Məlumat

10.3: Genomika və Proteomika - Biologiya

10.3: Genomika və Proteomika - Biologiya


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Nuklein turşularının tədqiqi DNT-nin kəşfi ilə başladı, genlərin və kiçik fraqmentlərin öyrənilməsinə qədər irəlilədi və indi genomika sahəsinə qədər genişləndi. Genomika bütün genomların, o cümlədən genlərin tam dəsti, onların nukleotid ardıcıllığı və təşkili, bir növ daxilində və digər növlərlə qarşılıqlı əlaqəsini öyrənir. Genomikadakı irəliləyişlər DNT sıralama texnologiyası sayəsində mümkün olmuşdur. Necə ki, informasiya texnologiyaları bizə dünyanın müxtəlif yerləri haqqında ətraflı məlumat əldə etməyə imkan verən Google Xəritələrə gətirib çıxardı, genomik məlumat da müxtəlif orqanizmlərin DNT-sinin oxşar xəritələrini yaratmaq üçün istifadə olunur.

Genomların xəritələşdirilməsi

Genom xəritələşdirilməsi hər bir xromosomda genlərin yerini tapmaq prosesidir. Yaradılan xəritələr küçələrdə hərəkət etmək üçün istifadə etdiyimiz xəritələrlə müqayisə edilə bilər. Genetik xəritə, genləri və onların xromosomdakı yerlərini sadalayan bir illüstrasiyadır. Genetik xəritələr böyük mənzərəni təmin edir (dövlətlərarası magistral yolların xəritəsinə bənzəyir) və genetik markerlərdən (işarələrə bənzər) istifadə edir. Genetik marker, bir xromosomda olan bir gen və ya ardıcıllıqla bir maraq xüsusiyyəti ilə genetik əlaqəni göstərir. Genetik marker maraq doğuran gen ilə miras alınmağa meyllidir və aralarındakı məsafənin bir ölçüsü meioz zamanı rekombinasiya tezliyidir. Erkən genetiklər bu əlaqə analizi adlandırdılar.

Fiziki xəritələr xromosomların kiçik rayonlarının intim detallarına daxil olur (müfəssəl yol xəritəsinə bənzər) (Şəkil 10.3.1). Fiziki xəritə, fiziki məsafənin nukleotidlərdə, genlər və ya genetik markerlər arasında təsviridir. Genomun tam mənzərəsini yaratmaq üçün həm genetik əlaqə xəritələri, həm də fiziki xəritələr tələb olunur. Genomun tam xəritəsinin olması tədqiqatçıların fərdi genləri öyrənməsini asanlaşdırır. İnsan genomu xəritələri tədqiqatçılara xərçəng, ürək xəstəliyi və kistik fibroz kimi xəstəliklərlə əlaqəli insan xəstəliyə səbəb olan genləri müəyyən etmək səylərində kömək edir. Bundan əlavə, genom xəritəsi çirkləndiriciləri təmizləmək və ya hətta çirklənmənin qarşısını almaq qabiliyyətinə malik mikroblar kimi faydalı xüsusiyyətlərə malik orqanizmləri müəyyən etməyə kömək etmək üçün istifadə edilə bilər. Bitki genomunun xəritələşdirilməsini əhatə edən tədqiqatlar daha yüksək məhsul məhsuldarlığı yaradan üsullara və ya iqlim dəyişikliyinə daha yaxşı uyğunlaşan bitkilərin inkişafına səbəb ola bilər.

Genetik xəritələr konturları, fiziki xəritələr isə təfərrüatları təmin edir. Böyük mənzərəni göstərmək üçün hər iki növ genom xəritəçəkmə texnikasının niyə vacib olduğunu başa düşmək asandır. Hər bir texnikadan əldə edilən məlumat genomu öyrənmək üçün kombinasiyada istifadə olunur. Genomik xəritələmə tədqiqat üçün istifadə olunan müxtəlif model orqanizmlərlə istifadə olunur. Genom xəritələşdirilməsi hələ də davam edən bir prosesdir və daha təkmil texnikalar inkişaf etdikcə daha çox irəliləyiş gözlənilir. Genom xəritələşdirilməsi hər bir mövcud məlumat parçasından istifadə edərək mürəkkəb tapmacanı tamamlamağa bənzəyir. Bütün dünyada laboratoriyalarda yaradılan xəritəçəkmə məlumatları Milli Biotexnologiya Məlumat Mərkəzi (NCBI) kimi mərkəzi məlumat bazalarına daxil edilir. Məlumatı tədqiqatçılar və geniş ictimaiyyət üçün daha asan əldə etmək üçün səylər göstərilir. Yollarda hərəkət etmək üçün kağız xəritələr əvəzinə qlobal yerləşdirmə sistemlərindən istifadə etdiyimiz kimi, NCBI bizə məlumatların çıxarılması prosesini sadələşdirmək üçün genom görüntüləmə alətindən istifadə etməyə imkan verir.

FƏALİYYƏTDƏ KONSEPT

İnsanda Onlayn Mendel İrsi (OMIM) insan genləri və genetik pozğunluqların axtarıla bilən onlayn kataloqudur. Bu veb-sayt genom xəritəsini göstərir, həmçinin hər bir əlamət və pozğunluğun tarixini və tədqiqatını təfərrüatlandırır. Xüsusiyyətləri (məsələn, əllilik) və genetik xəstəlikləri (məsələn, şəkərli diabet) axtarmaq üçün linkə klikləyin.

Bütün genom ardıcıllığı

Son illərdə tibb elmlərində əhəmiyyətli irəliləyişlər olsa da, həkimlər hələ də bir çox xəstəliklər qarşısında çaşqınlıq içərisindədirlər və tədqiqatçılar problemin dibinə varmaq üçün bütün genom ardıcıllığından istifadə edirlər. Bütün genom ardıcıllığı bütöv bir genomun DNT ardıcıllığını təyin edən bir prosesdir. Bütün genom ardıcıllığı, xəstəliyin əsasında genetik əsas olduqda problemin həllinə kobud güc yanaşmasıdır. İndi bir neçə laboratoriya bütün genomların ardıcıllığı, təhlili və şərhi üçün xidmətlər təqdim edir.

2010-cu ildə bağırsaqlarında çoxlu sirli absesi olan gənc oğlanı xilas etmək üçün bütün genom ardıcıllığından istifadə edildi. Uşaq bir neçə dəfə kolon əməliyyatı keçirdi, heç bir rahatlama olmadı. Nəhayət, bütün genom ardıcıllığı apoptozu (proqramlaşdırılmış hüceyrə ölümü) idarə edən yolda bir qüsur aşkar etdi. Bu genetik pozğunluğu aradan qaldırmaq üçün sümük iliyi transplantasiyasından istifadə edildi və bu, oğlanın sağalmasına səbəb oldu. O, bütün genom ardıcıllığından istifadə edərək müvəffəqiyyətlə diaqnoz qoyulan ilk insan idi.

Viruslara, bakteriyaya və mayalara aid olanlar kimi ardıcıllaşdırılan ilk genomlar çoxhüceyrəli orqanizmlərin genomlarına nisbətən nukleotidlərin sayı baxımından daha kiçik idi. Digər model orqanizmlərin genomları, məsələn, siçan (Musculus), meyvə milçəyi (Drosophila melanogaster) və nematod (Caenorhabditis elegans) indi məlumdur. Model orqanizmlərdə çoxlu əsas tədqiqatlar aparılır, çünki məlumat digər orqanizmlərə tətbiq oluna bilər. Model orqanizm model orqanizmlə təmsil oluna bilən digər növlərdə bioloji prosesləri başa düşmək üçün model kimi öyrənilən növdür. Məsələn, meyvə milçəkləri insanlar kimi spirti metabolizə edə bilirlər, buna görə də insanlarda spirtə qarşı həssaslığın dəyişməsini anlamaq üçün meyvə milçəklərində spirtə qarşı həssaslığa təsir edən genlər öyrənilmişdir. Bütün genomların ardıcıllığı bu model orqanizmlərdə tədqiqat səylərinə kömək edir (Şəkil 10.3.2).

İlk insan genomu ardıcıllığı 2003-cü ildə nəşr edilmişdir. Ardıcıllıqla tərtib edilmiş bütün genomların sayı durmadan artır və indi yüzlərlə növ və minlərlə fərdi insan genomunu əhatə edir.

Genomikanın tətbiqi

DNT ardıcıllığı və bütöv genom ardıcıllığı layihələrinin, xüsusən də İnsan Genomu Layihəsinin tətbiqi DNT ardıcıllığı məlumatının tətbiqi imkanlarını genişləndirdi. Genomika indi metagenomika, farmakogenomika və mitoxondrial genomika kimi müxtəlif sahələrdə istifadə olunur. Genomikanın ən çox bilinən tətbiqi xəstəliklərin müalicəsini anlamaq və tapmaqdır.

Fərdi Səviyyədə Xəstəlik Riskinin Proqnozlaşdırılması

Xəstəlik riskinin proqnozlaşdırılması fərdi səviyyədə genom analizi ilə hazırda sağlam fərdlərin müayinəsini və müəyyən edilməsini nəzərdə tutur. Xəstəlik başlamazdan əvvəl həyat tərzi dəyişiklikləri və dərmanlarla müdaxilə tövsiyə oluna bilər. Bununla belə, bu yanaşma problemin tək bir gen mutasiyasından yarandığı zaman ən çox tətbiq edilir. Bu cür qüsurlar inkişaf etmiş ölkələrdə aşkar edilən xəstəliklərin yalnız 5 faizini təşkil edir. Ürək xəstəliyi kimi ümumi xəstəliklərin əksəriyyəti multifaktorial və ya poligenikdir ki, bu da iki və ya daha çox gen tərəfindən müəyyən edilən fenotipik xüsusiyyətə, həmçinin pəhriz kimi ətraf mühit faktorlarına aiddir. 2010-cu ilin aprelində Stenford Universitetinin alimləri sağlam bir insanın genom analizini dərc etdilər (Stenford Universitetinin alimi, genomunun ardıcıllığı olan Stiven Quake); analiz onun müxtəlif xəstəliklərə meylli olduğunu proqnozlaşdırdı. Quake-in 55 müxtəlif tibbi vəziyyət üçün risk faizini təhlil etmək üçün risk qiymətləndirməsi aparıldı. Onun qəfil infarkt riski altında olduğunu göstərən nadir bir genetik mutasiya tapıldı. Həmçinin onun prostat xərçənginə tutulma riskinin 23 faiz, Alzheimer xəstəliyinə tutulma riskinin isə 1,4 faiz olduğu proqnozlaşdırılırdı. Alimlər genomik məlumatları təhlil etmək üçün verilənlər bazası və bir neçə nəşrdən istifadə ediblər. Genomik ardıcıllığın getdikcə daha əlverişli olmasına və analitik alətlərin daha etibarlı olmasına baxmayaraq, populyasiya səviyyəsində genomik təhlili əhatə edən etik məsələlər hələ də həll edilməlidir. Məsələn, bu cür məlumatlar sığorta üçün daha çox və ya daha az ödəniş etmək və ya kredit reytinqlərinə təsir etmək üçün qanuni şəkildə istifadə edilə bilərmi?

Genom miqyasında Assosiasiya Tədqiqatları

2005-ci ildən bəri genom boyu assosiasiya tədqiqatı və ya GWAS adlı bir növ tədqiqat aparmaq mümkün olmuşdur. GWAS, xəstəliklərə səbəb ola biləcək tək nukleotid polimorfizmlərində (SNP) fərdlər arasındakı fərqləri müəyyən edən bir üsuldur. Metod xüsusilə genomda bir və ya bir çox genetik dəyişikliklərin təsirinə məruz qala bilən xəstəliklər üçün uyğundur. Ailə tarixi məlumatlarından istifadə edərək belə bir xəstəliyə səbəb olan genləri müəyyən etmək çox çətindir. GWAS metodu 2002-ci ildən Beynəlxalq HapMap Layihəsi adlanan inkişafda olan genetik verilənlər bazasına əsaslanır. HapMap Layihəsi dünyanın hər yerindən bir neçə yüz insanın genomlarını sıraladı və SNP qruplarını müəyyən etdi. Qruplara xromosomlarda bir-birinə yaxın yerləşən SNP-lər daxildir, buna görə də rekombinasiya yolu ilə birlikdə qalmağa meyllidirlər. Qrupun bir yerdə qalması o deməkdir ki, qrupdakı bütün SNP-ləri müəyyən etmək üçün lazım olan hər şey bir marker SNP-ni müəyyən etməkdir. Bir neçə milyon SNP müəyyən edilmişdir, lakin onların tam genomu ardıcıllığı olmayan digər fərdlərdə onları müəyyən etmək daha asandır, çünki yalnız marker SNP-ləri müəyyən etmək lazımdır.

GWAS üçün ümumi dizaynda iki qrup şəxs seçilir; bir qrupda xəstəlik var, digər qrupda isə yoxdur. İki qrup arasında fərqlərə səbəb olan çaşdırıcı dəyişənlərin təsirini azaltmaq üçün hər qrupdakı fərdlər digər xüsusiyyətlərdə uyğunlaşdırılır. Məsələn, genotiplər fərqli ola bilər, çünki iki qrup əsasən dünyanın müxtəlif yerlərindən götürülür. Fərdlər seçildikdən və tədqiqatın işləməsi üçün adətən onların sayı min və ya daha çox olduqdan sonra onların DNT nümunələri alınır. DNT iki qrup arasında xüsusi SNP-lərin faizində böyük fərqləri müəyyən etmək üçün avtomatlaşdırılmış sistemlərdən istifadə edərək təhlil edilir. Çox vaxt tədqiqat DNT-də bir milyon və ya daha çox SNP-ni araşdırır. GWAS nəticələri iki şəkildə istifadə edilə bilər: genetik fərqlər diaqnoz qoyulmamış şəxslərdə xəstəliyə həssaslıq üçün markerlər kimi istifadə edilə bilər və müəyyən edilmiş xüsusi genlər xəstəliyin molekulyar yolunun və potensial müalicələrin tədqiqatı üçün hədəf ola bilər. Xəstəliklə gen assosiasiyalarının kəşfinin bir qolu, fərdin SNP tamamlayıcısına əsaslanaraq müxtəlif xəstəliklər üçün risk səviyyələrini müəyyən edəcək sözdə “şəxsi genomika” təmin edən şirkətlərin yaradılması olmuşdur. Bu xidmətlərin arxasında duran elm mübahisəlidir.

GWAS genlər və xəstəlik arasında əlaqə axtardığından, bu tədqiqatlar xüsusi suallara cavab verməkdənsə, səbəblərə dair digər tədqiqatlar üçün məlumat verir. Gen fərqi ilə xəstəlik arasındakı əlaqə mütləq səbəb-nəticə əlaqəsinin olması demək deyil. Bununla belə, bəzi tədqiqatlar xəstəliklərin genetik səbəbləri haqqında faydalı məlumatlar vermişdir. Məsələn, 2005-ci ildə aparılan üç müxtəlif tədqiqat, yaşa bağlı makula degenerasiyası adlanan xəstəliyə səbəb olan korluqla əlaqəli olan bədəndə iltihabın tənzimlənməsində iştirak edən bir zülalın geni müəyyən etdi. Bu, bu xəstəliyin səbəbini araşdırmaq üçün yeni imkanlar açdı. GWAS istifadə edərək Crohn xəstəliyi ilə əlaqəli olan çox sayda gen müəyyən edilmişdir və bunlardan bəziləri xəstəliyin səbəbi üçün yeni hipotetik mexanizmlər təklif etmişdir.

Farmakogenomika

Farmakogenomika fərdin genomik ardıcıllığından alınan məlumatlar əsasında dərmanların effektivliyini və təhlükəsizliyini qiymətləndirməyi əhatə edir. Şəxsi genom ardıcıllığı məlumatı fərdi xəstənin genotipinə əsasən ən təsirli və ən az zəhərli olan dərmanları təyin etmək üçün istifadə edilə bilər. Gen ifadəsindəki dəyişikliklərin öyrənilməsi, zəhərli təsirlərin potensialının erkən göstəricisi kimi istifadə edilə bilən dərmanın iştirakı ilə gen transkripsiya profili haqqında məlumat verə bilər. Məsələn, hüceyrə böyüməsində və nəzarət edilən hüceyrə ölümündə iştirak edən genlər, narahat olduqda, xərçəng hüceyrələrinin böyüməsinə səbəb ola bilər. Genom miqyasında aparılan tədqiqatlar həm də dərman toksikliyində iştirak edən yeni genləri tapmağa kömək edə bilər. Gen imzaları tam dəqiq olmaya bilər, lakin patoloji simptomlar ortaya çıxmazdan əvvəl daha çox sınaqdan keçirilə bilər.

Metagenomika

Ənənəvi olaraq, mikrobiologiya mikroorqanizmlərin təmiz mədəniyyət şəraitində ən yaxşı şəkildə öyrənilməsi baxımından tədris olunur, bu, bir növ hüceyrənin təcrid edilməsini və laboratoriyada becərilməsini nəzərdə tutur. Mikroorqanizmlər bir neçə saat ərzində bir neçə nəsil keçə bildiyi üçün onların gen ifadə profilləri yeni laboratoriya mühitinə çox tez uyğunlaşır. Digər tərəfdən, bir çox növ təcrid olunmuş şəkildə becərilməyə müqavimət göstərir. Əksər mikroorqanizmlər təcrid olunmuş varlıqlar kimi deyil, biofilmlər kimi tanınan mikrob icmalarında yaşayırlar. Bütün bu səbəblərə görə təmiz mədəniyyət həmişə mikroorqanizmləri öyrənmək üçün ən yaxşı üsul deyil. Metagenomika ətraf mühitdə böyüyən və qarşılıqlı təsir göstərən çoxsaylı növlərin kollektiv genomlarının öyrənilməsidir. Metagenomika yeni növlərin daha tez müəyyən edilməsi və çirkləndiricilərin ətraf mühitə təsirinin təhlili üçün istifadə edilə bilər (Şəkil 10.3.3). Metagenomika üsulları artıq balıq kimi ali eukariotların icmalarına da tətbiq oluna bilər.

Yeni bioyanacaqların yaradılması

Mikroorqanizmlərin genomikası haqqında biliklər yosunlardan və siyanobakteriyalardan bioyanacaqdan istifadə etməyin daha yaxşı yollarını tapmaq üçün istifadə olunur. Bu gün əsas yanacaq mənbələri kömür, neft, odun və etanol kimi digər bitki məhsullarıdır. Bitkilər bərpa olunan mənbələr olsa da, əhalinin enerji tələbatını ödəmək üçün daha çox alternativ bərpa olunan enerji mənbələrinin tapılmasına ehtiyac var. Mikrob dünyası yeni fermentləri kodlayan və yeni üzvi birləşmələr istehsal edən genlər üçün ən böyük resurslardan biridir və o, əsasən istifadə olunmamış qalır. Bu böyük genetik resurs bioyanacaqların yeni mənbələrini təmin etmək potensialına malikdir (Şəkil 10.3.4).

Mitoxondrial genomika

Mitoxondriyalar öz DNT-lərini ehtiva edən hüceyrədaxili orqanoidlərdir. Mitoxondrial DNT sürətlə mutasiyaya uğrayır və tez-tez təkamül əlaqələrini öyrənmək üçün istifadə olunur. Mitoxondrial genomun öyrənilməsini maraqlı edən başqa bir xüsusiyyət, çoxhüceyrəli orqanizmlərin əksəriyyətində mayalanma prosesi zamanı mitoxondrial DNT-nin anadan ötürülməsidir. Bu səbəbdən, şəcərəni izləmək üçün mitoxondrial genomika tez-tez istifadə olunur.

Məhkəmə Analizində Genomika

Cinayət yerində tapılan DNT nümunələrindən əldə edilən məlumat və ipuçları məhkəmə işlərində dəlil kimi, genetik markerlərdən isə məhkəmə-tibbi analizdə istifadə olunub. Genomik analiz də bu sahədə faydalı olmuşdur. 2001-ci ildə məhkəmə ekspertizasında genomikanın ilk istifadəsi nəşr olundu. Bu, ABŞ Poçt Xidməti tərəfindən daşınmış qarayara xəstəliyinin sirli hallarını (Şəkil 10.3.5) həll etmək üçün akademik tədqiqat institutları ilə FTB arasında birgə səy idi. Qarayara bakteriyası yoluxucu toz halına gətirilərək xəbər mediasına və iki ABŞ senatoruna göndərildi. Toz məktubları açan və ya idarə edən inzibati heyət və poçt işçilərini yoluxdurub. Beş nəfər ölüb, 17 nəfər isə bakteriyadan xəstələnib. Tədqiqatçılar mikrob genomikasından istifadə edərək müəyyən etdilər ki, bütün göndərişlərdə xüsusi qarayara ştamından istifadə olunub; Nəhayət, mənbə Merilend ştatındakı milli biomüdafiə laboratoriyasındakı bir alimdə tapıldı.

Kənd təsərrüfatında genomika

Genomika elmi tədqiqatlarda iştirak edən sınaqları və uğursuzluqları müəyyən dərəcədə azalda bilər ki, bu da kənd təsərrüfatında məhsulun keyfiyyətini və kəmiyyətini yaxşılaşdıra bilər (Şəkil 10.3.6). Xüsusiyyətləri genlər və ya gen imzaları ilə əlaqələndirmək, ən arzu olunan keyfiyyətlərə malik hibridləri yaratmaq üçün məhsul yetişdirilməsini yaxşılaşdırmağa kömək edir. Elm adamları arzu olunan əlamətləri müəyyən etmək üçün genomik məlumatlardan istifadə edir, sonra isə əvvəlki modulda təsvir olunduğu kimi, yeni genetik modifikasiya edilmiş orqanizm yaratmaq üçün bu əlamətləri başqa orqanizmə köçürür. Alimlər genomikanın kənd təsərrüfatı məhsullarının keyfiyyətini və kəmiyyətini necə yaxşılaşdıra biləcəyini kəşf edirlər. Məsələn, elm adamları faydalı məhsul yaratmaq və ya mövcud məhsulu artırmaq üçün arzu olunan xüsusiyyətlərdən istifadə edə bilər, məsələn, quraqlığa həssas məhsulu quru mövsümə daha dözümlü etmək kimi.

Proteomika

Zülallar, gen tərəfindən kodlanan funksiyanı yerinə yetirən genlərin son məhsullarıdır. Zülallar amin turşularından ibarətdir və hüceyrədə mühüm rol oynayırlar. Bütün fermentlər (ribozimlərdən başqa) zülallardır və reaksiyaların sürətinə təsir edən katalizator rolunu oynayırlar. Zülallar da tənzimləyici molekullardır, bəziləri isə hormonlardır. Hemoqlobin kimi nəqliyyat zülalları oksigenin müxtəlif orqanlara daşınmasına kömək edir. Xarici hissəciklərə qarşı müdafiə edən antikorlar da zülallardır. Xəstəlik halında, zülal funksiyası genetik səviyyədə dəyişikliklər və ya müəyyən bir proteinə birbaşa təsir səbəbindən pozula bilər.

Proteom bir hüceyrə növü tərəfindən istehsal olunan zülalların bütün dəstidir. Proteomlar genomların biliklərindən istifadə edərək öyrənilə bilər, çünki genlər mRNA-ları, mRNA-lar isə zülalları kodlayır. Proteomların funksiyasının öyrənilməsinə proteomika deyilir. Proteomika genomikanı tamamlayır və elm adamları genlərə əsaslanan fərziyyələrini sınamaq istədikdə faydalıdır. Çoxhüceyrəli orqanizmin bütün hüceyrələrinin eyni gen dəstinə malik olmasına baxmayaraq, müxtəlif toxumalarda istehsal olunan zülallar dəsti fərqlidir və gen ifadəsindən asılıdır. Beləliklə, genom sabitdir, lakin proteom bir orqanizm daxilində dəyişir və dinamikdir. Bundan əlavə, RNT-lər alternativ olaraq birləşdirilə bilər (yeni birləşmələr və yeni zülallar yaratmaq üçün kəsilib yapışdırılır) və bir çox zülal tərcümədən sonra dəyişdirilir. Genom bir plan təqdim etsə də, son arxitektura proteomu yaradan hadisələrin gedişatını dəyişə bilən bir neçə amildən asılıdır.

Xəstəliyin genetik əsasını anlamaq üçün xüsusi xəstəliklərdən əziyyət çəkən xəstələrin genomları və proteomları öyrənilir. Proteomik yanaşmalarla öyrənilən ən görkəmli xəstəlik xərçəngdir (Şəkil 10.3.7). Xərçəngin skrininqini və erkən aşkarlanmasını təkmilləşdirmək üçün proteomik yanaşmalardan istifadə edilir; bu, ifadəsi xəstəlik prosesindən təsirlənən zülalları müəyyən etməklə əldə edilir. Fərdi zülal biomarker adlanır, ifadə səviyyələri dəyişdirilmiş zülallar dəsti isə zülal imzası adlanır. Bir biomarker və ya zülal imzasının xərçəngin erkən skrininqinə və aşkarlanmasına namizəd kimi faydalı olması üçün o, tər, qan və ya sidik kimi bədən mayelərində ifraz edilməlidir ki, geniş miqyaslı skrininqlər qeyri-invaziv şəkildə aparıla bilsin. . Xərçəngin erkən aşkarlanması üçün biomarkerlərdən istifadə ilə bağlı mövcud problem yalan-mənfi nəticələrin yüksək olmasıdır. Yanlış-mənfi nəticə müsbət olması lazım olan mənfi test nəticəsidir. Başqa sözlə, bir çox xərçəng halları aşkar edilmir, bu da biomarkerləri etibarsız edir. Xərçəngin aşkarlanmasında istifadə edilən protein biomarkerlərinin bəzi nümunələri yumurtalıq xərçəngi üçün CA-125 və prostat xərçəngi üçün PSA-dır. Protein imzaları xərçəng hüceyrələrini aşkar etmək üçün biomarkerlərdən daha etibarlı ola bilər. Proteomika fərdi müalicə planlarını hazırlamaq üçün də istifadə olunur ki, bu da bir insanın spesifik dərmanlara reaksiya verib-verməyəcəyini və fərdin ola biləcəyi yan təsirlərin proqnozlaşdırılmasını nəzərdə tutur. Proteomika xəstəliyin təkrarlanma ehtimalını proqnozlaşdırmaq üçün də istifadə olunur.

Milli Xərçəng İnstitutu xərçəngin aşkarlanması və müalicəsinin təkmilləşdirilməsi üçün proqramlar hazırlayıb. Xərçəng üçün Klinik Proteomik Texnologiyalar və Erkən Aşkarlama Tədqiqat Şəbəkəsi müxtəlif xərçəng növlərinə xas olan zülal imzalarını müəyyən etmək səyləridir. Biotibbi Proteomika Proqramı zülal imzalarını müəyyən etmək və xərçəng xəstələri üçün effektiv müalicələr hazırlamaq üçün nəzərdə tutulmuşdur.

Xülasə

Genom xəritələşdirilməsi bütün dünyada laboratoriyalardan gələn məlumat parçaları ilə böyük, mürəkkəb tapmacanın həllinə bənzəyir. Genetik xəritələr genlərin genom daxilində yerləşməsi üçün kontur təqdim edir və meioz zamanı rekombinasiya tezliyi əsasında genlər və genetik markerlər arasındakı məsafəni təxmin edir. Fiziki xəritələr genlər arasındakı fiziki məsafə haqqında ətraflı məlumat verir. Ən təfərrüatlı məlumat ardıcıl xəritələmə vasitəsilə əldə edilir. Bütün xəritələşdirmə və ardıcıllıq mənbələrindən alınan məlumatlar bütün genomu öyrənmək üçün birləşdirilir.

Bütün genom ardıcıllığı genetik xəstəliklərin müalicəsi üçün ən son mövcud resursdur. Bəzi həkimlər həyatını xilas etmək üçün bütün genom ardıcıllığından istifadə edirlər. Genomikanın bir çox sənaye tətbiqi var, o cümlədən bioyanacaq inkişafı, kənd təsərrüfatı, əczaçılıq və çirklənməyə nəzarət.

Təxəyyül genomikanın tətbiqi üçün yeganə maneədir. Genomika biologiyanın əksər sahələrinə tətbiq olunur; fərdiləşdirilmiş tibb, fərdi səviyyədə xəstəlik risklərinin proqnozlaşdırılması, klinik sınaqların aparılmasından əvvəl dərmanların qarşılıqlı təsirinin öyrənilməsi və laboratoriyadan fərqli olaraq ətraf mühitdə mikroorqanizmlərin öyrənilməsi üçün istifadə edilə bilər. O, həmçinin yeni bioyanacaqların yaradılması, mitoxondriyadan istifadə edərək şəcərənin qiymətləndirilməsi, məhkəmə ekspertizasında irəliləyişlər və kənd təsərrüfatının təkmilləşdirilməsi üçün tətbiq edilir.

Proteomika müəyyən ətraf mühit şəraitində müəyyən bir hüceyrə növü tərəfindən ifadə edilən bütün zülal dəstinin öyrənilməsidir. Çoxhüceyrəli orqanizmdə müxtəlif hüceyrə tiplərində fərqli proteomlar olacaq və bunlar ətraf mühitdəki dəyişikliklərlə dəyişəcək. Bir genomdan fərqli olaraq, proteom dinamikdir və daimi axın altındadır, bu da onu tək genomlar haqqında bilikdən daha mürəkkəb və daha faydalı edir.

Lüğət

biomarker
xəstə bir vəziyyətdə unikal şəkildə istehsal olunan fərdi zülal
genetik xəritə
markerlər arasında rekombinasiya tezliyinə əsaslanan genlərin konturları və onların xromosomdakı yeri
genomika
genlərin tam dəsti, onların nukleotid ardıcıllığı və təşkili, bir növ daxilində və digər növlərlə qarşılıqlı əlaqəsi daxil olmaqla bütün genomların öyrənilməsi
metagenomika
ətraf mühit nişində böyüyən və qarşılıqlı əlaqədə olan çoxsaylı növlərin kollektiv genomlarının öyrənilməsi
model orqanizm
model orqanizm tərəfindən təmsil olunan digər növlərdə bioloji prosesləri başa düşmək üçün öyrənilən və model kimi istifadə edilən növ
farmakogenomika
genom və ya proteom ilə dərman qarşılıqlı təsirinin öyrənilməsi; toksikogenomika da deyilir
fiziki xəritə
genlər və ya genetik markerlər arasındakı fiziki məsafənin təsviri
protein imzası
müəyyən bir xəstə toxumadakı hüceyrələrə xas olan həddindən artıq və ya az ifadə olunan zülallar dəsti
proteomika
proteomların funksiyasının öyrənilməsi

Tibb və Biologiyada Genomika və Proteomika Mühəndisliyi

Tibb və Biologiyada Genomika və Proteomika Mühəndisliyi həm molekulyar biologiyanın, həm də biomühəndisliyin ən qabaqcıl nöqtəsində olan bir mövzunun hərtərəfli, fənlərarası müzakirəsini təqdim edir. Müəyyən edilmiş ekspertlərin töhfələrini toplayan bu kitab biotibbi informatikanın müasir tətbiqlərini, həmçinin genomika-proteomika sahələrindəki irəliləyişləri vurğulayır. Strukturlar və alqoritmlər genomik məlumatları təhlil etmək və patoloji anlayış üçün hesablama həllərini hazırlamaq üçün istifadə olunur.

Müzakirə olunan mövzulara aşağıdakılar daxildir:

  • Keyfiyyətli bilik modelləri
  • Mikro-massiv məlumatlarının şərh edilməsi
  • Gen tənzimlənməsi bioinformatikası
  • Mikromassivlərin təhlili üsulları
  • Xərçəng davranışı və radiasiya müalicəsi
  • Səhvlərə nəzarət kodları və genom
  • Mürəkkəb həyat elmi çox verilənlər bazası sorğuları
  • Hesablamalı protein analizi
  • Şiş və şiş bastırıcı zülalların qarşılıqlı təsiri

Hər ikisini alın və 25% qənaət edin!

Bu maddə: Tibb və Biologiyada Genomika və Proteomika Mühəndisliyi

Digər təkliflərlə birləşdirilə bilməz.

Hər ikisini alın və 25% qənaət edin!

Bu maddə: Tibb və Biologiyada Genomika və Proteomika Mühəndisliyi

Digər təkliflərlə birləşdirilə bilməz.

Hər ikisini alın və 25% qənaət edin!

Bu maddə: Tibb və Biologiyada Genomika və Proteomika Mühəndisliyi

Hər hansı digər təkliflərlə birləşdirilə bilməz.


Protein Analizində Əsas Texnikalar

Proteomikanın son məqsədi müəyyən şərtlər altında müəyyən genomdan ifadə edilən zülalları müəyyən etmək və ya müqayisə etmək, zülallar arasında qarşılıqlı əlaqəni öyrənmək və məlumatdan hüceyrə davranışını proqnozlaşdırmaq və ya dərman hədəflərini inkişaf etdirmək üçün istifadə etməkdir. Genom DNT ardıcıllığının əsas texnikası ilə təhlil edildiyi kimi, proteomika da zülal analizi üçün texnika tələb edir. DNT ardıcıllığına analoji zülal analizi üçün əsas texnika kütlə spektrometriyasıdır. Kütləvi spektrometriya bir molekulun xüsusiyyətlərini müəyyən etmək və təyin etmək üçün istifadə olunur. Spektrometriyada irəliləyişlər tədqiqatçılara çox kiçik zülal nümunələrini təhlil etməyə imkan verdi. Məsələn, rentgen kristalloqrafiyası elm adamlarına atom rezolyusiyasında zülal kristalının üçölçülü strukturunu təyin etməyə imkan verir. Başqa bir zülal görüntüləmə texnikası nüvə maqnit rezonansı (NMR), sulu məhluldakı zülalların üçölçülü strukturunu təyin etmək üçün atomların maqnit xüsusiyyətlərindən istifadə edir. Zülallar arasındakı qarşılıqlı əlaqəni öyrənmək üçün zülal mikroarrayları da istifadə edilmişdir. Əsas iki hibrid ekranın ([bağlantı]) geniş miqyaslı uyğunlaşmaları zülal mikroarraylarının əsasını təmin etmişdir. Kompüter proqram təminatı proteomik analiz üçün yaradılan çoxlu məlumatların təhlili üçün istifadə olunur.

Genomik və proteomik miqyaslı analizlər sistem biologiyasının bir hissəsidir. Sistem biologiyası sistem daxilində qarşılıqlı təsirlərə əsaslanan bütöv bioloji sistemlərin (genomlar və proteomlar) öyrənilməsidir. Avropa Bioinformatika İnstitutu və İnsan Proteom Təşkilatı (HUPO) sistem biologiyası məlumatlarının böyük yığınını çeşidləmək üçün effektiv alətlər hazırlayır və yaradır. Zülallar genlərin birbaşa məhsulları olduğundan və genomik səviyyədə aktivliyi əks etdirdiyindən, xəstəlik proseslərində iştirak edən zülalları və genləri müəyyən etmək üçün müxtəlif hüceyrələrin zülal profillərini müqayisə etmək üçün proteomlardan istifadə etmək təbiidir. Əksər farmasevtik dərman sınaqları zülalları hədəf alır. Proteomikadan əldə edilən məlumatlar yeni dərmanları müəyyən etmək və onların təsir mexanizmlərini anlamaq üçün istifadə olunur.


Proteomik analizlər üçün istifadə olunan üsulların çətinliyi az miqdarda zülalların aşkar edilməsində çətinlikdir. Kütləvi spektrometriya kiçik miqdarda zülalları aşkar etmək üçün yaxşı olsa da, xəstə vəziyyətlərdə zülal ifadəsində dəyişiklikləri ayırd etmək çətin ola bilər. Zülallar təbii olaraq qeyri-sabit molekullardır, bu da proteomik analizi genomik analizdən qat-qat çətinləşdirir.


Bölmənin xülasəsi

Proteomika müəyyən ətraf mühit şəraitində müəyyən bir hüceyrə növü tərəfindən ifadə edilən bütün zülal dəstinin öyrənilməsidir. Çoxhüceyrəli orqanizmdə müxtəlif hüceyrə tiplərində fərqli proteomlar olacaq və bunlar ətraf mühitdəki dəyişikliklərlə dəyişəcək. Genomdan fərqli olaraq, proteom dinamikdir və daimi hərəkətdədir, bu da onu tək genomlar haqqında bilikdən daha mürəkkəb və faydalı edir.

Proteomik yanaşmalar protein analizinə əsaslanır, bu üsullar daim təkmilləşdirilir. Proteomika müxtəlif xərçəng növlərini öyrənmək üçün istifadə edilmişdir. Hər bir xərçəng növünü təhlil etmək üçün müxtəlif biomarkerlər və zülal imzaları istifadə olunur. Gələcək məqsəd hər bir fərd üçün fərdi müalicə planının olmasıdır.


İNSAN GENOMU LAYİHƏSİ

Bu sürətli irəliləyişlərə diqqət yetirmək üçün Santa Cruz Kaliforniya Universitetindən Robert L. Sinsheimer 1985-ci ildə insan genomunun ardıcıllığı üçün birgə səylərin mümkünlüyünü rəsmi olaraq təklif etdi. 1986-cı ildə Nobel mükafatı laureatı və Salk İnstitutunun üzvü Renato Dulbekko jurnalının səhifələrində Elm jurnalı xərçəngin öyrənilməsi üçün əsas təmin etmək üçün bənzər bir təklif (Dulbecco, 1986). ABŞ Enerji Departamentinin (DOE), Konqresin Texnologiyaların Qiymətləndirilməsi Ofisinin (ABŞ Konqresi, 1988) və Milli Tədqiqat Şurasının (NRC, 1988) təsirli və geniş yayılmış hesabatları belə bir layihəni izlədi və tövsiyə etdi. NRC hesabatı ABŞ hökumətinə layihəyə maliyyə dəstəyi verməyi tövsiyə etdi və 15 il ərzində məqsədə çatmaq üçün çoxmərhələli tədqiqat planının konturunu təqdim etdi. Tezliklə, NIH və DOE insan genomunun xəritəsini və ardıcıllığını "fəaliyyətlərinin rəsmi koordinasiyasını təmin etmək" üçün Anlaşma Memorandumu imzaladılar. HGP) bu xüsusi məqsəd üçün həm DOE, həm də NIH-ə vəsait ayırmaqla.

NRC hesabatında nəzərdə tutulduğu kimi, HGP insan ardıcıllığı ilə dərhal başlamadı. Bunun əvəzinə proqram müxtəlif layihələr vasitəsilə infrastruktur qurmağa çalışırdı. Bu səylərə alternativ ardıcıllıq texnologiyalarının tədqiqi, mövcud texnologiyaların laboratoriya orqanizmlərinin daha kiçik genomlarının ardıcıllığının daha sadə probleminə uyğunlaşdırılması və insan genomunun aşağı rezolyusiyaya malik xəritələrinin hazırlanması daxildir. Digər ölkələr, xüsusən də İngiltərə, Fransa və Yaponiya da HGP-nin təşəbbüskarı oldular və həqiqətən də bir sıra ilk uğurlar ABŞ-dan kənarda əldə edildi.

Geniş hökumət dəstəyinə baxmayaraq, HGP elmi ictimaiyyətdə böyük mübahisələrə səbəb oldu. Ənənəvi, fərziyyələrə əsaslanan, kiçik laboratoriya, bir gen, bir zülal olan elmdən bu yeni məlumatlara əsaslanan, genişmiqyaslı mühəndislik proqramına keçid əvvəlcə molekulyar genetika cəmiyyətində müqavimətə səbəb oldu. Hətta layihənin tərəfdarları belə, ən yaxşı şəkildə necə davam edəcəkləri ilə bağlı fikir birliyindən uzaq idilər. Çoxları hesab edirdi ki, layihə yalnız əvvəlki üsullardan daha sürətli və daha ucuz olan tamamilə yeni ardıcıllıq metodlarının kəşfi ilə mümkün olacaqdır. Digərləri, xüsusən də o zaman NIH-də müstəntiq olan Kreyq Venter iddia edirdi ki, insan genomu üçün ardıcıllığın çoxunun funksiyasız olduğu düşünüldüyündə (sözdə zibil DNT) daha səmərəli strategiya yalnız genomu ardıcıllıqla sıralamaq olardı. cDNA-lar vasitəsilə protein kodlayan genlər, bununla da tələb olunan ardıcıllığın miqdarını 10 və ya daha çox dəfə azaldır.

Mühafizəkar gözləntilərə baxmayaraq, bir çox cəbhələrdə sürətli irəliləyiş əldə edildi. Tezliklə ilkin gözləniləndən çox daha yüksək qətnamə ilə bir çərçivə insan genetik xəritəsi ortaya çıxdı. Dairəvi DNT molekulları və ya vektorları daha böyük miqdarda DNT-nin bakteriyalara daşınması və bununla da bütün genomların fiziki xəritələrinin qurulmasını asanlaşdırmaq üçün hazırlanmışdır. Adi DNT sıralama yanaşmalarının yüksək avtomatlaşdırılmış maşınlara uyğunlaşdırılması qlobal DNT sıralama qabiliyyətinin dramatik genişlənməsinə səbəb oldu ki, bu da ilk bakterial genomun ardıcıllığını sürətli ardıcıllıqla əmələ gətirdi.H. qrip), eukariotun, hüceyrə nüvəsi olan orqanizmin ilk genomu (çörək mayası və ya S. cerevisiae) və çoxhüceyrəli heyvanın ilk genomu (dəyirmi qurd C. elegans). Əksər alimlərin praqmatik təbiətini nəzərə alsaq, bioloji elmi müəssisədə bütün bu genom ardıcıllığının böyük faydasının qalan skeptiklərin etirazlarını tez bir zamanda aradan qaldırması təəccüblü deyildi. Novel sequencing methods were not required instead, the basic Sanger method was almost completely transformed by new machines�veloped, for example, by Lloyd Smith, Leroy Hood, and Michael Hunkapiller at the California Institute of Technology𠅊nd software by others, such as Phil Green, to deal with the data. The early enthusiasm for sequencing cDNAs or their cousins, expressed sequence tags (ESTs), waned as this information proved to be no substitute for the full genome sequence. However, once a full genome sequence was obtained, both cDNA and EST information proved highly useful in finding genes. EST and cDNA sequencing also provided a rapid means of identifying and characterizing some medically significant genes, opening a path to early intellectual property claims. Venter pursued EST sequencing vigorously, and two companies, Incyte and Human Genome Sciences, devoted extensive resources to capturing these sequences and obtaining patent rights to them (see Chapter 3).

Based on this initial flurry of success, the international HGP began the systematic sequencing of the human genome in 1996 on a pilot scale and in 1999 initiated a full-scale effort. Because many investigators wanted to participate in such a historic project, the pilot phase included laboratories throughout the world. The pilot phase was intended to evaluate the cost and quality of the product, select among the variations in sequencing strategies that were still in play, and determine whether performance and economies of scale warranted reducing the number of participants.

Funded participants met in early 1996 to coordinate their efforts. Among the critical decisions made by the group was the adoption of the �rmuda Rules” as the basis for data sharing and release (see discussion and Box B). In a subsequent meeting, the group also considered a proposal to switch from a clone-based strategy to a whole-genome shotgun, or fragment-based, approach. The potential value of rapid access to large parts of the genome (and therefore genes) was not disputed, but the proponents could not describe a path from the shotgun data to a high-quality complete sequence. The challenges of assembling sequences of individual DNA fragments and in turn assigning all the pieces to specific chromosomal locations in the correct order and orientation were additional concerns. After vigorous debate, the switch in strategy was rejected.

BOX B

Birth of the Biotechnology Industry. The birth of the modern biotechnology industry can be traced to the early 1970s, with the discovery of genetic engineering techniques, such as recombinant DNA methods and hybridoma production. These discoveries were (more. )

As the pilot phase drew to a close, the successful groups coalesced around a common strategy and methodology, and a few groups emerged as leaders. Economies of scale also were evident. Most importantly, the pilot phase demonstrated that the strategy was capable of producing high-quality sequences in large contiguous blocks at acceptable costs and that costs were continuing to fall. Funding agencies in the United States and the United Kingdom elected to proceed with a full-scale effort, limiting resource allocations to only a small number of highly successful research teams.

Just as these decisions were being made, Craig Venter and the DNA sequencing instrument manufacturer Applied Biosystems, Inc. (ABI) surprised the genomics community with their announcement of a joint venture to sequence the human genome using a whole-genome shotgun approach, in direct competition with the international effort. Unlike the public project, their data were to be held by a company (Celera, Inc.) and initially released only to paying subscribers. Patents would be sought for genes of interest. The scientists leading both the public and private ventures had strong motives to pursue their own courses, and they justified their plans to their funders. A race was on.

On June 26, 2000, the public and private groups announced jointly at a White House-sponsored event that each had succeeded in producing an initial draft of the human sequence, with simultaneous publications describing their findings appearing in 2001 (Lander et al., 2001 Venter et al., 2001). The international HGP published a full and significantly more accurate human genome sequence in 2004. Genome sequences from species across the evolutionary tree continue to flood the databases today.


Proteomika

Changes in DNA, RNA, or epigenetic events may be responsible for the abnormal function associated with many tumors, but the analysis of the proteins themselves is the most direct method to assess for critical changes in a cell’s function. Recall that the purpose of DNA is to provide the code (via RNA) for all proteins. The field of proteomics uses a variety of techniques that allow for the separation of the thousands of proteins in a cell, as well as the structure and function of many of these molecules. Proteomics is usually divided into two critical phases. First is the separation of the different proteins in a sample—typically achieved by their size and overall charge (basic or acidic) and second is the identification of the different proteins—usually achieved through a technique called mass spectroscopy. As with genomic analysis, tissue is necessary for proteomics however because many tumors shed their proteins in the blood or cerebral spinal fluid (CSF), these samples can sometimes act as surrogates to tumor tissue. Our increasing ability to identify the location, quantity, and activity of different proteins in a tumor sample has provided the pharmaceutical industry with the targets on which tumor specific inhibitors can be developed. In fact, a number of these drugs are already being used for a variety of different adult cancers and have started testing in pediatric patients as well.


PARPs and ADP-ribosylation: recent advances linking molecular functions to biological outcomes

The discovery of poly(ADP-ribose) >50 years ago opened a new field, leading the way for the discovery of the poly(ADP-ribose) polymerase (PARP) family of enzymes and the ADP-ribosylation reactions that they catalyze. Although the field was initially focused primarily on the biochemistry and molecular biology of PARP-1 in DNA damage detection and repair, the mechanistic and functional understanding of the role of PARPs in different biological processes has grown considerably of late. This has been accompanied by a shift of focus from enzymology to a search for substrates as well as the first attempts to determine the functional consequences of site-specific ADP-ribosylation on those substrates. Supporting these advances is a host of methodological approaches from chemical biology, proteomics, genomics, cell biology, and genetics that have propelled new discoveries in the field. New findings on the diverse roles of PARPs in chromatin regulation, transcription, RNA biology, and DNA repair have been complemented by recent advances that link ADP-ribosylation to stress responses, metabolism, viral infections, and cancer. These studies have begun to reveal the promising ways in which PARPs may be targeted therapeutically for the treatment of disease. In this review, we discuss these topics and relate them to the future directions of the field.

Açar sözlər: DNA repair RNA biology gene regulation mono(ADP-ribose) (MAR) poly(ADP-ribose) (PAR) poly(ADP-ribose) polymerase (PARP).

© 2017 Gupte et al. Published by Cold Spring Harbor Laboratory Press.

Rəqəmlər

A variety of effectors mediate…

A variety of effectors mediate intracellular ADP-ribosylation dynamics. PARPs act as “writers” that…

Structures of ARBDs. ( A…

Structures of ARBDs. ( A ) The ARBDs shown include a macrodomain from…

A time line of discoveries…

A time line of discoveries for PARPs and ADP-ribosylation. The schematic illustrates our…

Varied roles of ADP-ribosylation in…

Varied roles of ADP-ribosylation in the regulation of gene regulation. ( A )…

PARP monoenzymes and catalytically inactive…

PARP monoenzymes and catalytically inactive PARPs participate in diverse biological processes. ( A…

New technologies to detect and…

New technologies to detect and study cellular ADP-ribosylation. The schematic illustrates different technologies…

Chemistry of PAR cleavage for…

Chemistry of PAR cleavage for use in MS methods. ( A ) Chemical…

Chemical biology approaches to identify…

Chemical biology approaches to identify PARP-specific ADP-ribosylation events. ( A ) Molecular structures…

Comparison of techniques used to…

Comparison of techniques used to map genome-wide ADP-ribosylation. ( A ) ADPr-ChAP by…


"Mind the gap"

You might think that celebrating the completion of 90% of a task is unusual, particularly in the context of scientific research. Why rejoice now? Why not wait until we have mapped 100% of the human proteome?

An appreciation for the sheer complexity of the proteome, the growing capabilities of analytical technologies and the pressures faced by an arguably under-funded research field – particularly when compared to genomics – is pertinent to understand why 90% edir a huge triumph, and a cause for celebration. And so, the HPP chooses to "mind the gap", respecting this achievement whilst acknowledging the intention to complete the coverage with "high fidelity" in due course.

Credit: Suad Kamardeen on Unsplash.

The "missing" proteins of the human proteome may be hiding out of sight in rare cells or tissues, expressed at specific fetal or childhood developmental stages or perhaps in quantities that are too low to be detected by current mass spectrometry approaches. Others may be hiding in plain sight, but their amino acid sequence and chemical composition may render such proteins not amenable to current mass spectrometry instrumentation and methodology. When asked whether it is possible that some proteins may never be mapped, Petricoin says that it would be dogmatic to say never: "Science is always improving and getting better. Right now, it is a product of these 10% being extremely low abundance, having extremely short half-lives and mass spectrometry still not being analytically sensitive enough to 'see' these markers," he explained.


Biologiya 171

Bu bölmənin sonunda siz aşağıdakıları edə biləcəksiniz:

Proteins are the final products of genes, which help perform the function that the gene encodes. Amino acids comprise proteins and play important roles in the cell. All enzymes (except ribozymes) are proteins that act as catalysts to affect the rate of reactions. Proteins are also regulatory molecules, and some are hormones. Transport proteins, such as hemoglobin, help transport oxygen to various organs. Antibodies that defend against foreign particles are also proteins. In the diseased state, protein function can be impaired because of changes at the genetic level or because of direct impact on a specific protein.

A proteome is the entire set of proteins that a cell type produces. We can study proteoms using the knowledge of genomes because genes code for mRNAs, and the mRNAs encode proteins. Although mRNA analysis is a step in the right direction, not all mRNAs are translated into proteins. Proteomics is the study of proteomes’ function. Proteomics complements genomics and is useful when scientists want to test their hypotheses that they based on genes. Even though all multicellular organisms’ cells have the same set of genes, the set of proteins produced in different tissues is different and dependent on gene expression. Thus, the genome is constant, but the proteome varies and is dynamic within an organism. In addition, RNAs can be alternately spliced (cut and pasted to create novel combinations and novel proteins) and many proteins modify themselves after translation by processes such as proteolytic cleavage, phosphorylation, glycosylation, and ubiquitination. There are also protein-protein interactions, which complicate studying proteomes. Although the genome provides a blueprint, the final architecture depends on several factors that can change the progression of events that generate the proteome.

Metabolomics is related to genomics and proteomics. Metabolomics involves studying small molecule metabolites in an organism. The metabolome is the complete set of metabolites that are related to an organism’s genetic makeup. Metabolomics offers an opportunity to compare genetic makeup and physical characteristics, as well as genetic makeup and environmental factors. The goal of metabolome research is to identify, quantify, and catalogue all the metabolites in living organisms’ tissues and fluids.

Basic Techniques in Protein Analysis

The ultimate goal of proteomics is to identify or compare the proteins expressed from a given genome under specific conditions, study the interactions between the proteins, and use the information to predict cell behavior or develop drug targets. Just as scientists analyze the genome using the basic DNA sequencing technique, proteomics requires techniques for protein analysis. The basic technique for protein analysis, analogous to DNA sequencing, is mass spectrometry. Mass spectrometry identifies and determines a molecule’s characteristics. Advances in spectrometry have allowed researchers to analyze very small protein samples. X-ray crystallography, for example, enables scientists to determine a protein crystal’s three-dimensional structure at atomic resolution. Another protein imaging technique, nuclear magnetic resonance (NMR), uses atoms’ magnetic properties to determine the protein’s three-dimensional structure in aqueous solution. Scientists have also used protein microarrays to study protein interactions. Large-scale adaptations of the basic two-hybrid screen ((Figure)) have provided the basis for protein microarrays. Scientists use computer software to analyze the vast amount of data for proteomic analysis.

Genomic- and proteomic-scale analyses are part of systems biology , which is the study of whole biological systems (genomes and proteomes) based on interactions within the system. The European Bioinformatics Institute and the Human Proteome Organization (HUPO) are developing and establishing effective tools to sort through the enormous pile of systems biology data. Because proteins are the direct products of genes and reflect activity at the genomic level, it is natural to use proteomes to compare the protein profiles of different cells to identify proteins and genes involved in disease processes. Most pharmaceutical drug trials target proteins. Researchers use information that they obtain from proteomics to identify novel drugs and to understand their mechanisms of action.


Scientists are challenged when implementing proteomic analysis because it is difficult to detect small protein quantities. Although mass spectrometry is good for detecting small protein amounts, variations in protein expression in diseased states can be difficult to discern. Proteins are naturally unstable molecules, which makes proteomic analysis much more difficult than genomic analysis.

Cancer Proteomics

Researchers are studying patients’ genomes and proteomes to understand the genetic basis of diseases. The most prominent disease researchers are studying with proteomic approaches is cancer. These approaches improve screening and early cancer detection. Researchers are able to identify proteins whose expression indicates the disease process. An individual protein is a biomarker whereas, a set of proteins with altered expression levels is a protein signature . For a biomarker or protein signature to be useful as a candidate for early cancer screening and detection, they must secrete in body fluids, such as sweat, blood, or urine, such that health professionals can perform large-scale screenings in a noninvasive fashion. The current problem with using biomarkers for early cancer detection is the high rate of false-negative results. A false negative is an incorrect test result that should have been positive. In other words, many cancer cases go undetected, which makes biomarkers unreliable. Some examples of protein biomarkers in cancer detection are CA-125 for ovarian cancer and PSA for prostate cancer. Protein signatures may be more reliable than biomarkers to detect cancer cells. Researchers are also using proteomics to develop individualized treatment plans, which involves predicting whether or not an individual will respond to specific drugs and the side effects that the individual may experience. Researchers also use proteomics to predict the possibility of disease recurrence.

The National Cancer Institute has developed programs to improve cancer detection and treatment. The Clinical Proteomic Technologies for Cancer and the Early Detection Research Network are efforts to identify protein signatures specific to different cancer types. The Biomedical Proteomics Program identifies protein signatures and designs effective therapies for cancer patients.

Bölmənin xülasəsi

Proteomics is the study of the entire set of proteins expressed by a given type of cell under certain environmental conditions. In a multicellular organism, different cell types will have different proteomes, and these will vary with environmental changes. Unlike a genome, a proteome is dynamic and in constant flux, which makes it both more complicated and more useful than the knowledge of genomes alone.

Proteomics approaches rely on protein analysis. Researchers are constantly upgrading these techniques. Researchers have used proteomics to study different cancer types. Medical professionals are using different biomarkers and protein signatures to analyze each cancer type. The future goal is to have a personalized treatment plan for each individual.

Pulsuz Cavab

How has proteomics been used in cancer detection and treatment?

Proteomics has provided a way to detect biomarkers and protein signatures, which have been used to screen for the early detection of cancer.

What is personalized medicine?

Personalized medicine is the use of an individual’s genomic sequence to predict the risk for specific diseases. When a disease does occur, it can be used to develop a personalized treatment plan.

Lüğət


Sca1+ Progenitor Cells (Ex vivo) Exhibits Differential Proteomic Signatures From the Culture Adapted Sca1+ Cells (In vitro), Both Isolated From Murine Skeletal Muscle Tissue

Stem Cell Reviews and Reports (2021)

Forensic proteomics

  • Glendon J. Parker
  • , Heather E. McKiernan
  • , Kevin M. Legg
  • & Zachary C. Goecker

Forensic Science International: Genetics (2021)

Intron retention and its impact on gene expression and protein diversity: A review and a practical guide

  • David F. Grabski
  • , Lucile Broseus
  • , Bandana Kumari
  • , David Rekosh
  • , Marie‐Louise Hammarskjold
  • & William Ritchie

A pilot study indicating the dysregulation of the complement and coagulation cascades in treated schizophrenia and bipolar disorder patients

  • Elisa Castañeda Santa Cruz
  • , Flávia da Silva Zandonadi
  • , Wagner Fontes
  • & Alessandra Sussulini

Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Proteins and Proteomics (2021)


Videoya baxın: Протеомика это новая геномика? Павел Синицын (Iyul 2022).


Şərhlər:

  1. Pit

    The authoritative answer

  2. Franz

    Hələ XVIII əsri xatırlayırsınız

  3. Fadi

    Bravo, məncə bu parlaq fikirdir

  4. Ewert

    Yalanı o deməlidir.



Mesaj yazmaq