مقدمه ای بر DNA در دندان ها

دندان ها منبع ارزشمندی از DNA را برای بسیاری از کاربردها در پزشکی قانونی، باستان شناسی و پزشکی شخصی فراهم می آورند. هم دندان های انسان های گذشته و هم دندان های افراد امروزی حاوی DNA در محفظه پالپ داخلی هستند که می توان آن را برای اهداف مختلف استخراج و تجزیه و تحلیل کرد. در حالی که استخوان ها DNA را نیز ارائه می دهند، دندان ها اغلب در طول هزاران سال بهتر حفظ می شوند و در شرایط سختی که استخوان ها قادر به آن نیستند زنده می مانند.

این مقاله مروری عمیق بر استخراج DNA از دندان ها ارائه می دهد. این موارد را پوشش خواهد داد:

• ساختار دندان ها و محل قرارگیری DNA
• روش های استخراج و آنالیز DNA از نمونه های دندانی
• عواملی که بر کیفیت و کمیت DNA بازیابی شده تأثیر می گذارد
• کاربردهای فراوان DNA دندان در تحقیقات پزشکی قانونی
• محدودیت ها و چالش ها هنگام استفاده از شواهد DNA دندانی

درک تکنیک های تجزیه و تحلیل DNA دندان، بینشی را در مورد این زمینه در حال رشد در تقاطع ژنتیک، پزشکی قانونی و باستان شناسی فراهم می کند.

ساختار و ترکیب دندان

دندان های انسان از چندین بافت معدنی تشکیل شده اند که از محفظه پالپ داخلی حاوی اعصاب، عروق خونی و بافت همبند محافظت می کند. در اینجا اجزاء ساختاری اصلی دندان ها آمده اند:

• مینا – لایه بیرونی قابل مشاهده تقریباً به طور کامل از کلسیم کریستالی و مواد معدنی فسفات تشکیل شده است. مینای دندان حاوی DNA نیست زیرا فاقد ساختار سلولی است.
• عاج – عاج در زیر مینای دندان قرار دارد و قسمت عمده هر دندان را تشکیل می دهد. این یک بافت استخوانی با 70 درصد مواد معدنی غیر آلی و 20 درصد مواد آلی از نظر وزنی، عمدتاً الیاف پروتئینی کلاژن است. عاج حاوی تعداد کمی سلول به نام ادونتوبلاست است که ماتریکس عاج را تولید می کند. این ادونتوبلاست ها دارای DNA هستند، اما در سطوح پایین.
• سمنتوم – این بافت معدنی ریشه دندان را پوشش می دهد و آن را به استخوان آلوئولار فک می چسباند. سمنتوم حاوی سمنوبلاست هایی است که ماتریکس سمان خارج سلولی را می گذارند. سمنوبلاست ها دارای DNA هستند اما پس از تشکیل سمنتوم تجزیه می شوند.
• پالپ – در مرکز دندان پالپ قرار دارد که حاوی بافت همبند نرم، عروق خونی و اعصاب است. اجزاء سلولی پالپ دندان غنی ترین منبع DNA با کیفیت بالا را از دندان ها فراهم می کند.
• الیاف پریودنتال – این رشته ها ریشه دندان را به حفره استخوانی متصل می کنند و همچنین حاوی DNA باقی مانده از مواد سلولی هستند.

به طور کلی، پالپ منبع فراوانی از DNA را ارائه می دهد، در حالی که عاج، سمان و الیاف ممکن است مقادیر کمی از DNA قابل بازیافت را به همراه داشته باشند.

ساختار و ترکیب دندان

دریافت DNA از پالپ دندان

از آنجا که پالپ حاوی بالاترین غلظت سلول های حاوی DNA در دندان ها است، هدف اکثر فرایندها دسترسی و برداشتن بافت نرم پالپ محافظت شده توسط مینای دندان و عاج سخت است. در اینجا سه ​​فرایند استاندارد مورد استفاده توسط آزمایشگاه های پزشکی قانونی و دانشمندانی که با استخراج DNA دندان کار می کنند آورده شده است:

دسترسی به محفظه پالپ

این مستقیم ترین راه برای بدست آوردن پالپ دندان است. این شامل ایجاد حفره با جراحی از طریق سطح دندان برای رسیدن به محفظه پالپ است. این کار باید با دقت انجام شود تا از گرمای بیش از حد و سوراخ کردن کف محفظه جلوگیری شود. مراحل متداول عبارتند از:

• استفاده از عکس رادیوگرافی دندان با اشعه ایکس برای تعیین محل محفظه پالپ
• در حین سوراخ کردن عمودی روی مینا و عاج، دندان را در جای خود محکم کنید.
• برداشتن سقف سوراخ شده محفظه برای نمایان شدن بافت پالپ
• استخراج پالپ با ابزارهای کوچک و استریل در یک لوله میکروسانتریفیوژ بدون DNA
• انجام جداسازی و خالص سازی DNA روی پالپ تازه یا منجمد

نقاط قوت – بازده DNA بالا از نمونه برداری مستقیم پالپ

نقاط ضعف – سوراخ کردن مخرب به ساختار دندان آسیب می رساند

ساییدن یا پودر کردن کل دندان

به جای سوراخ کردن، کل دندان خرد یا پودر می شود تا DNA از تمام ساختارهای دندان آزاد شود. مراحل عبارتند از:

• تمیز کردن و استریل کردن سطح دندان سالم
• خرد کردن دندان به صورت پودر درشت با آسیاب یا دستگاه فرز
• با استفاده از همزن با سرعت بالا یا آسیاب مهره، پودر را تا زمانی که خیلی نرم شود همگن کنید
• انجام لیز سلولی و استخراج DNA روی پودر حاصل

نقاط قوت – DNA بدست آمده از تمام اجزاء دندان

نقاط ضعف – خلوص کمتر به دلیل ناخالصی های بیشتر در پودر

هضم شیمیایی و آنزیمی

این رویکرد غیر حفاری از مواد شیمیایی، شوینده ها یا آنزیم ها برای هضم مواد غیر DNA و دسترسی به DNA محصور استفاده می کند. مثلاً:

• استفاده از آنزیم پروتئیناز K برای هضم پروتئین های ساختاری
• هضم کلاژناز برای شکستن فیبرهای کلاژن
• رزین تبادل یونی چیلکس Chelex برای کمک به خالص سازی DNA آزاد شده
• بافرهای استخراج شیمیایی حاوی EDTA، مواد شوینده SDS، DTT

نقاط قوت – از سوراخ کردن یا خرد کردن پیچیده دندان جلوگیری می کند.

نقاط ضعف – مواد شیمیایی خشن می توانند DNA را تخریب کنند.

تجزیه و تحلیل DNA از نمونه های دندان

پس از استخراج و خالص سازی، DNA بازیافت شده با استفاده از تکنیک های استاندارد زیست شناسی مولکولی تجزیه و تحلیل می شود:

• کمیت – مقدار کل DNA موجود را با اسپکتروفتومتری یا فلورومتری تعیین کنید. در حالت ایده آل 110 میکروگرم مورد نیاز است.
• الکتروفورز ژل – برای ارزیابی توزیع اندازه، به DNA روی ژل آگارز نگاه کنید. DNA با وزن مولکولی بالا در ژل بالا می ماند در حالی که DNA تجزیه شده سریع تر و پایین تر اجرا می شود.
• واکنش زنجیره ای پلیمراز (PCR) – با استفاده از پرایمرها و DNA پلیمراز، مناطق خاصی از DNA را تقویت کنید. این سیگنال ها را برای تجزیه و تحلیل ژنتیکی افزایش می دهد.
• تعیین توالی DNA – توالی نوکلئوتیدی دقیق محصولات PCR تقویت شده را تعیین کنید. برای شناسایی روابط ژنتیکی با پایگاه داده های DNA مقایسه کنید.
• ریزآرایه های DNA – قطعات DNA دندانی را به پروب هایی روی یک تراشه ریزآرایه هیبرید کنید تا هزاران پلی مورفیسم شناخته شده و توالی ژن را به طور همزمان شناسایی کنید.

این روش ها و سایر روش های تجزیه و تحلیل DNA امکان بدست آوردن پروفایل های ژنتیکی حتی از مقادیر کمی DNA تخریب شده استخراج شده از نمونه های دندان های قدیمی یا پزشکی قانونی را فراهم می کند.

دریافت DNA از پالپ دندان

عوامل مؤثر بر حفظ DNA در دندان ها

بازده و کیفیت DNA قابل بازیافت به شدت به وضعیت نمونه دندان بستگی دارد. در اینجا عوامل کلیدی مؤثر بر حفظ DNA در دندان ها در طول زمان آورده شده اند:

سن دندان

دندان های جوان تر DNA با کیفیت بالایی را ارائه می دهند. دندان های شیری نسبت به دندان های دائمی بزرگسالی همان فرد، DNA دست نخورده بیشتری تولید می کنند. حجم پالپ و سلولی با افزایش سن دندان کاهش می یابد و محتوای DNA را کاهش می دهد.

فاصله پس از مرگ

فاصله زمانی کوتاه بین مرگ و کشیدن دندان باعث می شود تا کمترین میزان DNA تجزیه شود. فواصل طولانی پس از مرگ منجر به اتولیز و تخریب میکروبی DNA می شود. تبرید یا سرما تخریب را کند می کند.

فعالیت میکروبی

رشد باکتریایی در دهان و زمین باعث هضم DNA آنزیمی و تغییرات شیمیایی می شود. دندان های محافظت شده از میکروب ها یکپارچگی DNA را برای مدت طولانی تری حفظ می کنند.

قرار گرفتن در معرض محیط

گرما، رطوبت و اشعه ماوراء بنفش، تکه تکه شدن DNA از طریق هیدرولیز و اکسیداسیون را تسریع می کنند. دندان هایی که در شرایط سرد، خشک یا تاریک نگهداری می شوند، بقای DNA را افزایش می دهند.

فرایندهای دندانپزشکی

پر کردن، ایمپلنت ها، تمیز کردن، و استخراج محتوای پالپ زنده و DNA را کاهش می دهد. دندان های درمان شده نسبت به دندان های دست نخورده طبیعی DNA کمتری تولید می کنند.

آلودگی نمونه

باکتری، قارچی یا DNA خارجی انسان وارد شده در حین دستکاری یا شستشو، خلوص نمونه را کاهش می دهد. فرایندهای مناسب استریل، منابع DNA خارجی را محدود می کند.

روش استخراج DNA

مواد شیمیایی شدید یا واکنش های آنزیمی در طول استخراج می توانند DNA را قطعه قطعه کنند یا به آن آسیب بزنند. روش های ملایم تر طول عمر و ساختار DNA را بهتر حفظ می کنند.

عوامل مؤثر بر حفظ DNA در دندان ها

کاربردهای تجزیه و تحلیل DNA دندان

تجزیه و تحلیل DNA از دندان هایی که به درستی حفظ شده اند، دیدگاه های ارزشمندی را در بسیاری از زمینه های علمی ارائه کرده است:

• شناسایی پزشکی قانونی – تطبیق پروفایل های DNA از دندان ها با پایگاه های داده مرجع، به شناسایی قربانیان ناشناخته کمک می کند و مظنونان را از طریق شواهد دندانپزشکی به جنایات مرتبط می کند.
• تحقیقات انسان شناسی – DNA باستانی از دندان های فسیل شده می تواند الگوهای مهاجرت اولیه انسان، تنگناهای جمعیتی و فیلوژنی را روشن کند.
• مطالعات باستان شناسی – DNA دندانی بر اساس بقایای نمونه برداری شده، خویشاوندی، بیماری، رژیم غذایی و مرگ و میر را در تمدن های گذشته نشان می دهد.
• دیدگاه های تبارشناسی – روابط ژنتیکی بین افراد یا خطوط اجدادی را می توان با مقایسه توالی های DNA از دندان ها یا نمونه های استخوان روشن کرد.
• رویه های حقوقی – شواهد DNA بدست آمده از دندان ها می تواند ادعاهای مربوط به روابط خانوادگی در پرونده های مهاجرت، ارث یا حضانت را تأیید یا رد کند.
• سلامت و بیماری – باکتری های دهان و DNA میزبان از بزاق روی دندان ها سرنخ هایی در مورد انتقال پاتوژن، خطر عفونت و نشانگرهای زیستی بیماری ها ارائه می دهند.
• شناسایی پزشکی قانونی – تطبیق پروفایل های DNA از دندان ها با پایگاه های داده مرجع به شناسایی قربانیان ناشناخته کمک می کند و از طریق شواهد دندانپزشکی مظنونان را به جنایات مرتبط می کند.

واضح است که اکنون بسیاری از زمینه ها از DNA در دندان ها برای کشف اطلاعات جدید مربوط به اصل و نسب، خویشاوندی، سلامتی و تاریخ بهره مند می شوند.

محدودیت های شواهد DNA دندانی

دندان ها علیرغم مفید بودنشان، هنگام استفاده به عنوان منبع DNA، دارای محدودیت هایی هستند:

• کمیت کم DNA – دندان هایی که به شدت روی آنها کار شده یا پیر شده اند، مقادیر بسیار محدودی DNA تولید می کنند.
• پروفایل های ناقص DNA – DNA تخریب شده در مکان های ژنتیکی خاصی قادر به تقویت نیست و پروفایل های جزئی تولید می کند.
• آلودگی DNA – باکتری ها، معرف های آزمایشگاهی، یا کنترل کننده ها می توانند DNA خارجی را معرفی کرده و نتایج را تغییر دهند.
• تخریب DNA – گرما، نور، رطوبت و پیری باعث تجزیه DNA در طول زمان به قطعات کوچکتر می شود.
• نمونه برداری مخرب – دسترسی به محفظه پالپ ممکن است به ساختار دندان آسیب زیادی وارد کند.
• چالش های فنی – تقویت و توالی یابی DNA باستانی بسیار قطعه قطعه شده، آسیب دیده یا اصلاح شده از نظر شیمیایی، به تکنیک های خاصی نیاز دارد.
• اهمیت نامشخص – معنای ژنومی یا ارتباط بالینی جهش های DNA دندانی مشاهده شده ممکن است نامشخص باشد.
• آزمایش پرهزینه – استخراج، گرفتن و تجزیه و تحلیل DNA پیشرفته دندان در مقایسه با روش های با نمونه های مدرن پر هزینه است.

محققان به توسعه روش های DNA دندانی بهتر برای غلبه بر این محدودیت ها از طریق پروتکل های استخراج دقیق تر، تقویت سریع کل ژنوم و پلتفرم های توالی یابی پیشرفته ادامه می دهند.

محدودیت های شواهد DNA دندانی

نتیجه گیری

دندان ها منبع فراوانی از DNA به نمایش می گذارند که از مواد ژنتیکی ارزشمند برای هزاران سال پس از مرگ محافظت می کند. DNA از بافت های دندانی هنگامی که به درستی بازیابی و تجزیه و تحلیل شود، می تواند اطلاعات زیادی در مورد اصل و نسب انسان، عرف، بیماری، پزشکی قانونی و تاریخ ارائه دهد. در حالی که DNA دندانی دارای محدودیت هایی مانند تکه تکه شدن و آلودگی است، این رشته با نوآوری های جدید برای استخراج DNA و جمع آوری دیدگاه های غیر ممکن با روش های دیگر به پیشرفت خود ادامه می دهد. باز کردن قفل و تفسیر DNA پنهان در دندان های ما راه های جدیدی را برای تحقیقات برای سال های آینده باز خواهد کرد.

سؤالات متداول

آیا می توان مشخصات کامل DNA را از دندان دریافت کرد؟

دریافت مشخصات کامل DNA از پالپ دندان های تازه کشیده شده امکان پذیر است. با این حال، دندان های قدیمی تر یا دندان های فسیل شده معمولاً به دلیل تخریب در طول زمان، تنها پروفایل های DNA جزئی ایجاد می کنند. روش های استخراج پیشرفته و تکنیک های توالی یابی، بازیابی DNA از دندان های پیر را به حداکثر می رساند.

چه دندانی برای استخراج DNA بهتر است؟

دندان های عقب (مولرها و پرمولرها) بیشترین بازده DNA را دارند زیرا دارای محفظه پالپ بزرگی هستند. دندان های مرکزی جلو دارای پالپ و DNA کمتری هستند. دندان های عقل نیز گزینه های عالی برای تجزیه و تحلیل DNA هستند.

آیا DNA دندان شیری با DNA دندان دائمی متفاوت است؟

خیر، دندان های شیری حاوی DNA و اطلاعات ژنتیکی مشابه دندان های دائمی و سایر سلول های آن فرد هستند. با این حال، دندان های شیری تمایل دارند DNA دست نخورده و فراوان تری را در مقایسه با دندان های دائمی از همان فرد فراهم کنند.

آیا می توان DNA را از روکش یا پروتز دندان بدست آورد؟

روکش های دندان، پر کردگی ها، پروتزها و بریج ها حاوی سلول های زنده مورد نیاز برای تجزیه و تحلیل DNA نیستند. فقط مواد بیولوژیکی مانند پالپ، الیاف ها یا بافت لثه DNA بالقوه را ارائه می دهند.

ماندگاری DNA در دندان چقدر است؟

DNA در دندان ها، با توجه به شرایط نگهداری ایده آل مانند انجماد یا خشک شدن، می تواند بیش از 100000 سال باقی بماند. DNA قابل شناسایی، تحت شرایط محیطی معمولی، قبل از تخریب حدود 50 تا 100 سال در دندان ها باقی می ماند. روش های استخراج و آنالیز مناسب، DNA قابل استفاده را از دندان های مسن را به حداکثر می رساند.