Inson genomi. Genomika va genom tibbiyotning istiqbollari Reja: Kirish I bob. Genomika va uning tarifi

I bob. Genomika va uning tarifi
1.1. Genomika va uning o’rganilishi
Genetika fanining o'ziga xos xususiyati shundaki, fenotip yoki oxir -oqibat organizmning o'ziga xos xususiyati faqat genotip yoki genetik kodga bog'liq emas, balki fenotip atrof -muhit omillari ta'siri bilan ifodalanadi. Shuning uchun, bu biologiya bilan bog'liq bo'lgan deyarli hamma narsa bilan bog'liq. Genetika haqidagi umumiy tasavvurga qaralganda, uning genetik xilma -xillik orqali biologik xilma -xillik bilan ahamiyatini tushunish mumkin edi.
Genomika - bu organizmlarning genomlarini o'rganadigan fan. Boshqacha qilib aytganda, DNK yoki RNK zanjirlarining nukleotid ketma -ketligi genomikada o'rganiladi. Odatda, bu intizom organizmlarning nuklein kislotalaridagi nukleotidlarning butun ketma -ketligini aniqlashga harakat qiladi. Bundan tashqari, genom ichidagi munosabatlar va o'zaro ta'sirlar genomikada o'rganiladi. Asosan, bu fan bakteriofag, siyanobakteriyalar, odamlar, atrof -muhit namunalari va farmakologik qo'llanmalarni o'rganish bilan shug'ullanadi.
Biroq, genomika sohasi uchun bir qator boshqa ilovalar va muomalalar mavjud. Genlardagi har bir nukleotid ketma -ketligi oqsillarni kodlaydi va shu bilan har bir oqsilning xossalari genlar bilan belgilanadi, shuning uchun genlarni va uning kodini o'rganish turli xil ilovalar uchun muhim DNK ketma -ketligini aniqlashda katta salohiyatga ega. Ammo, jarayonlarning o'ta murakkabligi tufayli, har bir ketma -ketlikning aniq vazifasini aniqlash juda qiyin bo'lar edi.
Ushbu maqola ilmiy soha haqida. Jurnal uchun qarang Genomika (jurnal).
"Genom biologiyasi" bu erga yo'naltiriladi. Xuddi shu nomdagi jurnal uchun qarang Genom biologiyasi.
Genomika ning fanlararo sohasi hisoblanadi biologiya tuzilishi, funktsiyasi, evolyutsiyasi, xaritasi va tahririga e'tibor qaratish genomlar. Genom - bu organizmning to'liq to'plamidir DNKuning barcha genlarini o'z ichiga oladi. Aksincha genetika, bu o'rganishni anglatadi individual genlar va ularning meros olishdagi rollari, genomika kollektiv tavsiflash va miqdorini aniqlashga qaratilgan barchasi organizm genlari, ularning o'zaro aloqalari va organizmga ta'siri. Genlar ishlab chiqarishni boshqarishi mumkin oqsillar fermentlar va xabarchi molekulalari yordamida. O'z navbatida, oqsillar organlar va to'qimalar kabi tana tuzilmalarini tashkil qiladi, shuningdek kimyoviy reaktsiyalarni boshqaradi va hujayralar orasidagi signallarni uzatadi. Genomika shuningdek, yuqori rentabellikga ega bo'lgan genomlarning ketma-ketligi va tahlilini o'z ichiga oladi DNKning ketma-ketligi va bioinformatika butun genomlarning vazifasini va tuzilishini yig'ish va tahlil qilish. Genomikadagi yutuqlar kashfiyotlarga asoslangan tadqiqotlarda inqilobni keltirib chiqardi va tizimlar biologiyasi miya kabi eng murakkab biologik tizimlarni ham tushunishni osonlashtirish.Ushbu sohaga intragenomik (genom ichida) hodisalarni o'rganish kiradi epistaz (bir genning boshqasiga ta'siri), pleiotropiya (bir nechta xususiyatlarga ta'sir qiluvchi bitta gen), heteroz (gibrid kuch) va boshqa o'zaro ta'sirlar lokuslar va allellar genom ichida.
Yunon tilidan ΓΕΝ[7] gen, "bo'lish", "yaratish, yaratish, tug'ilish" ma'nosini anglatuvchi "gen" (gamma, epsilon, nu, epsilon) va undan keyingi variantlar: nasab, nasab, genetika, genik, genomer, genotip, tur va boshqalar. genom (dan Nemis Genom, ga tegishli Xans Vinkler) ishlatilgan Ingliz tili 1926 yildayoq,[8] atama genomika Tom Roderik tomonidan ishlab chiqilgan, a genetik da Jekson laboratoriyasi (Bar Harbor, Men), bo'lib o'tgan uchrashuvda pivo ustida Merilend 1986 yilda inson genomining xaritasida.
Dastlabki tartiblashtirish harakatlari
Keyingi Rosalind FranklinDNKning spiral tuzilishini tasdiqlash, Jeyms D. Uotson va Frensis Krik1953 yilda DNKning tuzilishini nashr etish va Fred Sangerning nashr etilishi Aminokislota 1955 yilda insulin ketma-ketligi, nuklein kislota sekvensiyasi erta bosqichda asosiy maqsadga aylandi molekulyar biologlar.[10] 1964 yilda, Robert V. Xolli va uning hamkasblari birinchi marta aniqlangan nuklein kislota ketma-ketligini nashr etdilar ribonukleotid ketma-ketligi alanin transfer RNK.[11][12] Ushbu ishni kengaytirish, Marshal Nirenberg va Filipp Leder ning uchlik xususiyatini ochib berdi genetik kod va 64 dan 54 tasining ketma-ketligini aniqlay oldilar kodonlar ularning tajribalarida.[13] 1972 yilda, Valter Feyers va uning jamoasi molekulyar biologiya laboratoriyasida Gent universiteti (Gent, Belgiya) birinchi bo'lib genning ketma-ketligini aniqladilar: uchun gen Bakteriyofag MS2 palto oqsili.[14] Fyers guruhi MS2 qatlamli oqsil ishlarini kengaytirib, MS2-RNK bakteriofagining to'liq nukleotidlar ketma-ketligini aniqladilar (ularning genomi 3569 yilda atigi to'rtta genni kodlaydi) tayanch juftliklari [bp]) va Simian virusi 40 mos ravishda 1976 va 1978 yillarda.
DNK-sekvensiya texnologiyasi ishlab chiqildi
Frederik Sanger va Valter Gilbert DNK sekvensiyasini mustaqil ravishda ishlab chiqish usullari uchun 1980 yilda kimyo bo'yicha Nobel mukofotining yarmini baham ko'rdi.
Insulinning aminokislotalar ketma-ketligi bo'yicha seminal ishlaridan tashqari, Frederik Sanger va uning hamkasblari genomlarni sekvensiya qilish bo'yicha keng qamrovli loyihalarni yaratishga imkon beradigan DNK sekvensiyasi texnikasini ishlab chiqishda muhim rol o'ynadi.[6] 1975 yilda u va Alan Koulson DNK-polimeraza yordamida radiokanalli nukleotidlar bilan sekvensiya tartibini e'lon qildi va uni Plus va Minus texnikasi.[17][18] Bunda uchta 'termini bilan qisqa oligonukleotidlarni hosil qiluvchi bir-biriga chambarchas bog'liq ikkita usul mavjud. Ular qismlarga bo'linishi mumkin elektroforez a poliakrilamid gel (poliakrilamidli gel elektroforez deb ataladi) va autoradiografiya yordamida ingl. Jarayon bir martada 80 ta nukleotidni ketma-ketlikda to'plashi mumkin edi va bu juda yaxshilandi, ammo baribir juda mashaqqatli edi. Shunga qaramay, 1977 yilda uning guruhi bitta ipli 5386 ta nukleotidlarning ko'pini ketma-ketlashtirishga muvaffaq bo'ldi bakteriyofag 17X174, birinchi to'liq ketma-ketlikda DNKga asoslangan genomni to'ldirish.[19] Ning yaxshilanishi Plyus va minus usuli zanjirning tugashiga olib keldi yoki Sanger usuli (qarang quyida), bu keyingi chorak asrlik tadqiqotlarda eng ko'p qo'llanilgan DNK sekvensiyasi, genomlarni xaritalash, ma'lumotlarni saqlash va bioinformatik tahlil usullarining asosini tashkil etdi.[20][21] Xuddi shu yili Valter Gilbert va Allan Maksam ning Garvard universiteti mustaqil ravishda ishlab chiqilgan Maksam-Gilbert usuli (. nomi bilan ham tanilgan kimyoviy usul) ma'lum bo'lgan asoslarda DNKning imtiyozli bo'linishini o'z ichiga olgan DNK sekvensiyasi, unchalik samarali bo'lmagan usul.[22][23] Nuklein kislotalarni ketma-ketlikda o'zlarining yangi ishlarini bajarish uchun Gilbert va Sanger 1980 yilning yarmini o'rtoqlashdilar Nobel mukofoti bilan kimyo Pol Berg (rekombinant DNK).
To'liq genomlar
Ushbu texnologiyalarning paydo bo'lishi tezligi va yakunlanish tezligi tez sur'atlarda kuchayishiga olib keldi genomlarni tartiblashtirish bo'yicha loyihalar. A ning birinchi to'liq genom ketma-ketligi eukaryotik organelle, inson mitoxondriya (16.568 bp, taxminan 16.6 kb [kilobase]), 1981 yilda xabar qilingan,[24] va birinchi xloroplast genomlar 1986 yilda kuzatilgan.[25][26] 1992 yilda birinchi ökaryotik xromosoma, pivo xamirturushining III xromosomasi Saccharomyces cerevisiae (315 kb) ketma-ketligi aniqlandi. Birinchi navbatda ketma-ket tuzilgan erkin tirik organizm Gemofilus grippi (1,8 Mb [megabaza]) 1995 yilda. Keyingi yil laboratoriyalarning tadqiqotchilari konsortsiumi Shimoliy Amerika, Evropava Yaponiya eukaryotning birinchi to'liq genom ketma-ketligi tugaganligini e'lon qildi, S. cerevisiae (12.1 Mb), va shu vaqtdan boshlab genomlar ketma-ketligi jadal o'sib boruvchi tempda davom ettirilmoqda.[29] 2011 yil oktyabr holatiga ko'ra, to'liq ketma-ketliklar mavjud: 2,719 viruslar, 1,115 arxey va bakteriyalarva 36 eukaryotlar, shundan taxminan yarmi qo'ziqorinlar.Texnologik takomillashtirish ketma-ketlik narxini pasaytirishda davom etar ekan, genom loyihalari soni ortdi. (A) 1995 yildan beri genomlar ketma-ketligi ma'lumotlar bazalarining eksponent o'sishi. (B) Bir million bazani ketma-ketlashtirish uchun AQSh dollaridagi (AQSh dollaridagi) narx. (C) Jurnalning o'zgargan shkalasi bo'yicha 3000 Mb (odamga teng) genomni ketma-ketlashtirish uchun AQSh dollaridagi xarajatlar.
Genomlari to'liq sekvensiya qilingan mikroorganizmlarning aksariyati muammoli patogenlar, kabi Gemofilus grippimikroorganizmlarning xilma-xilligi bilan taqqoslaganda ularning filogenetik tarqalishida aniq tanqidga uchradi.[32][33] Boshqa ketma-ket turlarning ko'plari tanlangan, chunki ular yaxshi o'rganilgan model organizmlar yoki yaxshi model bo'lishga va'da berishgan. Xamirturush (Saccharomyces cerevisiae) azaldan muhim bo'lgan model organizm uchun eukaryotik hujayra, meva uchib ketganda Drosophila melanogaster juda muhim vosita bo'lgan (xususan, molekulyargacha bo'lgan davrda) genetika). Qurt Caenorhabditis elegans uchun tez-tez ishlatiladigan oddiy modeldir ko'p hujayrali organizmlar. Zebrafish Brachydanio rerio molekulyar darajadagi ko'plab rivojlanish tadqiqotlari va o'simlik uchun ishlatiladi Arabidopsis talianasi gullaydigan o'simliklar uchun namunali organizmdir. The Yapon pufferfish (Takifugu rubripes) va dog'li yashil puferfish (Tetraodon nigroviridis) juda oz bo'lgan kichik va ixcham genomlari tufayli qiziqarli kodlamaydigan DNK ko'p turlarga nisbatan. Sutemizuvchilar iti (Kanis tanish),[36] jigarrang kalamush (Rattus norvegicus), sichqoncha (Muskul mushak) va shimpanze (Pan trogloditlari) barchasi tibbiyot tadqiqotlarida muhim model hayvonlardir.Ning qo'pol loyihasi inson genomi tomonidan yakunlandi Inson genomining loyihasi 2001 yil boshida ko'plab shov-shuvlarni keltirib chiqardi.2003 yilda yakunlangan ushbu loyiha butun bir genomni ma'lum bir odam uchun ketma-ketligini ajratib ko'rsatdi va 2007 yilga kelib ushbu ketma-ketlik "tugatilgan" deb e'lon qilindi (20000 bazada bitta xato va barcha xromosomalar yig'ilgan).[37] O'shandan beri o'tgan yillarda ko'plab boshqa shaxslarning genomlari, qisman 1000 genom loyihasi2012 yil oktyabr oyida 1092 genomning sekvensiyasini e'lon qildi.[38] Ushbu loyihaning yakunlanishi keskin samaraliroq ketma-ketlik texnologiyalarini ishlab chiqish natijasida amalga oshirildi va juda muhim majburiyatlarni talab qildi bioinformatika yirik xalqaro hamkorlik manbalari.[39] Inson genomik ma'lumotlarini doimiy ravishda tahlil qilish insoniyat jamiyatlari uchun chuqur siyosiy va ijtimoiy ta'sirga ega.