Mavzu: Genomlardagi oqsil strukturasini aniqlash
Yüklə 0,52 Mb. Pdf görüntüsü
|
|
26 Genomikani o`rganishda bioinformatikaning ro’li Tibbiy genomika - tibbiy genetika va genomika sohasidagi yangi tadqiqot yo’nalishi bo’lib, ilm-fanning ikkita sohasi - tibbiy genetika va genomikaning integratsiyasi asosida, inson kasalliklarining irsiy etiologiyasini monogen, xromosoma va multifaktorial kelib chiqishini o’rganishda yangi istiqbollarni ochib beradi. Bundan tashqari, u inson genomining strukturaviy xususiyatlarini inson genomining anatomiyasini tahlil qilishda, genlar tarkibidagi o’zgarishlarning,genlarning ifodasiga va ularning oqsil mahsulotlarining tuzilishiga ta ‘sirini tahlil qilish, etnik genomikada turli etnik vakillarning DNK tuzilish xususiyatlarini tahlil qilishda, populyatsiya guruhlari va farmakogenetika, genomga ksenobiotiklar ta‘sirini, shu jumladan dorilar almashinuvidagi rolini o’rganishda qo’llaniladi. Tibbiy genomika yo’nalishida qilingan ishlar doirasida kasalliklarni presimptomatik, prenatal va preimplantatsiya diagnostikasi usullari, shuningdek irsiy va orttirilgan kasalliklarda genlarni davolash usullari ishlab chiqilmoqda.Ushbu muammo kontekstida ikkita yirik loyiha - "Inson genomi" va "Haploid genom" loyiha natijalari, shuningdek yangi texnologiya - DNKni gibridizatsiya usuli yuqori aniqlikdagi biologik chiplarni yaratish muhim ahamiyatga ega. Ushbu natijalar genom bo’yicha assotsiatsiyalar - genom bo’yicha assotsiativ tadqiqotlar (PHAI) genom skriningini amalga oshirish uchun asos bo’ldi. Genetik assotsiatsiyalarni tadqiq qilishdan farqli o’laroq, gen polimorfizmi va kasallik o’rtasidagi mumkin bo’lgan bog‘liqlikning patogenetik asosidagi gipotezani sinovdan o’tkazadigan nomzod genlar kontseptsiyasiga asoslangan yangi yondashuv genomni yangi, shu paytgacha noma‘lum funktsional gen variantlarini izlash uchun aniq yagona nukleotid polimorfizmlari to’plamini sekvenirlashni o’z ichiga oladi. Hozirgacha PSAI uchun konsensus mezonlari mavjud emas, masalan, genotiplashtirilishi va o’rganishga kiritilishi kerak bo’lgan yagona nukleotid polimorfizmlari va namunalarining minimal soni, zichligi va yagona nukleotid 27 polimorfizmlarining tarqalishi, genomni qamrov darajasi, replikatsiya talablari va dalillar bosqichlari, belgilangan aloqalarni tasdiqlash hisoblanadi. Komorbid holatlarning genetikasi (sintropiya / distrophiya tushunchasi). Tibbiy genomika va PSAIni yanada kengroq klinik tadbiq etish imkoniyati odamlarning surunkali kasalliklarining sirli hodisalaridan biri - polipatiya bir bemorda ko’p sonli kasalliklar, komorbid haqida tushunchalarni chuqurlashtiradi. 15-75 yoshdagi bemorlarning taxminan 40% bir vaqtning o’zida ikkita kasallikdan aziyat chekadi va deyarli har beshinchi terapevtik bemorda to’rt kasallik qayd etiladi. So’nggi paytlarda uch yil davomida tekshirilgan va kuzatilgan 13 million bemorning kasalliklari to’g‘risidagi ma‘lumotlarga asoslanib, komorbidlik 17 foizni, metabolik sindromlar uchun esa 31 foizni tashkil etganligi aniqlandi.Kasalliklarning bunday kombinatsiyasi tasodifiy xarakterga ega bo’lishi mumkin. Shunga qaramay, bitta bemorda birlashtirilgan kasalliklar uning eng yaqin qarindoshlarida paydo bo’lishi odatiy hol emas. Bundan tashqari, ba‘zida ular o’xshash patogenetik rivojlanish aloqalariga ega. Ular kasalliklar oilasi deb ataladi. Zamonaviy ta‘rifida sintropiya - bu tasodifiy bo’lmagan va evolyutsion genetik asosga ega bo’lgan shaxs va uning eng yaqin qarindoshlaridagi ikki yoki undan ortiq patologik holatlarning (nozologiyalar, sindromlar) tabiiy o’ziga xos birikmasi ekanligi ta‘kidlangan. Sintropiyaning eng mashhur namunasi metabolik sindrom: gipertoniya, giperxolesterinemiya, giperglikemiya va semirish. U bitta bemorda, shuningdek qarindoshlarida bir xil kombinatsiyalarda yoki alohida holda qayd etiladi. Boshqa sintropiyalar ham ma‘lum: semizlik, narkolepsiya, birinchi turdagi qandli diabet, autoimmun tiroidit, bronxial astma, atopik dermatit va qonda yuqori miqdordagi immunoglobin E ni o’z ichiga olgan Pikvik sindromidir. Antagonistik munosabatlar (distrophiyalar), masalan, o’pka tuberkulyozi va bronxial astma uchun ma‘lum. Gematopoezning limfoid va miyeloid turlariga 28 asoslangan proliferativ jarayonlar ham bo’lishi mumkin.Qo’shma Shtatlarda yagona genlarning mutant allellari keltirib chiqaradigan kasalliklar va boshqa g‘ayritabiiy holatlar har 100 tug‘ilgan chaqaloqning bittasida uchraydi. Murakkab kasalliklar (diabet, yurak-qon tomir kasalliklari va saraton kabi) kasallikning katta qismi uchun javobgardir, bunda genetik variantlar predispozitsiya qiluvchi omillar sifatida ishlaydi. Shuningdek, genlar immunitet tizimi orqali va boshqa ko’plab molekulalarning o’zgarishi, masalan, hujayralar yuzasidagi retseptorlari orqali turli yuqumli va parazitar vositalarga sezgirligimizga ta‘sir qilishi mumkin. Shifokorlar nazorati ostida bo’lgan bemorlarning sezilarli qismida paydo b o’ladigan alomatlar u yoki bu tarzda ularning genotiplari bilan bevosita yoki bilvosita bog‘liqdir. Odam genomini tahlil qilishda erishilgan yutuqlar hozirgi vaqtda kasalliklarning paydo bo’lishiga genetik variantlarning qo’shgan hissasini aniqlashga yordam beradi va ba‘zi hollarda hatto optimal davolash rejimlarini rejalashtirish mumkin. Biroq, individual tibbiyotga yondoshish haqiqiy muvaffaqiyatlar kelajakda kutmoqda.Kasallikni davolashdan oldin, uning mavjudligi avval tan olinishi va keyin aniqlanishi kerak. Yangi tug‘ilgan chaqaloqlarda metabolik anormalliklar tug‘ilish paytida namoyon bo’lmasligi mumkin va bunday holatlarda genetik tashxis (genetik skrining) nihoyatda foydali bo’lishi mumkin. Ko’rinib turibdiki, ma‘lum bir kasallik faqat genetik omillar bilan belgilanadimi yoki faqat qisman, uni davolashda klinik vositalarning butun arsenali ishtirok etadi: antibiotiklardan tortib jarrohlikgacha.Genetik skrining. Genetik skrining o’tkaziladigan populyatsiyalar juda xilma-xildir. Hozirgi vaqtda yangi tug‘ilgan chaqaloqlarning genetik tekshiruvi monogen kasalliklarni aniqlashga qaratilgan. Kattalar uchun genetik skrining ko’pincha bolalarga ta‘sir qilish xavfi yuqori bo’lgan turmush qurgan juftliklarni aniqlash uchun oila darajasida amalga oshiriladi. Ba‘zida kattalar skriningi genomida ko’krak bezi saratoni kabi murakkab kasallikning rivojlanish ehtimolini sezilarli darajada oshirishi ma‘lum bo’lgan ozmi-ko’pmi umumiy mutatsiyalarni o’z ichiga 29 olgan odamlar guruhlari orasida o’tkaziladi. Kelajakda har bir yangi tug‘ilgan chaqaloqda odamning yurak-qon tomir kasalliklari, artrit va diabet kabi turli xil murakkab kasalliklarga moyilligiga ta‘sir qiluvchi katta polimorfizmlar to’plamini sinab ko’rish mumkin bo’ladi. Turli mamlakatlarda o`tkazilgan tadqiqotlar natijasida to`plangan statistik ma‘lumotlar aholining 5 foiziga yaqini ota-onalari, ajdodlarida ro`y bergan mutatsion o`zgaruvchanlik tufayli paydo bo`lgan turli xil morfologik , fiziologik, biokimyoviy kasalliklarga ega ekanligini ko`rsatmoqda. Atrof-muμitning ifloslanishi tufayli odamlarda uchraydigan irsiy kasalliklar soni yildan-yilga ortib bormoqda. A.Stivensonning bergan ma‘lumotlarga ko`ra Shimoliy Irlandiyada yangi tug`ilgan bolalarning 40 % irsiy kasallikga chalingan bo`lar ekan. Bularga tabiiy abort natijalari (ular 14 % ga yaqin) kirmaydi. Odamlarda uchraydigan irsiy kasalliklar ikki toifaga: gen kasalliklari va xromosoma kasalliklariga ajratiladi. Gen kasalliklari N.P.Bochkov, A.I.Zaxarov, V.I.Ivanov klassifikatsiyasiga binoan monogen va poligen kasalliklarga bo`linadi. Monogen kasalliklar o`z navbatida autosoma dominant, autosom retsessiv va jinsiy xromosoma bilan bog`liq kasalliklarga ajraladi. Bioinformatika biologiyaning ilmiy tajribalari asosida olingan natijalarni tahlil qiladi. Olingan ma‘lumotlarni tadqiqotchima‘lumotlar bazasida mavjud bo`lgan barcha to`plamlar bilan solishtiradi. Bordiyu, u o`zi aniqlagan ketmaketlikni ma‘lumotlar bazasidan topa olmasa bunda u bu ma‘lumotni shu joyga kiritib qo`yadi va bu bilan bazani yanada boyitadi. Ma‘lumotlar bazasi funksiyalariga saqlash, tizimlashtirish, axborotlarni yangilab turish unga kirish huquqi bilan ta‘minlashlar kiradi.Bu operatsiyalar esa katta qudratlardagi kompyuterlarni talab qiladi.Shuningdek biologik mavzular majmuidagi ilmiy nashriyotlar bazalari ham mavjud.Biologiya bo`yicha istalgan ilmiy jurnalning barcha sonlarida chiqadigan har bir maqola ma‘lumotlar bazasiga joylashtiriladi izlanuvchi uni internet tarmog`i orqali oson topib olishi uchun qisqa ta‘rif berib qo`yiladi. Eng katta tibbiy-biologik nashrlar 30 on-line kutubxonasi PubMed so`nggi 50-yil mobaynida 16 mln. Dan ortiqroq maqolalarni o`z ichiga oladi. Integral ma‘lumotlar bazasi va entsiklopediyalar konkret gen, oqsil, funksiyalarni amalga oshiradi. Ular katta miqdordagi boshqa ma‘lumotlar bazalari axborotlarini umumlashtiradi va uni hamisha yangilab turadi. Har qanday yangidan o`qilgan genom harflarning turli xil kombinatsiyalarida takrorlanuvchi ulkan ketma-ketliklar ko`rinishida namoyon bo`ladi. Bioinformatika bunday xilma-xillikdagi matndan genlarni ajratib olish imkoniyatini beradi. Genomdan genni ajratib olish kabi bunday operatsiya genomni belgilash deb ataladi. Barcha genlar funksiyalarini tajribalar asosida aniqlash yetarli darajada murakkablikni yuzaga keltiradi. Bu holatda bioinformatika funksiyalari allaqachon aniqlangan genlar bilan solishtirib ko`rishga tayangan holda ularni bashorat qilishda ko`maklashadi. Oqsil molekulasida biologik vazifalarning har xil turlariga javob beruvchi uchastkalar mavjud. Bioinformatika usullari yordamida ushbu uchastkalarni aniqlash konkret bir oqsilning barcha spektr funksiyasini ochib beradi. Oqsil strukturalarini tajribalar asosida, ya‘ni masalan oqsil molekulalaridan tashkil topgan mikroskopik kristalni rentgen nurlari bilan nurlantirish orqali aniqlash mumkin. Bu esa yetarli darajada uzoq va qimmatli jarayon hisoblanadi. Ayrim oqsillar kristall tuzilmalarga ega bo`lmaganligi sababli ularni tahlil qilishning umuman iloji yo`q. Bioinformatika kompyuter modellashtirish yordamida hech bo`lmaganda oqsil strukturasi uzoqroq o`xshash ketma-ketligi ma‘lum bo`lgan holatlarda oqsilning fazoviy modelini yasashda yordam beradi. Bioinformatika metodlari asosida olingan molekulaning fazoviy strukturasini bilgan holda uning qanday ishlashini va uning ishlashiga qanday ta‘sir eta olishni bashorat qilish mumkin. Dori preparatlarini fazoda har xil ximiyoviy bog`lanishlar bilan oqsilnishonlarning o`zaro ta‘sirini modellashtirish asosida tayyorlash mumkin. Bunda katta miqdori bog`lanishlarni saralash va eng maqbullarini tanlab olish kerak bo`ladi. Biologiya, kimyo, fizika, matematika 31 hamda informatika fanlarini birlashtirish biologik tizimni har tomonlama tavsiflash imkonini beradi. Kompyuter resurslaridan foydalanish tahlil jarayonini bir necha marotaba tezlashtiradi hamda olinadigan natijalarning aniqligini va tezligini oshiradi. Bioinformatika texnologiyalaridan foydalanib qilingan biologiya sohasidagi yangi kashfiyotlar tez suratda tibbiyot, farmakologiya, kosmetologiya, biotexnologiya, qishloq xo`jaligi, ekologiya va boshqa sohalarda jalb qilinadi. Bioinformatika mustaqil ravishda amaliy ahamiyatga ega bo`lgan natijalar beradi va shuningdek biologiyaning turli sohalarida ishlash uchun sharoit bilan ta‘minlaydi. Bioinformatika bo`yicha ishning katta qismi biologik axborotni saqlash va uni tahlil qilish uchun ma‘lumotlar bazasidan foydalanish texnologiyalari atrofiga jamlangan. Bunday ma‘lumotlar bazasi ommabop yoki shaxsiy bo`lishi mumkin. Ularga ochiq standartlar orqali ommaviy kirish huquqini olish esa muhim ahamiyat kasb etadi. Garchi ma‘lumotlar bazasidan foydalanishga nisbatan bu usullar anchagina keng tarqalgan bo`lsada biologik axborotlarni tahlil qilish uchun ontologiya va mantiqiy usullardan foydalanish rivojlanib bormoqda. Bioinformatikaning rivojlanish bochqichlari va yutuqlari. Bir qancha xorijiy davlatlarda XX-XXI asrlarda bioinformatika 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 32 keldi. Bu eng avvalo genomlarning, shuningdek odam genomining strukturaviy, funksional hamda qiyosiy tahlili bo`yicha faoliyat yurituvchi tashkilotlardir. Bioinformatika sohasi bo`yicha yaratilgan usullarni qo`llash bilan birga amaliy muammolarni yechish yo`lida, xususan farmokologiyada texnik hamda dasturiy bazalar jadal suratda rivojlanibbormoqda. 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 halqaro ilmiy aloqalar yo`lga qo`yildi. Xususan O`zbekiston Respublikasi Fanlar akademiyasi Genomika va bioinformatika markazida sohada anchagina muvaffaqiyatli dasturlar amalga oshirildi. Markazda yetakchi 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, avloddan avlodga ko`chib o`tadigan gen allellari to`plami) o`lchamlarini topib, 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) organism 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, 33 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 -nokaut texnologiyasidir. Genomika organizmlar genomlarini o’rganish bilan shug‘ullanadi (odatda DNK sekvenirlashlari). Uning kelib chiqishi va genomikasi bo’yicha in silico - "kremniy yilda", ba‘zan o’rganish faqat hisoblash (kompyuter) usullari yordamida amalga oshiriladi, deb ko’rsatish uchun ishlatiladi. Kremniyni eslatish zamonaviy kompyuterlarning elementar bazasi kremniy yarimo’tkazgichlariga asoslanganligi bilan bog‘liq. Birinchi ketma-ket virusli genomga ega bo’lgan Nikla, genomikaning asosiy sa‘y-harakatlari turli xil organizmlarning DNK ketma-ketliklarini aniqlashga va genetik xaritalash masalalariga - genomning alohida qismlarining funksionalligini aniqlashga qaratilgan. Keyinchalik, genomika genlarning o’zaro ta‘siri (epistaz) va bir xil genning (pleiotropiya) ta‘sirining ko’plab namoyishlari bilan bog‘liq turli xil intragenomik hodisalarni o’rganish bilan bog‘liq ishlarni ham o’z ichiga boshladi. Shu bilan birga, genlarning funktsiyalarini tushuntirish vazifalari hali ham asosan genetika va molekulyar biologiya muammolariga bog‘liq. Hozirgi vaqtda genomika bilan shug‘ullanadigan masalalar ro’yxatiga RNK sintezi (transkripsiyasi) va transkriptning o’zaro ta‘siri (transkriptomika) ham kiradi. 34 Xulosa XXI asr boshlariga kelib, genetik ma‘lumot asosiy kontseptsiyasi, irsiy ma‘lumotni tashuvchilari genetika va biologia sohasining markaziga aylandi. Bu davrda, irsiy ma‘lumot genlarda qanday darajada yozilgan, genomlardagi struktur elementlar, makromolekulalarning boshqaruvchi saytlari va funktsional markazlari, ularning molekulyar funktsiyalari va xususiyatlari amalga oshirilishi to’g‘risidaga bilimlar to’liq emas edi. Genetik kodni aniqlashda hissa qo’shgan olim Frensis Krikning shunday yozgan: Genetik kod bu molekulyar biologiya kalitidir, chunki DNK poinukleotidlar tili va oqsillar polipeptid tili bir-biri bilan bog‘liqdir (1966). Genetik kod universal bo’lib, uning asosiy qismi yer yuzidagi hamma tirik organizmlar uchun bir xildir. Molekulyar genetika uslublarining rivojlanishi uchta asosiy yo’nalishlarning gen muxandisligi, biotexnologiya va genomika rivojlanishiga turtki bo’lib hizmat qildi. Molekulyar genetikaning eng asosiy yutuqlaridan biri- genomika yo’nalishining rivojlanishi hisoblanadi. Hozirgi kunda bu sohaning rivojlanishi o’z navbatida bioinformatika yonalishining rivojlanishiga olib keldi- ya‘ni makromolekulalar va ular tizimlarini modellashtirish va texnik usublar yordamida tadqiqot qilish ishlarini jadallashtirdi. Ushbu fan yo’nalishlariga kompyuter genomikasi va metobolonomika kiradi yoki boshqacha proteomika fanini anglatadi. "Genomika" atamasi genom so’zidan olingan bo’lib, organizmning barcha genlarining umumiyligi, "proteomika" esa proteom so’zidan olingan bo’lib, eukaryot yoki prokaryot hujayrasidagi tarkibiy va katalitik oqsillar to’plamini bildiradi. Ikkala fan hujayra bilogiyasiga yaqin bo’lgan genetika va oqsil kimyosi fanlarining rivojlanishining zamonaviy bosqichining terminologik formulasi deb hisoblash mumkin. |