Primer Design

پرایمرها مهمترین جزء در واکنش های PCR هستند. اگر طراحی و سنتز پرایمرها مشکلی داشته باشد، دو حالت ایجاد می شود: 1. واکنش PCR  انجام نمی شود 2. واکنش PCR اشتباه انجام می شود. بنابراین طراحی پرایمر اولین مرحله انجام مطالعه دقیق مولکولی محسوب می شود و از اهمیت بسیار زیادی برخوردار است.

همانطور که می دانید واکنش PCR در محیط In Vitro برای تکثیر قسمتی از DNA انجام میشود. بنابراین برای بررسی مولکولی با اختصاصیت و حساسیت بالا، دسترسی به توالی دقیق و بدون نقص DNA از مسائل مهم و ریشه ای در طراحی پرایمر می باشد.

اصول طراحی پرایمر

  •  طول پرایمر(Primer) : بطور میانگین باید بین 18-25 جفت باز باشد. البته در بعضی از شرایط این اندازه کمتر و بیشتر هم می شود.
  • درصد GC: پرایمرهای فوروارد و ریورس نزدیک هم باشد که در حالت ایده آل حدود 45-55 درصد می باشد.
  • آزاد بودن سر 3 پریم: پرایمرهای فوروارد و ریورس نباید در سر 3 پریم، دارای بازهای G و C باشند.
  • مکمل نباشند: پرایمرهای فوروارد و ریورس نباید مکمل همدیگر باشند. زیرا باعث تولید پرایمر دایمر می شود.
  • توالی تکراری سر 3 پریم: پرایمرهای فوروارد و ریورس باید دارای توالی تکراری غیر مکمل یکدیگر داشته باشند.
  •  دمای TM پرایمرها: دمای TM (Melting Temperature) پرایمرها باید نزدیک به یکدیگر باشند. اختلاف TM دو پرایمر باید کمتر از 2 و در حالت ایده آل صفر باشد.
  • دمای TA پرایمرها: دمای TA (Annealing Temperature) پرایمرها باید نزدیک به یکدیگر باشند.
  • طول محصول PCR: طول محصول PCR برای مطالعات مختلف متفاوت است. معمولا حدود 70 تا800 جفت باز طول دارند که بهترین محصول را برای مطالعات مختلف می شود در این بازه مشاهده کرد. مثلا برای Real time PCR طول محصول بین 70 تا 120 جفت باز بهترین حالت است.

Gene Data Base

به دلیل افزایش سریع در داده های زیستی در زمینه های مختلف مانند: مقالات، ثبت اختراعات، گزارش ها، توالی های نوکلئوتیدی یا اسید آمینه ای، ساختار سه بعدی، بررسی های ژل الکتروفورز و … ایجاد پایگاه های زیستی ضرورت یافته است.

سه پایگاه معتبر برای حفظ و ذخیره اطلاعات نوکلئوتیدی وجود دارد:

  1. GenBank در آمریکای شمالی
  2. EMBL در اروپا
  3. DDBJ در آسیا

یکی از اولین پایگاه ها GenBank می باشد، که در سال 1982 میلادی با تنها 5 توالی شروع شد. اما امروزه بیش از 100 میلیون اطلاعات در آن به ثبت رسیده است.

برای طراحی پرایمر در قدم اول باید توالی اسید نوکلئیک را از دیتا بانک استخراج و طراحی پرایمر را بر روی آن انجام داد.

برای اینکه راحت تر کار را لمس کنید مثالی را برای بررسی بیان ترانسکریپت ژن BCL2 برای روش RT-PCR با هم انجام می دهیم.

برای این کار وارد سایت https://www.ncbi.nlm.nih.gov  می شویم و ژن مورد نظر را پیدا را جستجو و گزینه Gene را انتخاب می کنیم.

 

پس از جستجو وارد صفحه شده و گزینه RefSeq transcripts (در شکل روبرو ) انتخاب می کنیم.

mRNA و واریانت مورد نظر رو انتخاب کرده (در شکل روبرو) و به اطلاعات آن دسترسی پیدا می کنیم.

برای دسترسی مستقیم توالی بر روی گزینه FASTA  کلیک کرده و به توالی mRNA دسترسی پیدا می کنیم.

توالی را کپی کرده و در فایل ورد، پیست می کنیم تا بتوانیم برای طراحی پرایمر از آن استفاده کنیم.

طراحی پرایمر دو روش دارد:
1. آفلاین
2. آنلاین

آفلاین: پرایمرها را می توان به صورت دستی و اتوماتیک طراحی نمود. در روش دستی نسبتاً طراحی کار وقت گیر است و نیاز به بررسی های مختلف دارد. اما در نهایت پرایمرها دارای کیفیت بالایی هستند.

آنلاین: روشی سریع و اتوماتیک است، که تعدادی پرایمر طراحی می کند ولی معمولاً خطاهای زیادی دارد و به سختی می شود پرایمرهای با کیفیتی به صورت آنلاین طراحی کرد.

  1. آفلاین: نرم افزارهای بسیار زیادی برای طراحی پرایمر وجود دارد که یکی از آنها نرم افزارهای آفلاین Oligo 7 می باشد. این نرم افزار یکی از کاربردی ترین نرم افزارهای طراحی پرایمر هست که می توان با این نرم افزار پرایمرهای خوبی به روش دستی و اتوماتیک طراحی نمود.

 

نرم افزار Oligo7 دارای قابلیت های زیادی است مانند:

  1. طراحی پرایمر و پروب 2. نمایش ترکیبهای مفید هر پرایمر 3. تجزیه و تحلیل پرایمرها 4. انجام طراحی به صورت اتوماتیک و دستی

 

پس از نصب نرم افزار و راه اندازی آن، توالی پرایمری که در فایل Word ذخیره کرده بودیم را به نرم افزار الیگو وارد می کنیم.

برای این کار وارد فایل Word شده توالی را Copy کرده و گزینه New Sequence را در نرم افزار Oligo7 انتخاب و توالی را در پنجره باز شده Paste می کنیم.

بعد از آن در منوی Accept/Discard گزینه Accept را انتخاب می کنیم تا توالی وارد بخش طراحی پرایمر شود.

برای مشخص کردن طول پرایمر بر روی صفحه Ctrl+D را روی کیبورد فشار داده تا صفحه تعیین طول پرایمر باز شود. طول پرایمر را انتخاب و تایید می کنیم.

کارگاه-طراحی-پرایمر

روی توالی های آبی رنگ دبل کلیک کنید تا صفحه پایین باز شود که نشان دهنده TM پرایمرها می باشد. ناحیه خاکستری رنگ در شکل زیر نشان دهنده این است که بهترین نقطه برای شروع پرایمر نوکلئوتیدهایی  هستند که در این قسمت قرار دارند.

 

طراحی-پرایمر

پس از انتخاب نوکلئوتید مورد نظر که در TM و طول مناسب بود، پرایمر انتخاب شده باید مورد بررسی قرار گیرد تا پرایمردایمر و ساختار سنجاق سری نداشته باشد. بنابراین مسیر مشخص شده در شکل زیر را ادامه می دهیم.

 

طراحی-کارگاه-پرایمر

ساختارهای مناسب برای انتخاب پرایمر: همانطور که در شکل مشخص است، در سر 3 پریم پرایمر دو نوکلئوتید با هم جفت شده اند. این حالت برای طراحی پرایمر مناسب است. ولی اگر این جفت شدن از چهار نوکلئوتید بیشتر بود مناسب نمی باشد.

طراحی-پرایمر

این ساختار هم مثل قبلی مورد تایید است. زیرا سر 3 پریم پرایمر دو نوکلئوتید با هم جفت شده اند. همانطور که در شکل قبل و این شکل مشخص است، هر دو حالت مورد تاییدهستند و هیچ گونه ساختار سنجاق سری (در شکل مشخص شده) تشکیل نمی دهند.

طراحی-پرایمر-آفلاین

ساختارهای نامناسب برای انتخاب پرایمر: همانطور که در شکل مشخص است، در سر 3 پریم پرایمر ساختار مناسبی وجود ندارد. همچنین ساختار سنجاق سری تشکیل می دهد که در شکل ساختارهای نامناسب مشخص شده است.