16S ribosomal RNA
16S રાઇબોસોમલ RNA (અથવા 16S rRNA) એ પ્રોકેરીયોટિક રાઇબોઝોમ (SSU rRNA) ના 30S સબયૂનિટનો RNA ઘટક છે. તે શાઇન-ડાલ્ગાર્નો ક્રમ સાથે જોડાય છે અને મોટાભાગનું એસએસયુ માળખું પ્રદાન કરે છે. તેના માટેના જનીન કોડિંગને 16S rRNA જનીન તરીકે ઓળખવામાં આવે છે અને જનીનના આ પ્રદેશના ઉત્ક્રાંતિના ધીમા દરને કારણે ફિલોજેનીઝના પુનઃનિર્માણમાં તેનો ઉપયોગ થાય છે. કાર્લ વોઝ અને જ્યોર્જ ઇ. ફોક્સ એ બે લોકો હતા જેમણે 1977માં ફિલોજેનેટિક્સમાં 16એસ આરઆરએનએના ઉપયોગની પહેલ કરી હતી. એક જ બેક્ટેરિયમમાં 16S rRNA જનીનની બહુવિધ શ્રેણીઓ અસ્તિત્વમાં હોઈ શકે છે. કાર્યો મોટા (23S) રાઇબોસોમલ આર. એન. એ. ની જેમ, તેની માળખાકીય ભૂમિકા છે, જે રાઇબોસોમલ પ્રોટીનની સ્થિતિને વ્યાખ્યાયિત કરતી માળખા તરીકે કામ કરે છે. 3-એન્ડમાં એન્ટિ-શાઇન-ડાલ્ગાર્નો ક્રમ હોય છે, જે એમઆરએનએ પર એયુજી સ્ટાર્ટ કોડન સાથે અપસ્ટ્રીમમાં જોડાય છે. 16S RNAનો 3-અંત પ્રોટીન S1 અને S21 સાથે જોડાય છે, જે પ્રોટીન સંશ્લેષણની શરૂઆતમાં સામેલ હોવાનું જાણીતું છે, 23S સાથે ક્રિયાપ્રતિક્રિયા કરે છે, જે બે રિબોસોમલ પેટા એકમો (50S અને 30S) ના બંધનમાં મદદ કરે છે, જે 1492 અને 1493ના એડેનિન અવશેષોના N1 અણુ અને mRNA બેકબોનના 2OH જૂથ વચ્ચે હાઇડ્રોજન બંધન બનાવીને A-સાઇટમાં યોગ્ય કોડન-એન્ટિકોડન જોડીને સ્થિર કરે છે. સ્ટ્રક્ચર યુનિવર્સલ પ્રાઈમર્સ 16S rRNA જનીનનો ઉપયોગ ફિલોજેનેટિક અભ્યાસ માટે થાય છે કારણ કે તે બેક્ટેરિયા અને આર્કિયાની વિવિધ પ્રજાતિઓ વચ્ચે ખૂબ જ સંરક્ષિત છે. કાર્લ વોઝે 1977માં 16S rRNAના આ ઉપયોગની પહેલ કરી હતી. એવું સૂચવવામાં આવે છે કે 16S rRNA જનીનનો ઉપયોગ વિશ્વસનીય પરમાણુ ઘડિયાળ તરીકે થઈ શકે છે કારણ કે દૂરના સંબંધિત બેક્ટેરિયલ વંશમાંથી 16S rRNA સિક્વન્સમાં સમાન કાર્યો હોવાનું દર્શાવવામાં આવ્યું છે. કેટલાક થર્મોફિલિક આર્કિયા (દા. ત. ઓર્ડર થર્મોપ્રોટીલ્સ) માં 16S rRNA જનીન ઇન્ટ્રોન હોય છે જે અત્યંત સંરક્ષિત પ્રદેશોમાં સ્થિત હોય છે અને "સાર્વત્રિક" પ્રાઈમર્સના એનિલિંગને અસર કરી શકે છે. મિટોકોન્ડ્રીયલ અને ક્લોરોપ્લાસ્ટિક આર. આર. એન. એ. પણ વિસ્તૃત થાય છે. સૌથી સામાન્ય પ્રાઇમર જોડી વેઇસબર્ગ એટ અલ દ્વારા તૈયાર કરવામાં આવી હતી. (1991) અને હાલમાં તેને 27F અને 1492R તરીકે ઓળખવામાં આવે છે; જો કે, કેટલીક એપ્લિકેશનો માટે ટૂંકા એમ્પ્લિકોન જરૂરી હોઈ શકે છે, ઉદાહરણ તરીકે ટાઇટેનિયમ રસાયણશાસ્ત્ર સાથે 454 સિક્વન્સિંગ માટે પ્રાઇમર જોડી 27F-534R જે V1 થી V3 ને આવરી લે છે. ઘણીવાર 27F ને બદલે 8F નો ઉપયોગ થાય છે. બે પ્રાઈમર્સ લગભગ સમાન છે, પરંતુ 27Fમાં 8Fની સરખામણીમાં C. AGGTTTGATCMTGCTCAGને બદલે M છે. પી. સી. આર. અને એન. જી. એસ. કાર્યક્રમો અત્યંત સંરક્ષિત પ્રાઇમર બંધનકર્તા સ્થળો ઉપરાંત, 16 એસ આર. આર. એન. એ. જનીન અનુક્રમમાં અતિપરિવર્તનશીલ પ્રદેશો હોય છે જે બેક્ટેરિયાની ઓળખ માટે ઉપયોગી પ્રજાતિ-વિશિષ્ટ હસ્તાક્ષર ક્રમ પ્રદાન કરી શકે છે. પરિણામે, બેક્ટેરિયલ ઓળખની ફેનોટાઇપિક પદ્ધતિઓના ઝડપી અને સસ્તા વિકલ્પ તરીકે તબીબી માઇક્રોબાયોલોજીમાં 16S rRNA જનીન અનુક્રમણિકા પ્રચલિત બની છે. જો કે તેનો મૂળ ઉપયોગ બેક્ટેરિયાને ઓળખવા માટે કરવામાં આવ્યો હતો, 16S સિક્વન્સિંગ પછીથી બેક્ટેરિયાને સંપૂર્ણપણે નવી પ્રજાતિઓ અથવા તો જાતિમાં ફરીથી વર્ગીકૃત કરવામાં સક્ષમ હોવાનું જાણવા મળ્યું હતું. તેનો ઉપયોગ નવી પ્રજાતિઓનું વર્ણન કરવા માટે પણ કરવામાં આવે છે જેનું ક્યારેય સફળતાપૂર્વક સંવર્ધન કરવામાં આવ્યું નથી. ઘણી પ્રયોગશાળાઓમાં ત્રીજી પેઢીના સિક્વન્સિંગ સાથે, કલાકોની અંદર હજારો 16S rRNA સિક્વન્સની એક સાથે ઓળખ શક્ય છે, જે મેટાજેનોમિક અભ્યાસને મંજૂરી આપે છે, ઉદાહરણ તરીકે આંતરડાની વનસ્પતિ. હાયપરવેરિયેબલ પ્રદેશો બેક્ટેરિયલ 16S જનીનમાં નવ હાયપરવેરિયેબલ પ્રદેશો (V1-V9) હોય છે, જે લગભગ 30 થી 100 બેઝ જોડી લાંબા હોય છે, જે નાના રિબોસોમલ પેટા એકમના ગૌણ માળખામાં સામેલ હોય છે. સંરક્ષણની માત્રા અતિપરિવર્તનશીલ પ્રદેશો વચ્ચે વ્યાપક રીતે બદલાય છે, જેમાં વધુ સંરક્ષિત પ્રદેશો ઉચ્ચ-સ્તરના વર્ગીકરણ સાથે સંબંધિત છે અને ઓછા સંરક્ષિત પ્રદેશો નીચલા સ્તરો, જેમ કે જાતિ અને પ્રજાતિઓ સાથે સંબંધિત છે. જ્યારે સમગ્ર 16S ક્રમ તમામ અતિપરિવર્તનશીલ પ્રદેશોની સરખામણી કરવા માટે પરવાનગી આપે છે, ત્યારે આશરે 1,500 આધાર જોડીઓ પર તે વિવિધ બેક્ટેરિયલ સમુદાયોને ઓળખવા અથવા લાક્ષણિકતા આપવા માટેના અભ્યાસો માટે નિષેધાત્મક રીતે ખર્ચાળ હોઈ શકે છે. આ અભ્યાસો સામાન્ય રીતે ઇલ્યુમિના પ્લેટફોર્મનો ઉપયોગ કરે છે, જે 454 પાયરોસીક્વેન્સિંગ અને સેંગર સિક્વન્સિંગ કરતાં અનુક્રમે 50 ગણા અને 12,000 ગણા ઓછા ખર્ચાળ દરે વાંચન કરે છે. જ્યારે સસ્તું અને ઊંડા સામુદાયિક કવરેજ માટે પરવાનગી આપે છે, ત્યારે ઈલુમિના સિક્વન્સિંગ માત્ર રીડ્સ 75-250 બેઝ જોડી લાંબી (ઈલુમિના મિસેક સાથે 300 બેઝ જોડી સુધી) ઉત્પન્ન કરે છે, અને સમુદાયના નમૂનાઓમાં સંપૂર્ણ જનીનને વિશ્વસનીય રીતે ભેગા કરવા માટે કોઈ સ્થાપિત પ્રોટોકોલ નથી. સંપૂર્ણ હાયપરવેરિયેબલ પ્રદેશોને એક જ ઈલુમિના રનમાંથી એસેમ્બલ કરી શકાય છે, જો કે, તેમને પ્લેટફોર્મ માટે આદર્શ લક્ષ્યો બનાવે છે. જ્યારે 16S હાયપરવેરિયેબલ પ્રદેશો બેક્ટેરિયા વચ્ચે નાટ્યાત્મક રીતે બદલાઈ શકે છે, ત્યારે સમગ્ર 16S જનીન તેના યુકેરીયોટિક સમકક્ષ (18S રાઇબોસોમલ RNA) કરતાં વધુ લંબાઈની એકરૂપતા જાળવી રાખે છે, જે સંરેખણને સરળ બનાવી શકે છે. વધુમાં, 16S જનીન હાઇપરવેરિયેબલ પ્રદેશો વચ્ચે અત્યંત સંરક્ષિત સિક્વન્સ ધરાવે છે, જે સાર્વત્રિક પ્રાઇમરની ડિઝાઇનને સક્ષમ કરે છે જે વિવિધ ટેક્સામાં 16S સિક્વન્સના સમાન વિભાગોને વિશ્વસનીય રીતે ઉત્પન્ન કરી શકે છે. જો કે કોઈ હાઇપરવેરિયેબલ પ્રદેશ ડોમેનથી પ્રજાતિઓ સુધીના તમામ બેક્ટેરિયાને ચોક્કસપણે વર્ગીકૃત કરી શકતો નથી, તેમ છતાં કેટલાક વિશ્વસનીય રીતે ચોક્કસ વર્ગીકરણ સ્તરની આગાહી કરી શકે છે. ઘણા સામુદાયિક અભ્યાસો આ કારણોસર V4 જેવા અર્ધ-સંરક્ષિત અતિપરિવર્તનશીલ પ્રદેશોની પસંદગી કરે છે, કારણ કે તે સંપૂર્ણ 16S જનીનની જેમ ચોક્કસપણે વંશ સ્તર પર રિઝોલ્યુશન પ્રદાન કરી શકે છે. જ્યારે ઉચ્ચ ક્રમની વર્ગીકરણ અજ્ઞાત હોય ત્યારે ઓછી સંરક્ષિત પ્રદેશો નવી પ્રજાતિઓનું વર્ગીકરણ કરવા માટે સંઘર્ષ કરે છે, ત્યારે તેનો ઉપયોગ ઘણીવાર ચોક્કસ પેથોજેન્સની હાજરી શોધવા માટે થાય છે. ચક્રવર્તી એટ અલ દ્વારા કરવામાં આવેલા એક અભ્યાસમાં. 2007માં, લેખકોએ રોગ-વિશિષ્ટ અને વ્યાપક પરીક્ષણો માટે કયા અતિપરિવર્તનશીલ પ્રદેશોનો સમાવેશ કરવો સૌથી વધુ ઉપયોગી રહેશે તે નક્કી કરવા માટે વિવિધ પેથોજેન્સના V1-V8 પ્રદેશોની લાક્ષણિકતા દર્શાવી હતી. અન્ય તારણોમાં, તેઓએ નોંધ્યું હતું કે V3 પ્રદેશ પરીક્ષણ કરાયેલા તમામ પેથોજેન્સ માટે જીનસને ઓળખવામાં શ્રેષ્ઠ હતો, અને એન્થ્રેક્સ સહિત પરીક્ષણ કરાયેલા તમામ CDC-જોવાયેલા પેથોજેન્સ વચ્ચે પ્રજાતિઓને અલગ કરવામાં V6 સૌથી સચોટ હતો. જ્યારે 16S હાયપરવેરિયેબલ ક્ષેત્ર વિશ્લેષણ બેક્ટેરિયલ વર્ગીકરણ અભ્યાસ માટે એક શક્તિશાળી સાધન છે, તે નજીકથી સંબંધિત પ્રજાતિઓ વચ્ચે તફાવત કરવા માટે સંઘર્ષ કરે છે. એન્ટરોબેક્ટેરિયેસી, ક્લોસ્ટ્રિડિઆસી અને પેપ્ટોસ્ટ્રેપ્ટોકોકેસી પરિવારોમાં, પ્રજાતિઓ સંપૂર્ણ 16S જનીનમાં 99 ટકા સુધીની અનુક્રમ સમાનતા વહેંચી શકે છે. પરિણામે, V4 ક્રમ માત્ર થોડા ન્યુક્લિયોટાઇડ્સ દ્વારા અલગ પડી શકે છે, જે સંદર્ભ ડેટાબેઝને નીચા વર્ગીકરણ સ્તરે આ બેક્ટેરિયાને વિશ્વસનીય રીતે વર્ગીકૃત કરવામાં અસમર્થ બનાવે છે. હાયપરવેરિયેબલ પ્રદેશોને પસંદ કરવા માટે 16S વિશ્લેષણને મર્યાદિત કરીને, આ અભ્યાસો નજીકથી સંબંધિત ટેક્સામાં તફાવતનું નિરીક્ષણ કરવામાં અને તેમને એક વર્ગીકરણ એકમોમાં જૂથબદ્ધ કરવામાં નિષ્ફળ થઈ શકે છે, તેથી નમૂનાની કુલ વિવિધતાને ઓછો અંદાજ આપે છે. વધુમાં, બેક્ટેરિયલ જીનોમ બહુવિધ 16S જનીનોને સમાવી શકે છે, જેમાં V1, V2 અને V6 પ્રદેશો સૌથી વધુ આંતરપ્રજાતિ વિવિધતા ધરાવે છે. બેક્ટેરિયાની પ્રજાતિઓનું વર્ગીકરણ કરવાની સૌથી ચોક્કસ પદ્ધતિ ન હોવા છતાં, હાઇપરવેરિયેબલ પ્રદેશોનું વિશ્લેષણ બેક્ટેરિયલ સમુદાય અભ્યાસો માટે ઉપલબ્ધ સૌથી ઉપયોગી સાધનોમાંનું એક છે. 16S rRNA જનીનોની નિકટતા એવી ધારણા હેઠળ કે ઉત્ક્રાંતિ ઊભી પ્રસારણ દ્વારા સંચાલિત થાય છે, 16S rRNA જનીનો લાંબા સમયથી પ્રજાતિ-વિશિષ્ટ હોવાનું માનવામાં આવે છે, અને પ્રોકેરીયોટ્સ વચ્ચેના ફિલોજેનેટિક સંબંધોનું અનુમાન લગાવતા આનુવંશિક માર્કર્સ તરીકે અચૂક છે. જો કે, અવલોકનોની વધતી સંખ્યા આ જનીનોના આડી સ્થાનાંતરણની ઘટના સૂચવે છે. કુદરતી ઘટનાના અવલોકનો ઉપરાંત, આ જનીનોની સ્થાનાંતરણક્ષમતાને વિશિષ્ટ એસ્ચેરીચીયા કોલી આનુવંશિક પ્રણાલીનો ઉપયોગ કરીને પ્રાયોગિક રીતે ટેકો આપવામાં આવે છે. યજમાન તરીકે ઇ. કોલીના નલ મ્યુટન્ટનો ઉપયોગ કરીને, મ્યુટન્ટ સ્ટ્રેઇનની વૃદ્ધિ વિદેશી 16S rRNA જનીનો દ્વારા પૂરક હોવાનું દર્શાવવામાં આવ્યું હતું જે વંશ સ્તર પર ઇ. કોલીથી જાતિજન્ય રીતે અલગ હતા. આવી કાર્યાત્મક સુસંગતતા થર્મસ થર્મોફિલસમાં પણ જોવા મળી હતી. વધુમાં, ટી. થર્મોફિલસમાં, સંપૂર્ણ અને આંશિક જનીન સ્થાનાંતરણ બંને જોવા મળ્યા હતા. આંશિક સ્થાનાંતરણ યજમાન અને વિદેશી બેક્ટેરિયલ જનીનો વચ્ચે દેખીતી રીતે રેન્ડમ ચિમેરાની સ્વયંસ્ફુરિત પેઢીમાં પરિણમ્યું. આમ, 16S rRNA જનીનો ઊભી વારસો અને આડી જનીન સ્થાનાંતરણ સહિત બહુવિધ પદ્ધતિઓ દ્વારા વિકસિત થયા હોઈ શકે છે; પછીની આવૃત્તિ અગાઉ વિચાર્યા કરતાં ઘણી વધારે હોઈ શકે છે. 16S રાઇબોસોમલ ડેટાબેસેસ 16S rRNA જનીનનો ઉપયોગ સૂક્ષ્મજીવાણુઓના વર્ગીકરણ અને ઓળખ માટે પ્રમાણભૂત તરીકે થાય છે, કારણ કે તે મોટાભાગના સૂક્ષ્મજીવાણુઓમાં હાજર હોય છે અને યોગ્ય ફેરફારો દર્શાવે છે. મોટાભાગના બેક્ટેરિયા અને આર્કિયા માટે 16S rRNA જનીન શ્રેણીના પ્રકારો NCBI જેવા જાહેર ડેટાબેઝ પર ઉપલબ્ધ છે. જો કે, આ ડેટાબેઝ પર જોવા મળતા ક્રમની ગુણવત્તા ઘણીવાર માન્ય થતી નથી. તેથી, ગૌણ ડેટાબેઝ કે જે માત્ર 16S rRNA સિક્વન્સ એકત્રિત કરે છે તેનો વ્યાપકપણે ઉપયોગ થાય છે. સૌથી વધુ ઉપયોગમાં લેવાતા ડેટાબેઝ નીચે સૂચિબદ્ધ છેઃ ઇઝબીયોક્લાઉડ ઇઝબીયોક્લાઉડ ડેટાબેઝ, જે અગાઉ ઇઝટેક્સોન તરીકે ઓળખાતું હતું, તેમાં 62,988 બેક્ટેરિયા અને આર્કિયા પ્રજાતિઓ/ફિલોટાઇપ્સ ધરાવતી સંપૂર્ણ અધિક્રમિક વર્ગીકરણ પ્રણાલીનો સમાવેશ થાય છે, જેમાં સપ્ટેમ્બર 2018 સુધીમાં 15,290 માન્ય પ્રકાશિત નામોનો સમાવેશ થાય છે. મહત્તમ-આજીવિકા અને ઓર્થોની જેવા જાતિજન્ય સંબંધોના આધારે, તમામ પ્રજાતિઓ/પેટાજાતિઓ ઓછામાં ઓછી એક 16S rRNA જનીન ક્રમ દ્વારા રજૂ થાય છે. EzBioCloud ડેટાબેઝ વ્યવસ્થિત રીતે તૈયાર કરવામાં આવે છે અને નિયમિતપણે અપડેટ કરવામાં આવે છે જેમાં નવીન ઉમેદવાર પ્રજાતિઓનો પણ સમાવેશ થાય છે. વધુમાં, વેબસાઇટ ક્યુઆઈઆઈએમઈ અને મોથુર પાઇપલાઇન માટે એએનઆઈ કેલ્ક્યુલેટર, કોન્ટેસ્ટ 16એસ અને 16એસ આરઆરએનએ ડીબી જેવા બાયોઇન્ફોર્મેટિક્સ સાધનો પ્રદાન કરે છે. રિબોસોમલ ડેટાબેઝ પ્રોજેક્ટ રિબોસોમલ ડેટાબેઝ પ્રોજેક્ટ (આર. ડી. પી.) એક ક્યુરેટેડ ડેટાબેઝ છે જે સંબંધિત કાર્યક્રમો અને સેવાઓ સાથે રિબોસોમ ડેટા પ્રદાન કરે છે. ઓફરમાં રાઇબોસોમલ આરએનએ (આરઆરએનએ) સિક્વન્સની ફિલોજેનેટિકલી ક્રમબદ્ધ ગોઠવણી, વ્યુત્પન્ન ફિલોજેનેટિક વૃક્ષો, આરઆરએનએ ગૌણ માળખા આકૃતિઓ અને ગોઠવણી અને વૃક્ષોને સંભાળવા, વિશ્લેષણ કરવા અને પ્રદર્શિત કરવા માટે વિવિધ સોફ્ટવેર પેકેજોનો સમાવેશ થાય છે. આ માહિતી એફ. ટી. પી. અને ઇલેક્ટ્રોનિક મેલ દ્વારા ઉપલબ્ધ છે. ઇલેક્ટ્રોનિક મેઇલ સર્વર દ્વારા કેટલીક વિશ્લેષણાત્મક સેવાઓ પણ પૂરી પાડવામાં આવે છે. તેના મોટા કદને કારણે આર. ડી. પી. ડેટાબેઝનો ઉપયોગ ઘણીવાર બાયોઇન્ફોર્મેટિક ટૂલ ડેવલપમેન્ટ અને મેન્યુઅલી ક્યુરેટેડ ડેટાબેઝ બનાવવા માટેના આધાર તરીકે થાય છે. સિલ્વા સિલ્વા જીવનના ત્રણેય ક્ષેત્રો માટે સંરેખિત નાના (16 એસ/18 એસ, એસ. એસ. યુ.) અને મોટા ઉપઘટક (23 એસ/28 એસ, એલ. એસ. યુ.) રિબોસોમલ આર. એન. એ. (આર. આર. એન. એ.) ક્રમના વ્યાપક, ગુણવત્તાયુક્ત ચકાસાયેલ અને નિયમિતપણે અપડેટ કરેલા ડેટાસેટ્સ તેમજ શોધ, પ્રાઇમર-ડિઝાઇન અને સંરેખણ સાધનો (બેક્ટેરિયા, આર્કિયા અને યુકેરિયા) નો એક સમૂહ પ્રદાન કરે છે. ગ્રીનજીન્સ એ ગુણવત્તા નિયંત્રિત, વ્યાપક 16S rRNA જનીન સંદર્ભ ડેટાબેઝ અને વર્ગીકરણ છે જે ડી નોવો ફિલોજેની પર આધારિત છે જે પ્રમાણભૂત કાર્યકારી વર્ગીકરણ એકમ સમૂહો પ્રદાન કરે છે. સાવચેત રહો કે તે 2012 અને 2013 ની વચ્ચે વર્ષો પહેલા લાગુ કરવામાં આવેલી ફિલોજેનેટિક પદ્ધતિઓમાંથી સૂચિત વર્ગીકરણ શબ્દોનો ઉપયોગ કરે છે. ત્યારથી, આર્કિયા અને બેક્ટેરિયા માટે વિવિધ નવીન ફિલોજેનેટિક પદ્ધતિઓ પ્રસ્તાવિત કરવામાં આવી છે. સંદર્ભો બાહ્ય કડીઓ યુનિવર્સિટી ઓફ વોશિંગ્ટન લેબોરેટરી મેડિસિનઃ મોલેક્યુલર ડાયગ્નોસિસ | બેક્ટેરિયલ સિક્વન્સિંગ ધ રિબોસોમલ ડેટાબેઝ પ્રોજેક્ટ રિબોસોમ્સ અને રિબોસોમલ આરએનએઃ (આરઆરએનએ) સિલ્વા આરઆરએનએ ડેટાબેઝ ગ્રીનજીન્સઃ 16એસ આરડીએનએ ડેટા અને ટૂલ્સ ઇઝબાયોક્લાઉડ રિબોસોમલ આરએનએ મેટાજેનોમિક્સ