফসফেট (ডিএনটিপি) অন্তর্ভুক্ত করার সাথে একটি সমযোজী বন্ধন গঠন এবং পাইরোফসফেট এবং একটি ধনাত্মক চার্জযুক্ত হাইড্রোজেন আয়ন মুক্ত করা জড়িত। একটি ডিএনটিপি কেবল তখনই অন্তর্ভুক্ত করা হবে যদি এটি নেতৃস্থানীয় অপ্রচলিত টেমপ্লেট নিউক্লিওটাইডের পরিপূরক হয়। আয়ন সেমিকন্ডাক্টর সিকোয়েন্সিং প্রতিক্রিয়ায় ডিএনটিপি-র একটি প্রজাতি সরবরাহ করার পরে একটি হাইড্রোজেন আয়ন মুক্তি পায় কিনা তা নির্ধারণ করে এই তথ্যগুলি কাজে লাগায়। একটি অর্ধপরিবাহী চিপে থাকা অণুবীক্ষণগুলি যার প্রত্যেকটিতে ক্রমবদ্ধ করার জন্য একটি একক-আটকে থাকা টেম্পলেট ডিএনএ অণুর অনেকগুলি অনুলিপি থাকে এবং ডিএনএ পলিমারেজ ক্রমানুসারে অপরিবর্তিত এ, সি, জি বা টি ডিএনটিপি দিয়ে প্লাবিত হয়। যদি একটি প্রবর্তিত ডিএনটিপি টেমপ্লেট স্ট্র্যান্ডের পরবর্তী অপ্রচলিত নিউক্লিওটাইডের পরিপূরক হয় তবে এটি ডিএনএ পলিমারেজ দ্বারা ক্রমবর্ধমান পরিপূরক স্ট্র্যান্ডে অন্তর্ভুক্ত করা হয়। যদি প্রবর্তিত ডিএনটিপি পরিপূরক না হয় তবে কোনও সংযোজন এবং কোনও জৈব রাসায়নিক প্রতিক্রিয়া নেই। বিক্রিয়ায় নির্গত হাইড্রোজেন আয়ন দ্রবণের পিএইচ পরিবর্তন করে, যা একটি আইএসএফইটি দ্বারা সনাক্ত করা হয়। সংযুক্ত না হওয়া ডিএনটিপি অণুগুলি পরবর্তী চক্রের আগে ধুয়ে ফেলা হয় যখন একটি ভিন্ন ডিএনটিপি প্রজাতি চালু করা হয়। সংকেত সনাক্তকরণ মাইক্রোওয়েলের স্তরের নীচে একটি আয়ন সংবেদনশীল স্তর থাকে, যার নীচে একটি আইএসএফইটি আয়ন সেন্সর থাকে। সমস্ত স্তরগুলি একটি সিএমওএস সেমিকন্ডাক্টর চিপের মধ্যে থাকে, যা ইলেকট্রনিক্স শিল্পে ব্যবহৃত হয়। প্রতিটি চিপে সংশ্লিষ্ট আইএসএফইটি ডিটেক্টর সহ মাইক্রোওয়েলের একটি অ্যারে থাকে। প্রতিটি মুক্ত হাইড্রোজেন আয়ন তারপর আইএসএফইটি আয়ন সেন্সরকে ট্রিগার করে। চিপ থেকে কম্পিউটারে প্রেরিত বৈদ্যুতিক স্পন্দনের সিরিজটি কোনও মধ্যবর্তী সংকেত রূপান্তরের প্রয়োজন ছাড়াই ডিএনএ অনুক্রমে অনুবাদ করা হয়। যেহেতু নিউক্লিওটাইড সংযোজন ঘটনাগুলি সরাসরি ইলেকট্রনিক্স দ্বারা পরিমাপ করা হয়, তাই লেবেলযুক্ত নিউক্লিওটাইড এবং অপটিক্যাল পরিমাপের ব্যবহার এড়ানো হয়। সিগন্যাল প্রসেসিং এবং ডিএনএ অ্যাসেম্বলি তারপর সফ্টওয়্যারে করা যেতে পারে। সিকোয়েন্সিং বৈশিষ্ট্য 2011 সালের ফেব্রুয়ারি পর্যন্ত আয়ন টরেন্ট আয়ন সেমিকন্ডাক্টর সিকোয়েন্সারে আয়ন টরেন্ট দ্বারা প্রতি বেস নির্ভুলতা 50 বেস রিডের উপর ভিত্তি করে 99.6% অর্জন করা হয়েছিল, প্রতি রান 100 এমবি সহ। 2011 সালের ফেব্রুয়ারি পর্যন্ত পাঠের দৈর্ঘ্য ছিল 100 বেস জোড়া। দৈর্ঘ্যে 5টি পুনরাবৃত্তির হোমোপলিমার পুনরাবৃত্তির সঠিকতা ছিল 98 শতাংশ। পরবর্তী প্রকাশগুলি 400 বেস জোড়ার একটি পঠন দৈর্ঘ্য দেখায় এই পরিসংখ্যানগুলি এখনও কোম্পানির বাইরে স্বাধীনভাবে যাচাই করা হয়নি। শক্তি আয়ন সেমিকন্ডাক্টর সিকোয়েন্সিংয়ের প্রধান সুবিধাগুলি হল দ্রুত সিকোয়েন্সিং গতি এবং কম অগ্রিম এবং পরিচালন ব্যয়। পরিবর্তিত নিউক্লিওটাইড এবং আলোকীয় পরিমাপ এড়ানোর মাধ্যমে এটি সক্ষম হয়েছে। যেহেতু সিস্টেমটি প্রাকৃতিক পলিমারেজ-মধ্যস্থ নিউক্লিওটাইড অন্তর্ভুক্তির ঘটনাগুলি রেকর্ড করে, তাই সিকোয়েন্সিং বাস্তব সময়ে ঘটতে পারে। বাস্তবে, সিস্টেমের মাধ্যমে সাবস্ট্রেট নিউক্লিওটাইডের সাইক্লিং দ্বারা সিকোয়েন্সিং হার সীমিত হয়। প্রযুক্তির বিকাশকারী আয়ন টরেন্ট সিস্টেমস ইনকর্পোরেটেড দাবি করে যে প্রতিটি সংযোজন পরিমাপ করতে 4 সেকেন্ড সময় লাগে এবং প্রতিটি রান করতে প্রায় এক ঘন্টা সময় লাগে, যার মধ্যে 100-200 নিউক্লিওটাইডগুলি সিকোয়েন্স করা হয়। যদি সেমিকন্ডাক্টর চিপগুলি উন্নত করা হয় (মুরের সূত্র অনুসারে), তাহলে প্রতি চিপের রিডের সংখ্যা (এবং তাই প্রতি রান) বৃদ্ধি করা উচিত। নমুনা প্রস্তুতির সরঞ্জাম এবং তথ্য বিশ্লেষণের জন্য একটি সার্ভার বাদে, উৎক্ষেপণের সময় আয়ন টরেন্ট সিস্টেমস ইনকর্পোরেটেড থেকে একটি পিএইচ-মধ্যস্থ সিকোয়েন্সার অর্জনের খরচ ছিল প্রায় 50,000 মার্কিন ডলার। বিকল্প স্বয়ংক্রিয় সিকোয়েন্সিং পদ্ধতির তুলনায় প্রতি রান খরচ উল্লেখযোগ্যভাবে কম, প্রায় 1,000 ডলার। সীমাবদ্ধতা যদি হোমোপলিমার একই নিউক্লিওটাইডের পুনরাবৃত্তি করে (যেমন) টেমপ্লেট স্ট্র্যান্ডে উপস্থিত থাকে (স্ট্র্যান্ডটি সিকোয়েন্স করা হবে) তারপরে একাধিক প্রবর্তিত নিউক্লিওটাইডগুলি অন্তর্ভুক্ত করা হয় এবং একক চক্রে আরও বেশি হাইড্রোজেন আয়ন মুক্তি পায়। এর ফলে বৃহত্তর পিএইচ পরিবর্তন এবং আনুপাতিকভাবে বৃহত্তর বৈদ্যুতিন সংকেত পাওয়া যায়। এটি এই ব্যবস্থার একটি সীমাবদ্ধতা যে দীর্ঘ পুনরাবৃত্তি গণনা করা কঠিন। এই সীমাবদ্ধতা অন্যান্য কৌশল দ্বারা ভাগ করা হয় যা একক নিউক্লিওটাইড সংযোজন যেমন পাইরোসিকোয়েন্সিং সনাক্ত করে। একটি উচ্চ পুনরাবৃত্তি সংখ্যা থেকে উত্পন্ন সংকেতগুলি অনুরূপ কিন্তু ভিন্ন সংখ্যার পুনরাবৃত্তি থেকে আলাদা করা কঠিন; উদাহরণস্বরূপ, 7 দৈর্ঘ্যের সম-পুনরাবৃত্তিগুলি 8 দৈর্ঘ্যের থেকে আলাদা করা কঠিন। এই পদ্ধতির আরেকটি সীমাবদ্ধতা হল স্যাঙ্গার সিকোয়েন্সিং বা পাইরো সিকোয়েন্সিংয়ের মতো অন্যান্য সিকোয়েন্সিং পদ্ধতির তুলনায় সংক্ষিপ্ত পঠন দৈর্ঘ্য। দীর্ঘ পঠন দৈর্ঘ্য ডি নোভো জিনোম সমাবেশের জন্য উপকারী। আয়ন টরেন্ট সেমিকন্ডাক্টর সিকোয়েন্সার প্রতি রিডে গড়ে প্রায় 400 নিউক্লিওটাইড দৈর্ঘ্য উৎপাদন করে। থ্রুপুট বর্তমানে অন্যান্য উচ্চ-থ্রুপুট সিকোয়েন্সিং প্রযুক্তির তুলনায় কম, যদিও ডেভেলপাররা চিপের ঘনত্ব বাড়িয়ে এটি পরিবর্তন করার আশা করছেন। আয়ন টরেন্ট সেমিকন্ডাক্টর সিকোয়েন্সিং-এর ডেভেলপাররা এটিকে একটি দ্রুত, কমপ্যাক্ট এবং সাশ্রয়ী সিকোয়েন্সার হিসাবে বাজারজাত করেছেন যা একটি বেঞ্চ টপ মেশিন হিসাবে বিপুল সংখ্যক পরীক্ষাগারে ব্যবহার করা যেতে পারে। সংস্থাটি আশা করে যে তাদের ব্যবস্থাটি বিশেষ কেন্দ্রগুলির বাইরে এবং হাসপাতাল এবং ছোট পরীক্ষাগারগুলির নাগালের মধ্যে সিকোয়েন্সিং নিয়ে যাবে। 2011 সালের জানুয়ারিতে নিউইয়র্ক টাইমসের একটি নিবন্ধ, "জনগণের কাছে ডিএনএ সিকোয়েন্সিং নেওয়া", এই উচ্চাকাঙ্ক্ষাগুলিকে তুলে ধরে। একটি বৃহত্তর পঠন দৈর্ঘ্য অর্জনের জন্য বিকল্প সিকোয়েন্সিং পদ্ধতির ক্ষমতার কারণে (এবং তাই পুরো জিনোম বিশ্লেষণের জন্য আরও উপযুক্ত) এই প্রযুক্তিটি মাইক্রোবিয়াল জিনোম সিকোয়েন্সিং, মাইক্রোবিয়াল ট্রান্সক্রিপ্টোম সিকোয়েন্সিং, টার্গেটেড সিকোয়েন্সিং, এম্পলিকন সিকোয়েন্সিং, বা সিকোয়েন্সিং লাইব্রেরির গুণমান পরীক্ষার জন্য ছোট আকারের প্রয়োগের জন্য সবচেয়ে উপযুক্ত হতে পারে। তথ্যসূত্র বাইরের লিঙ্ক আয়ন টরেন্ট ওয়েবপেজ ডিএনএ ইলেকট্রনিক্স লিমিটেড ওয়েবপেজ নিউ ইয়র্ক টাইমস নিবন্ধ বায়োটেকনোলজি ডিএনএ সিকোয়েন্সিং পদ্ধতি আণবিক জীববিজ্ঞান