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

II bob. Genomika va proteomika va ularni o’rganish metodlari.
2.1. Genomika va proteomika o’rtasida o’zaro bogliqlik
Genomikaning asosiy sohasi hali ham dolzarbdir ketma-ketlik turli xil organizmlarning genomlari, ammo to'liq genomlar haqidagi bilim maydon uchun imkoniyat yaratdi funktsional genomikaasosan naqshlari bilan bog'liq gen ekspressioni turli sharoitlarda. Bu erda eng muhim vositalar mikroarraylar va bioinformatika.O'rta G'arbiy Strukturaviy Genomika Markazi tomonidan aniqlangan oqsil tuzilishiga misol.Strukturaviy genomika tasvirlashga intiladi 3 o'lchovli tuzilish berilgan tomonidan kodlangan har bir oqsildan genom.[68][69] Ushbu genomga asoslangan yondoshuv kombinatsiyalashgan holda strukturani aniqlashning yuqori o'tkazuvchanlik usuliga imkon beradi eksperimental va modellashtirish yondashuvlari. Strukturaviy genomika bilan asosiy farq an'anaviy tarkibiy bashorat shundan iboratki, strukturaviy genomika ma'lum bir oqsilga e'tibor qaratish o'rniga, genom tomonidan kodlangan har bir oqsilning tuzilishini aniqlashga harakat qiladi. To'liq genomlar ketma-ketligi mavjud bo'lganda, strukturani bashorat qilish eksperimental va modellashtirish yondashuvlari yordamida tezroq amalga oshirilishi mumkin, ayniqsa, ko'p sonli ketma-ket genomlar va ilgari hal qilingan oqsil tuzilmalari mavjudligi olimlarga oqsil tuzilishini ilgari echilgan tuzilmalar bo'yicha modellashtirishga imkon beradi. gomologlar. Strukturaviy genomika strukturani aniqlashga ko'plab yondashuvlarni, shu jumladan genomik ketma-ketliklardan foydalanadigan eksperimental usullarni yoki ketma-ketlikka asoslangan modellashtirishga asoslangan yondashuvlarni o'z ichiga oladi. tarkibiy homologiya ma'lum tuzilishdagi oqsilga yoki biron bir ma'lum tuzilishga homologiyasi bo'lmagan oqsil uchun kimyoviy va fizikaviy printsiplarga asoslanadi. An'anaviy farqli o'laroq tarkibiy biologiya, a ni aniqlash oqsil tuzilishi tizimli genomika harakati orqali ko'pincha (lekin har doim ham) oqsil funktsiyasi haqida hamma narsa ma'lum bo'lishidan oldin keladi. Bu yangi muammolarni keltirib chiqaradi tarkibiy bioinformatika, ya'ni undan protein funktsiyasini aniqlash 3D tuzilishi.Epigenomika ning to'liq to'plamini o'rganishdir epigenetik deb nomlanuvchi hujayraning genetik materialidagi modifikatsiyalar epigenom.[71] Epigenetik modifikatsiyalar - bu DNK ketma-ketligini o'zgartirmasdan gen ekspressioniga ta'sir ko'rsatadigan hujayraning DNKsi yoki gistonlaridagi qaytariladigan modifikatsiyalar (Russell 2010 p. 475). Eng xarakterli epigenetik modifikatsiyalardan ikkitasi DNK metilatsiyasi va giston modifikatsiyasi. Epigenetik modifikatsiyalar genlarning ekspressioni va regulyatsiyasida muhim rol o'ynaydi va kabi ko'plab uyali jarayonlarda ishtirok etadi farqlash / rivojlanish va shish paydo bo'lishi.[71] Epigenetikani global darajada o'rganish yaqinda genomik yuqori o'tkazuvchanlik tahlillarini moslashtirish orqali amalga oshirildi.
Atrof-muhitdagi o'qotar qurollarni ketma-ketligi (ESS) metagenomikaning asosiy usuli hisoblanadi. A) yashash joyidan namuna olish; (B) filtrlovchi zarralar, odatda kattaligi bo'yicha; C) lizis va DNK ekstraktsiyasi; D) klonlashtirish va kutubxona qurilishi; E) klonlarni ketma-ketligi; (F) ketma-ketlik va iskala ichiga yig'ish.
Metagenomika o'rganishdir metagenomlar, genetik to'g'ridan-to'g'ri tiklangan material atrof-muhit namunalar. Keng sohani atrof-muhit genomikasi, ekogenomika yoki jamoat genomikasi deb ham atash mumkin. An'anaviy bo'lsa ham mikrobiologiya va mikrobial genomlar ketma-ketligi yetishtiriladigan narsalarga tayanish klonal madaniyatlar, erta atrof-muhit genlarini sekvensiyalash klonlangan o'ziga xos genlarni (ko'pincha 16S rRNK gen) hosil qilish xilma-xillik profili tabiiy namunada. Bunday ishlar shuni ko'rsatdiki, aksariyat qismi mikroblarning biologik xilma-xilligi tomonidan o'tkazib yuborilgan edi etishtirishga asoslangan usullari.[73] So'nggi tadqiqotlarda "ov miltig'i" ishlatilgan Sanger ketma-ketligi yoki katta darajada parallel pirosekvensiya namuna olingan jamoalarning barcha a'zolaridan asosan barcha genlarning xolis namunalarini olish.[74] Mikroskopik hayotning ilgari yashiringan xilma-xilligini ochib berishga qodir bo'lganligi sababli, metagenomika butun tirik dunyoni tushunishda inqilob qilish qobiliyatiga ega bo'lgan mikrob dunyosini ko'rish uchun kuchli linzalarni taqdim etadi.
Bakteriofaglar bakteriyalarda asosiy rol o'ynagan va o'ynamoqda genetika va molekulyar biologiya. Tarixiy jihatdan, ular aniqlash uchun ishlatilgan gen tuzilishi va genlarni tartibga solish. Shuningdek, birinchi genom ketma-ketligi a edi bakteriyofag. Biroq, bakteriofag tadqiqotlari aniq bakteriyalar genomikasi ustun bo'lgan genomik inqilobga olib kelmadi. Yaqinda bakteriofag genomlarini o'rganish juda muhim bo'lib qoldi va shu bilan tadqiqotchilar asosidagi mexanizmlarni tushunishga imkon berdi fag evolyutsiya. Bakteriofag genomlari ketma-ketligini ajratilgan bakteriofaglarning bevosita sekvensiyasi orqali olish mumkin, ammo mikrobial genomlarning bir qismi sifatida ham olinishi mumkin. Bakteriyalar genomlarini tahlil qilish shuni ko'rsatdiki, katta miqdordagi mikrob DNKsi iborat payg'ambarlik ketma-ketliklar va profaga o'xshash elementlar. Ushbu ketma-ketliklarni batafsil ma'lumotlar bazasida qazib olish, bakteriyalar genomini shakllantirishdagi profaglarning o'rni to'g'risida tushuncha beradi: Umuman olganda, bu usul ko'plab taniqli bakteriyofag guruhlarini tekshirib ko'rdi, bu esa bakteriyalar genomlaridan profaglarning aloqalarini bashorat qilish uchun foydali vosita bo'ldi.
Hozirda 24 ta siyanobakteriyalar buning uchun umumiy genom ketma-ketligi mavjud. Ushbu siyanobakteriyalarning 15 tasi dengiz muhitidan kelib chiqadi. Bular oltitadir Proxlorokokk shtammlar, etti dengiz Sinekokok shtammlar, Trichodesmium eritraum IMS101 va Crocosphaera watsonii WH8501. Ushbu ketma-ketliklar dengiz siyanobakteriyalarining muhim ekologik va fiziologik xususiyatlarini aniqlash uchun juda muvaffaqiyatli ishlatilishini bir necha tadqiqotlar namoyish etdi. Shu bilan birga, hozirgi kunda ko'plab boshqa genom loyihalari mavjud, ular orasida yana davom etmoqda Proxlorokokk va dengiz Sinekokok ajratib turadi, Acaryoxloris va Proxloron, N2- filamentli siyanobakteriyalarni tuzatish Nodularia spumigena, Lyngbya aestuarii va Lyngbya majuscula, shu qatorda; shu bilan birga bakteriofaglar dengiz siyanobakteriyalarini yuqtirish. Shunday qilib, genom ma'lumotlarining tobora ko'payib borishi, qiyosiy yondashuvni qo'llash orqali global muammolarni hal qilish uchun umumiyroq usulda ham qo'llanilishi mumkin. Ushbu sohadagi taraqqiyotning ba'zi yangi va hayajonli misollari - bu tartibga soluvchi RNKlarning genlarini aniqlash, evolyutsion kelib chiqishi haqidagi tushunchalar. fotosintez, yoki hissasini baholash gorizontal genlarning uzatilishi tahlil qilingan genomlarga.
1970-yilda niderland nazariyotchi biologi Polina Hogeveg va Ben Hesper biotik tizimdag informatsion jarayonlarni tadqiq etish davomida “bioinformatika” degan terminni qo’llagan.
Dastlab 1950-yillarda Frederik Senjer insulin oqsilining ketma-ketligini aniqlagan vaqtdayoq molekulyar biologiya fanida kompyuterlarning ahamiyati orta boshlagan.
Boisi bir necha xil organizmlardagi insulin oqsilining ketma-ketligi tartibini o’zaro qo’lda solishtirib chiqish amaliy jihatdan imkonsiz bo’lgan. Bu sohada ishlagan ilk tadqiqotchilardan biri Margaret Oukli Deyxoff edi.
U birinchilardan bo’lib oqsil ketma-ketligi haqidagi ma’lumotlarni to’plab, uni kitob holida chop etdi va ilk marotaba molekulyar evolutsiya sohasida o’zaro bir qatorga jamlangan oqsil yoki nukleotidlar ketma-ketligini qo’llash metodikasini ishlab chiqdi. NCBI direktori Devid Lipman uni “bioinformatikaning otasi va onasi” deb atalagan edi.
Bioinformatikaning asosiy vazifalari nimalardan iborat?
Normal hujayraning turli kasalliklar vaqtida qanday o’zgarishini tadqiq etish uchun avvalo u haqidagi barcha biologik ko’rsatkichlar o’zaro umumlashtirilgan va bir butun sistemaga aylantirilishi lozim edi. Mana shundagina olimlar hujayraning holatiga yaxlit bir nazar sola olish imkoniga ega edilar. Xuddi mana shu nuqtada bioinformatika olimlarga juda qo’l kela boshladi.Uning metodlari yordamida hujayradagi barcha ko’rsatkichlarni umumlashtirish, tahlil qilish va biror yo’nalishga talqin etish imkoni mavjud edi. Hujayradagi ushbu ko’rsatkichlarga nukletidlar va aminokislotalar ketma-ketligi, oqsil domenlari va oqsil tuzilishi kiradi. Ma’lumotni tahlil qilish va talqin qilishning dolzarb jarayoni hisoblash biologiyasi deb ataladi.
Qo’llaniladigan eng muhim sohalari:
Ayni vaqtda bioinformatika biologiyaning juda ko’p sohalarida qo’llaniladi. Shulardan biri evolutsion biologiyadir. Evolutsion biologiya turlarning kelib chiqishi hamda uzoq vaqt mobaynida qanday shakllanishini tadqiq etadi. Bioinformatika quyidagi yo’nalishlarda evolutsion biologlarga yordam beradi:
Ko’pgina organizmlar (tur sonining ahamiyati yo’q) DNK sidagi o’zgarishlarni o’rgangan holda ularni evolutsiya jarayonini o’rganishda;
Butun boshli genomlarni solishtirishda (BLAST yordamida); bu esa evolutsion jarayonlarni yaxlit holatda o’rganish imkonini beradi.
Populyatsiyalarning kompyuter modelini ishlab chiqishda; bu uzoq vaqt davomida ushbu biologik tizimdagi o’zgarishlar va o’ziga xoslik jarayonini o’rganish imkonini beradi.Juda ko’p turlar haqidagi ma’lumotlarni o’zida jamlagan maqolalarning yaratilishida.
Molekulyar genetika - molekulyar biologiyaning asosiy yoʻnalishlaridan biri, irsiy axborot strukturasi va funksiyasini, uning yuzaga chiqishi mexanizmlarini oʻrganadigan fan. Molekulyar genetikaning rivojlanishi 1928 yilda F. Griffit tomonidan bakteriyalarda transformatsiya hodisasini kashf etilishidan boshlanadi.
Eyveri va shogirdlari (1944) transformatsiya asosida hujayraga yot DNK (dezoksiribo-nuklein kislota) kirib irsiy axborotni oʻzgartirishiini aniqlashdi. Keyinchalik transduksiya (bakteriofaglar orqali bir hujayradan ikkinchisiga DNK qismlarining koʻchirib oʻtkazilishi) hodisasining kashf etilishi irsiy moddaning moddiy asosi nuklein kislotasi ekanligini uzil-kesil tasdikladi.
Bidl va Teytum (1948) tomonidan "bir gen — bir ferment" gipotezasining yaratilishi genetikani biokimyo bilan bogʻlikligini koʻrsatdi. Bu kashfiyotlar nuklein kislotalarni oʻrganishga bagʻishlangan tadqiqotlarning keng rivojlanishiga sabab boʻldi. M. Uilkins va R. Franklin (1950—52) DNK molekulasining rentgenogrammasini olishdi. E. Chargaff (1947—50) DNKdagi azotli asoslarning komplementarligi prinsipini aniqlashdi. Bu tadqiqotlar D. Uotson va F. Krik (1953) tomonidan DNK molekulasi qoʻsh spiral modelining yaratilishi uchun asos boʻldi. Bu modelga asosan DNK 2 polinukleotid zanjiridan iborat.
Zanjirda DNK molekulalari komplementar azot asoslarining vodorod bogʻlari orqali oʻzaro birikadi. DNK modelining yaratilishi tufayli DNKning matritsa prin-sipi asosida reduplikatsiyasi, genetik kodning va irsiy axborotning koʻchirilishi (transkripsiya)ning , mutatsiya mexanizmlari va DNK mutatsiyalarining qayta tiklanishi (reparatsiya) mexanizmlarini oldindan bashorat qilish mumkin boʻldi.
Bu kashfiyotlar gen nazariyasining yaratilishi uchun asos boʻldi. Keyinchalik irsiy axborot yuzaga chiqishining yangi mexanizmlari va genlar faoliyatining idora qilinishi koʻrsatib berildi; genlarning ekzonintron tuzilishi, splaysing , protsessing jarayonlari, mobil genlar, psevdogenlar, onkogenlar, rekombinatsiyalanuvchi genlar kashf etildi.
Genomika – umumiy genlar yigʻindisi yani hozirgi kunda oʻsimik dunyosi va tabiyatdagi barcha tirik organizimlarning genlari ustida ishlash va yangi va samarali maxsulotlar yetishtirish. Genetik fond, genofond (gen va frans. fond — asos) — individlarda mavjud boʻlgan va mazkur populyatsiyann tashkil qiluvchi genlar yigʻindisi.
Genetik fond irq va turlarning paydo boʻlish jarayoni asosidir. " Genetik fond " terminini fanga rus olimi A. S. Serebrovskiy kiritgan (1928). Populyatsiyadagi genlarning nisbiy takrorlanishi yetarli darajada katta populyatsiyalar miqyosida va tanlash roʻy bermaydigan sharoitlarda avloddan-avlodga oʻzgarishsiz oʻtadi. Populyatsiyalar Genetik fondmutatsiyalarmusht vujudga kelishi, duragaylash (biron-bir boshqa populyatsiyadan genlarning oʻtishi) va tabiiy tanlanish natijasida oʻzgaradi.
Krossingover yoki meyozda xromosomalarning qayta taqsimlanishidan yuzaga keluvchi rekombinatsiya genning yangi birikmalarini hosil qiladi. Natijada vujudga kelgan yangi fenotiplar muayyan darajada yashovchanlikka qulay yoki, aksincha, noqulay boʻlishi mumkin. N. I. Vavilovbirlamchi va ikkilamchi gen markazlari haqidagi tushunchani ifodalab berdi. Tur populyatsiyalari Genetik fondt arkibi tarixan gen markazlarida shakllangan.
30-y.larda Meksikadan N. I. Vavilov keltirgan akala gʻoʻza populyatsiyasi Oʻzbekistan, Tojikiston, Turkmanistonda yangi seleksion navlarni yaratish uchun asos boʻldi. Gʻoʻza turkumiga oid 50 ga yaqin yovvoyi turlarning va 4 madaniylashtirilgan turlarga oid 6 mingdan ortiq kolleksion nusxalar, yuzlab koʻp genomlik sintetik shakllar Oʻzbekiston FA Genetika va oʻsimliklar eksperimenta! biologiyasi institutining jahonga mashhur Genetik fondda saqlanib kelmoqsa va manba boʻlib ishlatilmoqda.
Bir qancha xorijiy davlatlarda 20-21 asrlarda genomika jadal suratda
rivojlanayotgan dunyo biotibbiyot fanlari sohasiga aylanib bordi. Bioinformatsion
texnologiyalar iste‟molchilari tadqiqotchilar, fundamental ishlanmalar mualliflari
bilan bir qatorda tibbiyot, farmakologiya, biotexnologiya hamda o„quv
muassasalari hisoblanadi. Fanning bu sohasi AQSHda va shuningdek boshqa
rivojlangan davlatlarda muhim yo„nalish safatida qaraladi.
Evropa, Osiyo, AQSH hamda Avstraliya davlatlarida bioinformatika
markazlari soni yildan-yilga ko„payib bormoqda. Bioinformatika bo„yicha davlat,
akademik hamda ta‟lim markazlari bilan bir qatorda so„nggi yillarda sohada
olingan tadqiqot natijalardan tijorat maqsadida foydalanishga yo„naltirilgan
sezilarli darajadagi tashkilot va loyihalar yuzaga keldi .
Bu eng avvalo genomlarning, shuningdek odam genomining strukturaviy,
funksional hamda qiyosiy tahlili bo„yicha faoliyat yurituvchi tashkilotlardir.
Genomika sohasi bo„yicha yaratilgan usullarni qo„llash bilan birga amaliy
muammolarni echish yo„lida, xususan farmokologiyada texnik hamda dasturiy
bazalar jadal suratda rivojlanib bormoqda. Bunday muammolarni bartaraf etishda
dasturiy ta‟minot sanoati ham takomillashib bormoqda.
Mamlakatimizda genomika va bioinformatika fanlarining rivojlanishiga
qaratilayotgan alohida e‟tibor tufayli dunyo fanida o„z o„rniga ega nufuzli ilmiy
maktab va muhit shakllantirildi, zamonaviy laboratoriyalar tashkil etilib, keng
miqyosda xalqaro ilmiy aloqalar yo„lga qo„yildi.1
Xususan O„zbekiston
Respublikasi Fanlar akademiyasi Genomika va bioinformatika markazida sohada
anchagina muvaffaqiyatli dasturlar amalga oshirildi. Markazda etakchi horijiy
ilmiy markaz tajribalariga ega, bioinformatsion texnologiyalar bo„yicha bilim va
ko„nikmalarni puxta egallagan ilmiy xodimlarning faoliyat olib borishi va shular
hisobga olingan holda markazda bioinformatika laboratoriyasining tashkil
etilganligi bunga yaqqol misol bo„la oladi. Markaz ilmiy jamoasi hanuzgacha
noaniq bo„lgan g„o„za genomidagi rekombinatsion bloklar (ya‟ni, avloddanavlodga ko„chib o„tadigan gen allellari to„plami) o„lchamlarini topib, zamonaviy
tezkor “assotsiativ kartalashtirish” usulini kashf etdi. Natijada g„o„za genomidagi
genlardan foydalanishning yangi imkoniyatlari ochilib, g„o„zada zamonaviy
markerlarga asoslangan seleksiya usullari ishlab chiqildi.
Gen-nokaut yoki RNK interferensiyasi molekulyar genetika va
bioinformatika usullari mahsuli bo„lib, organizmning belgilangan genlari faolligini
to„xtatish imkonini beradi. SHu tufayli genlari “o„chirilgan” (nokaut qilingan)
organizm vujudga keladi. Bu nukleotid ketma-ketligi ma‟lum bo„lgan genlarning
funksiyasini aniqlashga yordam beradi. Nokaut qilingan va normal organizm
namunalari orasidagi farqlar, o„rganilayotgan gen funksiyasini ko„rsatib beradi.
Qishloq xo„jaligi ekinlarining biologik ko„rsatkichlari – hosildorlik, ertapisharlik,
zararkunanda va hasharotlarga chidamlilikning namoyon bo„lishida ishtirok
etuvchi genning tarkibi va funksiyasi aniqlangandan so„ng maqsadga muvofiq
ravishda ushbu gen faoliyatini kuchaytirish yoki aksincha uni to„xtatish mumkin.
Markaz olimlari erishgan eng so„nggi yutuqlardan biri – bu ular tomonidan g„o„za
uchun yaratilgan dunyodagi ilk gen-nokaut texnologiyasidir.

Xulosa
Hozirgi kunda genomika va bioinformatika bilan birgalikda yangi Dori vositalari ishlab chiqishiga e'tibor qaratmoqda.Bunda oqsil moddalari molekulyar nishon vazifasini bajaradi. Dori vositalarining ta'siri uchun yangi noshonlarni topish bioinformatika usullari yordamida Hal qilinadi,bunda genom tahlil obyekti bo'lib xizmat qiladi.
Genomika ko'plab sohalarda, shu jumladan dasturlarni taqdim etdi Dori, biotexnologiya, antropologiya va boshqalar ijtimoiy fanlar.Keyingi avlod genomik texnologiyalari klinisyenlarga va biomedikal tadqiqotchilarga katta tadqiqot populyatsiyalari bo'yicha to'plangan genomik ma'lumotlar miqdorini keskin oshirishga imkon beradi. Kasalliklarni tadqiq qilishda ko'plab turdagi ma'lumotlarni genomik ma'lumotlar bilan birlashtiradigan yangi informatika yondashuvlari bilan birlashganda, bu tadqiqotchilarga giyohvandlik va kasallikning genetik asoslarini yaxshiroq tushunishga imkon beradi. Genomni tibbiyotga tatbiq etishning dastlabki harakatlari Stenford jamoasi boshchiligidagi harakatlarni o'z ichiga olgan Euan Eshli inson genomini tibbiy talqin qilish uchun birinchi vositalarni ishlab chiqqan. Masalan, Hammamiz tadqiqot dasturi aniq tibbiyot tadqiqotlari platformasining muhim tarkibiy qismiga aylanish uchun 1 million ishtirokchidan genom ketma-ketligi ma'lumotlarini to'plashga qaratilgan.
Genomik bilimlarning o'sishi tobora takomillashtirilgan dasturlarni yaratishga imkon berdi sintetik biologiya. 2010 yilda tadqiqotchilar J. Kreyg Venter instituti ning qisman sintetik turlari yaratilganligini e'lon qildi bakteriya, Mikoplazma laboratoriyasi, dan olingan genom ning Mikoplazma genitalium.Tabiatni muhofaza qilish genomikasi.Tabiatni muhofaza qilish bo'yicha mutaxassislar genomik ketma-ketlik bilan to'plangan ma'lumotlardan, masalan, turlarni saqlashning genetik omillarini yaxshiroq baholash uchun foydalanishlari mumkin. genetik xilma-xillik populyatsiya yoki individual retsessiv irsiy genetik kasallik uchun heterozigot bo'ladimi. Effektlarini baholash uchun genomik ma'lumotlardan foydalanish evolyutsion jarayonlar va ma'lum bir populyatsiyadagi o'zgarishlarni aniqlash uchun, tabiatni muhofaza qilish bo'yicha mutaxassislar ma'lum bir turga yordam berish rejalarini tuzishlari mumkin, chunki ular noma'lum bo'lib qoladiganlar qancha o'zgaruvchisiz qolsa genetik yondashuvlar.