Bob. Genomlarni tahrirlash

4. BOB. GENOMLARNI TAHRIRLASH

Genomni tahrirlash texnologiyalarga asos solinishi

O’simliklar, hayvonlar va odam genomining to’liq sekvenirlanishi natijasida olingan ma’lumortlar bioinformatika usullari orqali biotexnologiya, molekulyar biologiya, qishloq xo’jaligi va tibbiyot sohalarida keng miqyosda qo’llash uchun katta imkoniyatlar ochib bermoqda. Biroq genomning alohida elementlarining funktsional o’zaro bog’liklarini va ularning fenotipik belgilarini hamda alohida kasalliklarning patogenezi shakllanishidagi rolini tushunish uchun genomlarning faqatgina nukleotid ketma-ketliklari to’g’risidagi ma’lumotlar yetarli emas. Postgenom sohasida genomlardagi DNKlarni manipulyatsiya (boshqarish) qilish, genlar ekspressiyasini va regulyator elementlarning ishlarini boshqarish va vizuallashtirish imkonini beruvchi usullar faol rivojlanib bormoqda. Ammo barcha usullar ham samaradorligi, havfsizligi hamda keng doiradagi tadqiqotchilar qo’llashi uchun yuqori talablarga javob bermaydi. So’nggi bir necha yillar ichida genomlarni tahrirlash uchun TALEN, Zinc Finger va CRISPR/Cas9 (inglizcha CRISPR - Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats, o’zbek tilida - muntazam guruhlarda joylashgan qisqa palindromik takrorlar) kabi yangi texnologiyalar vujudga keldi.
Genomni tahrirlash texnologiyalari. Ushbu yaqinda paydo bo’lgan tizimlar allaqachon genom muxandisligining samarali va ishonchli texnologiyalariga aylanib ulgirdi. Bu innovatsion texnologiyalarni zamonaviy biologiyaning asosiy model ob’ektlari genomlarini tahrirlashda hamda genomlarning funktsional skriningi, odam irsiy kasalliklari hujayra modellarini yaratish, epigenomikasini o’rganish va hujayrada sodir bo’ladigan jarayonlarni vizualizatsiya qilishda qo’llaniladi.
Gen muxandisligi sohasining tarixi 1972 yilda amerikalik olim Pol Naim Berg (Paul Naim Berg) laboratoriyasida rekombinant DNK yaratilishi bilan boshlangan. Bu tajribada olimlar ichak tayoqchasi genomini bakteriofag va virus (SV40) genlari bilan birlashtirgan. Ushbu kashfiyotdan so’ng gen muxandisligi sohasida ulkan yutuqlarga erishildi, molekulyar-genetik mexanizmlar va hodisalar mukammal o’rganildi va kashf etildi, endilikda bu hodisalami in vitro sharoitida amalga oshirish mumkin. Bakteriya hamda viruslarning molekulyar genetikasi va biokimyosi sohasidagi izlanishlar bioinformatik usullar yordamida DNKni manipulyatsiya qilish (boshqarish) va turli vektor tizimlari ishlab chiqish, ularni hujayraga kiritish usul va uslublarini yaratish imkonini berdi. Buning natijasida esa nafaqat transgen mikroorganizmlar, balki genetik modifikatsiyalangan o’simliklar va hayvonlar olishga erishildi.
Bioinformatika sohasining shiddat bilan rivojlanishi biotexnologiya va selektsiya yo’nalishlari taraqqiyotiga turtki berib, gen muxandisligining amaliy sohasini yuzaga keltirdi. Biroq an’anaviy gen muxandisligi usullari bir qator kamchiliklarga ega bo’lib, bulardan bittasi - odam va hayvonlarning katta genomlarini manipulyatsiya qilish o’ta murakkabligidadir.
Halqaro “Inson genomi” loyihasi doirasida 1990-2003 yillar davomida odam yadro DNKsining nukleotid ketma-ketligi aniqlandi va 20,5 mingga yaqin genlar identifikatsiya qilindi. Bu kabi ko’plab loyihalar hozirgi vaqtda ham olib borilmoqda, asosiy biologik model ob’ektlar genomlari - ichak tayoqchasi, nematoda, drozofila pashasi, sichqon va h.o. nukleotid ketma-ketliklari allaqachon o’qib bo’lingan. Bu loyihalar orqali DNKning faqat nukleotid ketma-ketliklari to’g’risidagi ma’lumotlar olish imkoni bor, ammo genom alohida elementlarining funksiyasi va ularning o’zaro butun genom tizimiga bog’liklari to’g’risidagi biron ma’lumot olish imkoni yo’q. Inson genomidagi funktsional o’zaro bog’liqlarni anglash, nafaqat irsiy patologiyalarning sabab-oqibatlarini, balki ko’p omillarga bog’liq bo’lgan kasalliklarning sabablarini aniqlash va ularni davolash uchun nishonlar ham topish imkonini beradi.
Inson genomi Milliy tadqiqot instituti 2003 yilda yangi halqaro loyiha ENCODE (ingl. Encyclopedia of DNA Elements, o’zb. DNK elementlari entsiklopediyasi) ustida ish boshladi. Loyihadan maqsad - olimlarning intilish va izlanishlarini birlashtirgan holda RNK va oqsillar darajasida faol bo’lgan elementlar, fundamental genetik jarayonlarni- transkriptsiya, translatsiya va replikatsiyani nazorat qiluvchi regulyator elementlar va inson genomi funktsional elementlarining to’liq ro’yxatini olish edi. Bu kabi funksional o’zaro aloqadorliklarni aniqlash uchun quyidagi ikki strategiya qo’llaniladi: genni o’chirish (nakout yoki nokdaun) hamda gen faoliyatini yoki uning ektopik ekspressiyasini kuchaytirish. An’anaviy usullar - gomologik rekombinatsiyalar qo’llangan transgenez sichqonlarda, bundan tashqari virusli va lentivurusli vektorlarning qo’llanilishi nafaqat qimmat, balki juda katta mehnat talab etadi, ular o’ta qat’iy belgilangan genom lokusida aniq o’zgarishlar kiritish imkonini bermaydi.
Hozirgi kunda olimlar ixtiyorida bir necha texnologiyalar paydo bo’ldi, bular orqali o’simliklar, hayvonlar va odam genomlarini o’ta yuqori aniqlikda tahrirlash imkonini beradi.
Genomni tahrirlash tizimlarining asosiy yo’nalishlari.
Yangi avlod texnologiyalari: Zinc Finger, TALEN, CRISPR. Zinc-finger texnologiyasi.