SNP چیست؟ | نقش مهم SNP ها در دنیای مدرن

امروزه SNP که مخفف Single Nucleotide Polymorphism است به یکی از مهمترین ترندهای روز علم ژنتیک تبدیل شده. هر روز مقالات و تحقیقات مختلفی در مورد SNP ها انجام شده و شاهد مقالات مختلفی در این زمینه هستیم. فراتر از این، امروزه SNP به یک عامل تجاری نیز تبدیل شده. شرکت های مختلفی با بررسی اسنیپ های افراد اطلاعات مفیدی در مورد ویژگی های ژنتیکی فرد ارائه میکنند. در ادامه با اسنیپ ها، ویژگی های آنها و دلیل معروفیت این تغییرات ساختاری کوچک صحبت خواهیم کرد.

اسنیپ یا SNP چیست ؟

SNP یا Single Nucleotide Polymorphism نوعی تغییر در نوکلئوتیدهای DNA است که در یک مکان خاص در ژنوم یک ارگانیسم رخ می‌دهد. در واقع، زمانی که در یک مکان معین از ژنوم، بیش از یک نوع نوکلئوتید وجود دارد، به آن SNP گفته می‌شود. به عبارت دیگر، اگر در مکانی معین از DNA، بعضی از افراد یک جمعیت یک نوع نوکلئوتید و بقیه یک نوع دیگر داشته باشند، این تغییر یک SNP است.

SNP‌ها به خوبی تغییرات ژنتیکی بزرگتر مانند حذف‌ها، اضافه‌شدن‌ها و جابجایی‌ها در ژنوم می‌توانند تأثیرات ژنتیکی و فیزیولوژیکی متنوعی ایجاد کنند. در برخی موارد، SNP می‌تواند تأثیری بر عملکرد یک ژن داشته باشد و در نتیجه تأثیر بر ویژگی‌های فنوتیپی یک ارگانیسم بگذارد. به عنوان مثال، یک SNP در یک ژن می‌تواند باعث بروز یک بیماری ژنتیکی شود یا خطر ابتلا به یک بیماری را افزایش دهد.

به طور کلی، SNP‌ها می‌توانند در نواحی کدگذاری یا نواحی غیرکدگذاری DNA واقع شوند. در نواحی کدگذاری، SNP‌ها ممکن است تأثیرات مستقیمی بر پروتئین‌ها داشته باشند، از جمله تغییر در ترتیب اسیدهای آمینه و در نتیجه تغییر در ساختار و عملکرد پروتئین. در حالی که SNP‌ها در نواحی غیرکدگذاری ممکن است تأثیری بر تنظیم عملکرد ژن‌ها داشته باشند، مانند تنظیم مقدار تولید RNA و ترجمه آن به پروتئین.

در طی دهه‌های اخیر، با پیشرفت‌های ژنتیک و تکنیک‌های سیکونسینگ نسل بعدی، توانایی شناسایی و تحلیل SNP‌ها به طور چشمگیری افزایش یافته است، که این امر به تحقیقات ژنتیکی جمعیتی، پزشکی شخصی‌سازی شده و دیگر زمینه‌های مرتبط با ژنتیک انسان و ارگانیسم‌های دیگر کمک کرده است.

چرا SNP ها ارزشمند هستند ؟

جهش در ژنوم یکی از اتفاقاتی است که اگرچه ممکن است از اسم آن، جالب به نظر نرسد، اما در واقع یک اتفاق مثبت به سمت تکامل و یا تنوع در جمعیت است. اما جهش های بزرگ خطرساز و متوقف کننده رشد هستند. مثلا جهشی که باعث مرگ سلول شود، قابل انتقال به نسل بعدی نیست و سلول جنسی داران آن جهش از بین میرود. یا جهشی که در هنگام ایجاد جنین، جنین نابهنجاری تولید کند و یا حتی جهشی که منجر به ایجاد تولد بشود، ولی فرد متولد شده نتواند نسل بعدی را ایجاد کند و به عبارتی نابارور باشد. این جهش ها به نسل های بعدی منتقل نمیشود.

اما جهش های کوچک باعث تغییرات کوچک میشوند. به عنوان مثال تغییر رنگ چشم، یک رویداد بی اثر در فرایند تکاملی است. یا اینکه فرد بتواند زبان خود را لوله کند یا نکند. بعضی از این صفات برتری ژنتیکی محسوب میشوند، مثلا قد بلندتر، اما در جامعه متمدن امروزی بشر، حتی این صفت نیز چندان تاثیری در انتخاب طبیعی نداشته و صرفا یک تنوع ژنتیکی بشر به شما میرود.

به همین دلیل است که SNP نسبت به جهش های بزرگ اهمیت بیشتری دارد. به عبارتی جهش های کوچک تک نوکلئوتیدی بی خطر هستند که باعث تنوع نژاد در انسان یا هر موجود دیگری میشوند.

در متن گفتم SNP بی خطر .. دقت کنید که گاهی یک تغییر تک نوکلئوتیدی ممکن است باعث ایجاد کد خاتمه در بیان ژن شود و اینجاست که تک نوکلئوتید ما نیز خطرساز میشود. یا یک یا چند SNP در کنار هم یک پروتئین مهم را در بدن غیر فعالی کنند که این هم اتفاق بدی است.

هاپلوتایپ ها – یک دست صدا ندارد !!

در یک پروتئین خاص، ممکن است صدها محل شناسایی شده برای SNP ها وجود داشته باشد. این محل ها چه هستند ؟ . درواقع محل های شناسایی شده تک نوکلئوتیدهایی هستند که قابل انتقال به نسل بعد بوده اند. اگر یک جهش نقطه ای سلول را به سمت مرگ برده باشد، ما امروز آن جهش را نمیشناسیم، زیرا آن جهش باعث توقف عملکرد شده است.

گاهی تنها یک تغییر تک نوکلئوتیدی نیست که باعث یک رویداد بیولوژیک میشود، بلکه عملکرد همزمان دو یا چند اسنیپ در یک ژن باعث رویداد میشوند. مثلا در ژن APOE وقتی rs7412-C و rs429358-C باشد، ریسک آلزایمر به شدت بالا میرود. اما اگر شما یکی از ایندو را داشته باشید، ریسک آلزایمر شما طبیعی و در سطح جامعه است.

اینجا ما یک هاپلوتایپ داریم. دو اسنیپ که به صورت همزمان یک فعالیت خاص را ایجاد میکنند. نکته مهم این است که هاپلوتایپ در یک ژن اتفاق می افتد. اگر همزمانی این دو اسنیپ در دو ژن مختلف بود، دیگر به آن هاپلوتایپ گفته نمیشد و به آن Combined genotype گفته میشود.

واریانت های تک نوکلئوتیدی یا SNV ها | تفاوت SNP و SNV

اگر یک نوکلئوتید در یک ژن تغییر کند، لزوما یک SNP به شمار نمی آید. ممکن است شما در مطالعات خود یک تغییر تک نوکلئوتیدی را در تعداد محدودی از افراد مشاهده کنید. در این شرایط این تغییر تک نوکلئوتیدی یک واریانت ژنتیکی است. واریانت تک نوکلئوتیدی در واقع یک کاندیدا است که در آینده میتواند به یک اسنیپ تبدیل شود. اگر یک واریانت حداقل در 1 درصد از افراد جامعه دیده شود به آن پلی مورفیسم گفته میشود.

1. SNP (Single Nucleotide Polymorphism):
   • تعریف: تغییر در یک نوکلئوتید که در جمعیت به طور معمول رخ می‌دهد.
   • فراوانی: باید در حداقل 1% از جمعیت رخ داده باشد تا به عنوان یک SNP شناخته شود.
   • دائمیت: معمولاً دائمی و پایدار در جمعیت است.
   • زمینه ژنتیکی: می‌تواند به عنوان یک نشانگر ژنتیکی برای مطالعه ارتباط ژن و بیماری یا ویژگی‌های دیگر استفاده شود.
2. SNV (Single Nucleotide Variant):
   • تعریف: تغییر در یک نوکلئوتید بدون در نظر گرفتن فراوانی یا وضعیت آن در جمعیت.
   • فراوانی: می‌تواند در یک فرد واحد یا تعداد کمی از افراد رخ دهد و لزوماً نیازی به فراوانی بالا در جمعیت ندارد.
   • دائمیت: ممکن است موقتی باشد یا تنها در برخی شرایط خاص رخ دهد.
   • زمینه ژنتیکی: می‌تواند برای تشخیص و تحلیل موتاسیون‌ها و واریانت‌های ژنتیکی استفاده شود.

به عبارت دیگر، همه SNP‌ها نوعی از SNV هستند، اما همه SNV‌ها لزوماً SNP نیستند. SNPs به دلیل فراوانی بالا در جمعیت اهمیت زیادی در مطالعات اپیدمیولوژیک و ژنتیک جمعیت دارند، در حالی که SNVs می‌توانند برای مطالعه موتاسیون‌های نادر و اثرات آنها بر سلامتی و بیماری‌ها مفید باشند.

تکنولوژی های مطالعه SNP ها

بررسی و مطالعه‌ی SNP‌ها نیازمند استفاده از تکنولوژی‌ها و روش‌های پیشرفته‌ی ژنتیکی است. با پیشرفت‌های اخیر در علم ژنتیک و بیوتکنولوژی، چندین روش برای شناسایی و تحلیل SNP‌ها ارائه شده است:

1. سیکونسینگ مستقیم (Direct Sequencing):
   • در این روش، قسمت‌های خاصی از DNA که مظنون به داشتن SNP هستند، مورد توالی یابی قرار می‌گیرند. این روش گرچه دقیق است اما هزینه‌بر و زمان‌بر است، به ویژه وقتی می‌خواهیم تعداد زیادی SNP را مورد بررسی قرار دهیم. این روش برای بیماری هایی که پروتئین درگیر در آن بیماری مشخص است قابل استفاده است.
2. تکنولوژی TaqMan:
   • این روش بر اساس واکنش زنجیره‌ای پلیمراز (PCR) و تکنولوژی فلورسنس می‌باشد. با استفاده از این روش، می‌توان SNP‌های مختلف را در نمونه‌های DNA با سرعت و دقت بالا شناسایی کرد.
3. Microarrays یا چیپ‌های DNA:
   • این روش برای شناسایی و تحلیل هزاران SNP به صورت همزمان استفاده می‌شود. در این روش، تعداد زیادی از اولیگونوکلئوتیدهای کوتاه، هر کدام متناظر با یک SNP مختص، روی یک چیپ کوچک آرایش می‌شوند. نمونه‌های DNA سپس با این چیپ تماس داده می‌شوند و واکنش‌های هیبریدیزه‌شده نشان‌دهنده‌ی وجود SNP‌های خاص در نمونه‌ی DNA می‌باشند. روش استفاده از میکرواری برای شناسایی SNP ها نسبتا کم هزینه و سریع است و به همین دلیل امروزه توجه زیادی به این روش شده و این خدمات توسط شرکت های مختلف به افراد ارائه میشود. در مورد این روش بیشتر صحبت خواهیم کرد.
4. روش‌های بر پایه Next-Generation Sequencing (NGS):
   • با استفاده از تکنیک‌های سیکونسینگ نسل بعدی، می‌توان دنباله‌های DNA را با سرعت و دقت بسیار بالا خواند. این تکنیک‌ها به ویژه در مطالعات وسیع ژنوم‌های انسان و دیگر ارگانیسم‌ها استفاده می‌شوند و می‌توانند به شناسایی میلیون‌ها SNP در یک بار موفق شوند. این روش هزینه بر و زمان بر بوده و نسبت به اری هزینه چندین برابری دارد.
5. تکنیک‌های فیزیکی:
   • برخی روش‌ها مانند تحلیل طول فرگمنت‌های محدود (RFLP) به واسطه ویژگی‌های فیزیکی DNA و تغییراتی که SNP‌ها ایجاد می‌کنند، برای شناسایی SNP‌ها استفاده می‌شوند.

تفاوت اسنیپ ها در جمعیت ها

تفاوت‌های SNP در جمعیت‌ها می‌توانند نقش مهمی در فهم ویژگی‌ها، بیماری‌ها و تاریخچه پیش‌نیاز جمعیت‌های مختلف ایفاء کنند. این تفاوت‌ها در میزان و نوع SNP‌های موجود در جمعیت‌های مختلف بیان می‌شود و می‌تواند نتیجه‌ی تاریخچه تکاملی، جغرافیایی، فرهنگی و تغذیه‌ای هر جمعیت باشد.

1. تنوع ژنتیکی: برخی از جمعیت‌ها ممکن است دارای تنوع ژنتیکی بیشتری باشند. به عنوان مثال، جمعیت‌های آفریقایی، به دلیل تاریخچه تکاملی طولانی‌تر انسان‌ها در قاره آفریقا، معمولاً دارای تنوع ژنتیکی بیشتری نسبت به جمعیت‌های دیگر هستند.
2. SNP‌های مختص یک جمعیت: بعضی از SNP‌ها ممکن است فقط در یک جمعیت خاص یافت شوند و در دیگر جمعیت‌ها وجود نداشته باشند.
3. فراوانی متفاوت SNP‌ها: یک SNP ممکن است در یک جمعیت بسیار رایج باشد، اما در یک جمعیت دیگر بسیار نادر.

در ادامه به چند مثال در مورد تنوع ژنتیکی و اسنیپ ها اشاره میکنیم :

1. Lactose Tolerance: یک SNP مشهور که در ژن LCT واقع شده و با تحمل لاکتوز مرتبط است، در جمعیت‌های اروپایی بسیار رایج است. این SNP موجب تولید آنزیم لاکتاز در سن بلوغ می‌شود، که امکان هضم شیر را فراهم می‌کند. در مقابل، در بسیاری از جمعیت‌های آسیایی و آفریقایی، این SNP کمتر دیده می‌شود و نتیجتاً نسبت بالایی از افراد در این جمعیت‌ها نسبت به لاکتوز حساسیت دارند.
2. مقاومت در برابر بیماری‌ها: یک SNP در ژن CCR5 ممکن است موجب مقاومت در برابر ویروس HIV شود. این SNP در جمعیت‌های اروپای شمالی بیشتر دیده می‌شود، اما در جمعیت‌های آفریقایی و آسیایی کمتر است.
3. رنگ پوست: برخی از SNP‌ها که در ژن‌های مرتبط با تولید ملانین هستند، می‌توانند تأثیرات مختلفی بر رنگ پوست افراد داشته باشند. این SNP‌ها در جمعیت‌های مختلف با فراوانی‌های متفاوتی یافت می‌شوند.

این مثال‌ها نشان‌دهنده تأثیر SNP‌ها در ویژگی‌های مختلف جمعیت‌ها و تاریخچه تکاملی، جغرافیایی و فرهنگی آن‌هاست.

SNP Array واسطه علم و بیزنس

SNP Array یا میکرواری SNP، یکی از تکنولوژی‌هایی است که امکان شناسایی و تحلیل سریع و دقیق SNP‌ها را فراهم می‌کند. این تکنولوژی، با استفاده از هزاران یا حتی میلیون‌ها اولیگونوکلئوتید متناظر با SNP‌های مختلف، امکان تشخیص چندین SNP را به صورت همزمان ارائه می‌دهد. از مزایای این روش میتوان به سرعت بالا، هزینه کم و توانایی اختصاصی سازی اشاره کرد.

مزیت‌ها:

• سرعت بالا: SNP Arrays می‌توانند در مدت زمان کوتاهی هزاران SNP را شناسایی کنند.
• هزینه‌پایین: در مقایسه با سایر روش‌های شناسایی، هزینه‌ی غربالگری برای یک SNP در این روش بسیار پایین‌تر است.
• توانایی بررسی وسیع: با استفاده از چیپ‌های با ظرفیت بالا، می‌توان میلیون‌ها نقطه از ژنوم را بررسی کرد.

کمپانی‌های بزرگ ژنتیکی مانند 23andMe، AncestryDNA و دیگران، از این تکنولوژی بهره‌برداری کرده و خدمات متنوعی را به مشتریان خود ارائه می‌دهند. این خدمات شامل:

1. تجزیه و تحلیل نسب: افراد می‌توانند درباره‌ی زمینه‌ی نسلی خود اطلاعات مفصلی کسب کنند.
2. اطلاعات مرتبط با بهداشت: بعضی از این کمپانی‌ها توانمندی ارائه اطلاعات ژنتیکی مرتبط با برخی از بیماری‌ها، واکنش‌ها به داروها و دیگر ویژگی‌های فنوتیپی را دارند.
3. ارتباط فامیلی گم‌شده: افرادی که DNA خود را بررسی می‌کنند، می‌توانند با فامیل های گم‌شده‌ی خود که همچنین تست DNA گرفته‌اند، متصل شوند.

با پیشرفت‌های روز افزون در تکنولوژی و افزایش آگاهی عمومی نسبت به اهمیت ژنتیک، بازار خدمات مبتنی بر SNP Array در حال رشد است. این تکنولوژی، نه تنها برای افرادی که مایل به شناخت بیشتر از ژنتیک خود هستند مفید است، بلکه برای پژوهشگران، پزشکان و صنعت داروسازی نیز ارزشمند است. در نهایت، SNP Array به عنوان یک واسطه میان علم و تجارت عمل می‌کند، و این امکان را فراهم می‌آورد که اطلاعات ژنتیکی به شکل گسترده‌تری برای مصارف مختلف مورد استفاده قرار گیرد.

در ادامه بیشتر در مورد اسنیپ ها و کاربردهای آنها و روش های شناسایی آنها صحبت خواهیم کرد.