Məlumat

Mühazirə 23: Genomika, Proteomika və Metabolomika - Biologiya

Mühazirə 23: Genomika, Proteomika və Metabolomika - 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.

Genomlar orqanizmin planları kimi

Bir genom, gnom ilə qarışdırılmamalıdır, bir orqanizmin DNT-də saxlanılan irsi məlumatların tam toplusudur. İnformasiya məzmunundakı fərqlər ətrafımızda gördüyümüz həyatın müxtəlifliyini izah etməyə kömək edir. Genomda kodlanmış məlumatda baş verən dəyişikliklər ətrafımızda gördüyümüz (və bəzilərini edə bilmərik) təbii seçmə ilə süzülən fenotipik müxtəlifliyin əsas hərəkətvericiləridir və buna görə də təkamülün hərəkətvericiləridir. Bu suallara səbəb olur. Çoxhüceyrəli orqanizmin hər hüceyrəsi eyni DNT ardıcıllığını ehtiva edirsə, necə fərqli hüceyrə tipləri ola bilər (məsələn, qaraciyərdəki hüceyrə beyindəki hüceyrədən necə bu qədər fərqli ola bilər ki, hər ikisi eyni DNT-ni daşıyır)? Və məlumatları necə oxuyuruq?

Genom ardıcıllığının müəyyən edilməsi

Genomlarda kodlanmış məlumatlar həyatı, onun funksiyalarını, müxtəlifliyini və təkamülünü anlamaq üçün vacib məlumatlar verir. Buna görə də, biologiyada tədqiqatlara başlamaq üçün ağlabatan bir yerin sözügedən genom(lar)da kodlanmış məlumat məzmununu oxumaq olduğu əsaslandırılır. Yaxşı bir başlanğıc nöqtəsi nukleotidlərin (A, G, C, T) ardıcıllığını və onların bir və ya bir neçə müstəqil replikasiya edən DNT vahidlərinə (məsələn, xromosomlar və/və ya plazmidlər) təşkilini müəyyən etməkdir. DNT-nin irsi material olduğunu kəşf etdikdən sonra 30+ il ərzində bu, qorxulu bir təklif idi. 1980-ci illərin sonlarında isə DNT sekvensiyası üçün yarı avtomatlaşdırılmış vasitələrin yaranmasına öncülük edildi və bu, həyatın öyrənilməsinə yanaşma tərzimizi kəskin şəkildə dəyişdirən bir inqilab başladı. İyirmi il sonra, 2000-ci illərin ortalarında biz sürətlənmiş texnoloji tərəqqi dövrünə qədəm qoyduq ki, bu dövrdə material elmləri (xüsusən də çox kiçik miqyasda şeylər etmək bacarığımızda irəliləyişlər), optika, elektrik və kompüter mühəndisliyi, biomühəndislik, və kompüter elmləri birləşdi ki, DNT-ni ardıcıllaşdırmaq qabiliyyətimizdə dramatik artımlar və müvafiq olaraq, DNT-ni ardıcıllıqla sıralamaq qabiliyyətimizdə çoxsaylı irəliləyişlərin dəyərini dramatik şəkildə azaldır. Bu nöqteyi-nəzəri göstərmək üçün məşhur bir nümunə, insan genomunun ardıcıllığı üçün xərclərdəki dəyişiklikləri müqayisə etməkdir. İnsan genomunun ilk layihəsinin hazırlanması təxminən 15 il və 3 milyard dollar çəkdi. Bu gün 10 insan genomunun hər biri 1000 dollardan aşağı qiymətə bir alətdə bir gündə ardıcıllıqla sıralana bilər (qiymət və vaxt azalmağa davam edir). Bu gün Illumina, Pacific Biosciences, Oxford Nanopore və başqaları kimi şirkətlər xərcləri aşağı salan və DNT ardıcıllığının həcmini, keyfiyyətini, sürətini və daşınmasını artıran rəqabət aparan texnologiyalar təklif edir.

DNT ardıcıllığı inqilabının ən maraqlı elementlərindən biri odur ki, o, bioloqlar, kimyaçılar, materialşünaslar, elektrik mühəndisləri, mexanika mühəndisləri, kompüter alimləri və proqramçılar, riyaziyyatçılar və statistiklər, məhsul tərtibatçıları və bir çox digər şəxslərin töhfələrini tələb edib və tələb etməyə davam edir. texniki mütəxəssislər. DNT ardıcıllığına maneələrin açılmasının potensial tətbiqləri və nəticələri investorları, iş adamlarını, məhsul tərtibatçılarını, sahibkarları, etika mütəxəssislərini, siyasətçiləri və bir çox başqalarını yeni imkanlar əldə etməyə və bu artan texnologiyadan ən yaxşı və ən məsuliyyətli şəkildə necə istifadə etmək barədə düşünməyə cəlb etdi. .

Genom ardıcıllığında texnoloji irəliləyişlər tam genom ardıcıllığının virtual selinin müəyyən edilməsi və ictimaiyyətə açıq verilənlər bazalarına yerləşdirilməsinə səbəb oldu. Onların bir çoxunu Milli Biotexnologiya İnformasiya Mərkəzində tapa bilərsiniz. Mövcud, tamamilə ardıcıl genomların sayı on minlərlədir - 2000-dən çox eukaryotik genom, 600-dən çox arxa genom və 12.000-ə yaxın bakterial genom. On minlərlə daha çox genom ardıcıllığı layihəsi davam edir. Mövcud olan və ya tezliklə əldə ediləcək bu çoxlu genom ardıcıllığı ilə biz bu genomlarda gördüklərimizlə bağlı çoxlu suallar verməyə başlaya bilərik. Hansı nümunələr bütün genomlar üçün ümumidir? Genomlarda neçə gen kodlanır? Bunlar necə təşkil olunub? Neçə fərqli xüsusiyyət tapa bilərik? Tapdığımız xüsusiyyətlər nə edir? Genomlar bir-birindən nə qədər fərqlidir? Bizə genomların necə təkamül etdiyini deyə biləcək dəlil varmı? Bu suallardan bir neçəsini qısaca araşdıraq.

Genomların müxtəlifliyi

Ölçülərin müxtəlifliyi, genlərin və xromosomların sayı

Genom ölçülərinin diapazonunu araşdırmaqla başlayaq. Aşağıdakı cədvəldə verilənlər bazasından genomların nümunəsini görürük. Sərbəst canlı orqanizmlərin genomlarının böyük ölçüdə olduğunu görə bilərik. Bilinən ən kiçik genom 580.000 baza cütündə kodlaşdırılıb, ən böyüyü isə 150 ​​milyard baza cütüdür - istinad üçün xatırladaq ki, insan genomu 3.2 milyard baza cütüdür. Bu, böyük bir ölçü diapazonudur. Genlərin sayında da oxşar fərqlər mövcuddur.

Cədvəl 1. Bu cədvəl müxtəlif orqanizmlər üçün bəzi genom məlumatlarını göstərir. 2n = diploid sayı. Atribut: Marc T. Facciotti (öz işihttp://book.bionumbers.org/how-big-are-genomes/ saytından təkrar istehsal olunur)

Cədvəl 1-i tədqiq etdikdə bəzi orqanizmlərin birdən çox xromosom daşıdığı da məlum olur. Bəzi genomlar da var poliploid, o deməkdir ki, onlar oxşar, lakin eyni olmayan bir neçə nüsxəni saxlayırlar (homolog) hər bir xromosomun nüsxələri. Diploid orqanizm öz genomunda hər bir xromosomun iki homoloji nüsxəsini (adətən biri anadan, biri isə atadan) daşıyır. İnsanlar diploiddir. Somatik hüceyrələrimiz 23 xromosomun 2 homoloji nüsxəsini daşıyır. Fərdi xromosomların 23 nüsxəsini anamızdan, 23 nüsxəsini isə atamızdan almışıq, cəmi 46. Bəzi bitkilər daha yüksək ploidliyə malikdir. Məsələn, hər bir xromosomun dörd homoloji nüsxəsi olan bitki adlanır tetraploid. Hər bir xromosomun bir nüsxəsi olan orqanizmə deyilir haploid.

Genomların quruluşu

Cədvəl 1 digər maraqlı məqamlar üçün də ipucu verir. Misal üçün, şimpanzenin genomunu şimpanze genomu ilə müqayisə etsək, qeyd edək ki, onlar təxminən eyni sayda geni (19.000) kodlayırlar, lakin onlar bunu kəskin şəkildə fərqli ölçülü genomlarda edirlər - müvafiq olaraq 400 milyon baza cütü ilə 3.3 milyard baza cütü. . Bu o deməkdir ki, pufferfish genomunun genləri arasında şimpanze genomunda tapılacağı gözləniləndən çox daha az boşluq olmalıdır. Həqiqətən də belədir və gen sıxlığındakı fərq bu iki genom üçün xas deyil. İnsan genomunun 50 kb-lik bir hissəsini təmsil etməyə çalışan Şəkil 1-ə baxsaq, zülal kodlayan bölgələrə (qırmızı və çəhrayı ilə işarələnmiş) əlavə olaraq bir çox digər sözdə "xüsusiyyətlər"in də ola biləcəyini görürük. genomdan oxuyun. Bu elementlərin çoxunda çox təkrarlanan ardıcıllıqlar var.

Şəkil 1. Bu rəqəm 7-ci xromosomda insan β T-hüceyrə reseptor lokusunun 50 kb seqmentini göstərir. Bu rəqəm insan genomunun kiçik bir bölgəsini və genomda oxuna və deşifrə edilə bilən "xüsusiyyətlərin" növlərini, o cümlədən: həm də əlavə olaraq, protein kodlaşdırma ardıcıllığı. Qırmızı və çəhrayı zülalları kodlayan bölgələrə uyğundur. Digər rənglər genomik elementlərin müxtəlif növlərini təmsil edir. Facciotti (öz işiwww.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK21134/ saytından təkrar istehsal olunur)

İndi bu tip elementlərin hər birinin bütün insan genomunun hansı hissəsini təşkil etdiyinə baxsaq (bax Şəkil 2), görərik ki, zülal kodlayan genlər haploid genomun 3,2 milyard əsasının yalnız 48 milyonunu təşkil edir.

Şəkil 2. Bu qrafik insan haploid genomunda çoxlu əsas cüt DNT-nin müxtəlif müəyyən edilə bilən xüsusiyyətlər arasında necə paylandığını təsvir edir. Qeyd edək ki, genomun yalnız kiçik bir hissəsi birbaşa protein kodlaşdıran bölgələrlə əlaqələndirilir. Facciotti (öz işiŞəkildə qeyd olunan mənbələrdən alındı)

Fərqli növlərdə zülal kodlayan bölgələrə qarşı təkrar bölgələrin tezliyini araşdırdığımız zaman, kodlaşdırmayan bölgələrə qarşı zülal kodlaşdırmasında böyük fərqlər qeyd edirik.

Şəkil 3. Bu rəqəm göstərir Müxtəlif genomların 50 kb seqmentləri, müxtəlif növlərdə zülal kodlaşdıran elementlərə qarşı təkrarlamanın yüksək dəyişkən tezliyini göstərir.
Atribut: Marc T. Facciotti (öz işi
www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK21134/ saytından təkrar istehsal olunur)

Təklif olunan müzakirə

Bəzi genomların daha çox və ya daha az kodlaşdırılmayan ardıcıllığa malik ola biləcəyini düşündüyünüz üçün fərziyyə təklif edin.

Genom quruluşunun dinamikası

Genomlar zamanla dəyişir və çoxsaylı müxtəlif növ hadisələr onların ardıcıllığını dəyişə bilər.

1. Mutasiyalar ya DNT replikasiyası zamanı, ya da kimyəvi mutagenlərin və ya radiasiyanın ətraf mühitə məruz qalması nəticəsində toplanır. Bu dəyişikliklər adətən tək nukleotidlər səviyyəsində baş verir.
2. Genomun yenidən təşkili baş verə biləcək genişmiqyaslı dəyişikliklər sinfini təsvir edin və bunlara aşağıdakılar daxildir: (a) delesiyalar – xromosomun seqmentlərinin itirildiyi; (b) duplikasiya - xromosomun bölgələrinin təsadüfən təkrarlanması; (c) daxiletmələr – genetik materialın daxil edilməsi (qeyd edək ki, bəzən bu viruslardan və ya ətraf mühitdən əldə edilir və xromosomlar arasında silmə/yerləşdirmə cütləri baş verə bilər); (d) inversiyalar - genomun bölgələrinin eyni xromosom daxilində çevrildiyi; və (e) translokasiyalar - burada xromosomun seqmentləri köçürülür (xromosomun başqa yerinə köçürülür).

Bu dəyişikliklər müxtəlif sürətlərdə baş verir və bəziləri ferment katalizatorlarının (məsələn, transpozazaların) fəaliyyəti ilə asanlaşdırılır.

Genomların öyrənilməsi

Müqayisəli genomika

Genom ardıcıllığı kolleksiyası ilə ən çox görülən işlərdən biri çoxlu genomların ardıcıllığını bir-biri ilə müqayisə etməkdir. Ümumiyyətlə, bu cür fəaliyyətlər adlanan bir sahənin çətiri altına düşür müqayisəli genomika.

İrsi xəstəlikdən əziyyət çəkən insanların genomları ilə xəstələnməmiş insanların genomlarını müqayisə etmək, xəstəliyin genetik əsasını açmağa kömək edə bilər. Əlaqədar mikrobların gen tərkibini, sırasını və ardıcıllığını müqayisə etmək bizə bəzi mikrobların nə üçün xəstəliyə səbəb olduğunun genetik əsasını tapmaqda kömək edə bilər, halbuki onların yaxın qohumları faktiki olaraq zərərsizdir. Yeni bir növün necə inkişaf etdiyini başa düşmək üçün genomları müqayisə edə bilərik. Çoxlu mümkün analizlər var! Bu təhlillərin əsası oxşardır: çoxlu genomlar arasında fərqləri axtarın və bu fərqləri həmin orqanizmlərdəki fərqli xüsusiyyətlər və ya davranışlarla əlaqələndirməyə çalışın.

Nəhayət, bəzi insanlar orqanizmlərin təkamül tarixini anlamağa çalışmaq üçün genom ardıcıllıqlarını müqayisə edirlər. Tipik olaraq, bu cür müqayisələr müqayisə edilən müxtəlif növlər arasında təkamül əlaqəsinin qrafik modeli olan filogenetik ağac kimi tanınan bir qrafiklə nəticələnir. Bu sahə, təəccüblü deyil, adlanır filogenomika.

Metagenomika: kim harada yaşayır və nə edir?

Ayrı-ayrı növlərin genomlarının öyrənilməsi ilə yanaşı, getdikcə daha güclü DNT ardıcıllığı texnologiyaları bir çox müxtəlif növlərin yaşadığı ətraf mühit nümunələrinin genomlarını eyni vaxtda ardıcıllıqla tərtib etməyə imkan verir. Bu sahə adlanır metagenomika. Bu tədqiqatlar adətən hansı mikrob növlərinin müxtəlif mühitlərdə yaşadığını anlamağa çalışır. Bağırsaqdakı mikrobların populyasiyalarını öyrənmək və populyasiyanın müxtəlif pəhrizlərə cavab olaraq necə dəyişdiyini izləmək, müxtəlif mikrobların bolluğu ilə müxtəlif xəstəliklər arasında hər hansı əlaqənin olub-olmadığını görmək və ya araşdırmaq üçün DNT ardıcıllığının istifadəsinə böyük maraq var. patogenlərin olması üçün. İnsanlar Yer kürəsində hansı mikrobların müxtəlif mühitlərdə (dərin dənizdən, torpağa, havaya, hiper duzlu gölməçələrə, pişik nəcislərinə, hər gün toxunduğumuz bəzi ümumi səthlərə qədər) məskunlaşdığını araşdırmaq üçün ətraf mühitin metagenomik nümunələrinin DNT ardıcıllığından istifadə edirlər.

Müxtəlif mühitlərdə mikrob populyasiyalarının ardıcıllığı "kim harada yaşayır"ı kəşf etməklə yanaşı, bir mühitdə hansı zülal kodlaşdıran genlərin mövcud olduğunu da aşkar edə bilər. Bu, tədqiqatçılara həmin mühitdə hansı metabolik fəaliyyətlərin baş verə biləcəyinə dair ipucu verə bilər. Müəyyən bir mühitdə hansı növ kimyanın baş verə biləcəyi barədə vacib məlumat verməklə yanaşı, toplanmış genlərin kataloqu həm də biotexnologiyada tətbiqlər üçün yeni fermentlərin kəşfi üçün mühüm mənbə rolunu oynaya bilər.

Genomika

Nuklein turşularının tədqiqi DNT-nin kəşfi ilə başlanmış, genlərin və kiçik fraqmentlərin öyrənilməsinə qədər irəliləmiş və indi daha geniş yayılmışdır. genomika. Genomika bütün genomların, o cümlədən genlərin tam dəsti, onların nukleotid ardıcıllığı və təşkili, həm növ daxilində, həm də digər növlərlə qarşılıqlı əlaqəsini öyrənir. Genomikadakı irəliləyişlər DNT sıralama texnologiyası sayəsində mümkün olmuşdur. Necə ki, informasiya texnologiyaları Google Maps-ə gətirib çıxarıb və bizə dünyanın müxtəlif yerləri haqqında ətraflı məlumat əldə etməyə imkan verib, 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. A genetik xəritə genləri və onların xromosomdakı yerlərini sadalayan illüstrasiyadır. Genetik xəritələr böyük mənzərəni təmin edir (dövlətlərarası magistral yolların xəritəsinə bənzəyir) və genetik markerlərdən (işarələrə bənzər) istifadə edir. Genetik marker, bir xromosomda maraq xüsusiyyəti ilə genetik əlaqəni göstərən bir gen və ya ardıcıllıqdır. Genetik marker maraq geni ilə miras qalmağa meyllidir. Aralarındakı məsafənin bir ölçüsü meioz zamanı rekombinasiya tezliyidir; erkən genetiklər bu əlaqə analizi adlandırdılar.

Fiziki xəritələr xromosomların kiçik bölgələrinin intim detallarına daxil olun (ətraflı yol xəritəsinə bənzər). 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 verən kənd təsərrüfatı üsullarına və ya iqlim dəyişikliyinə daha yaxşı uyğunlaşan bitkilərin inkişafına səbəb ola bilər.

Şəkil 1. Bu, insanın X xromosomunun fiziki xəritəsidir.

Kredit: NCBI, NIH tərəfindən işin dəyişdirilməsi

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.

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. Bütöv genom ardıcıllığı, xəstəliyin kökündə 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. Çoxlu fundamental tədqiqatlar aparılır model orqanizmlər çünki məlumat digər orqanizmlərə tətbiq oluna bilər. Model orqanizm model orqanizm tərəfindən 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 başa düşmək üçün meyvə milçəklərində spirtə qarşı həssaslığa təsir edən genlər öyrənilmişdir. Bütün genomların ardıcıllığı bu model orqanizmlərdə tədqiqat səylərinə kömək edir.

Şəkil 2. Çox əsas tədqiqat model orqanizmlərlə aparılır, məsələn, siçan, Mus musculus; meyvə milçəyi, Drosophila melanogaster; nematod, Caenorhabditis elegans; maya, Saccharomyces cerevisiae; və adi alaq otu, Arabidopsis thaliana.

Kredit: "siçan": Florean Fortescuecredit tərəfindən işin dəyişdirilməsi; "nematodlar": işin "snickclunk"/Flickr tərəfindən dəyişdirilməsi; "ümumi ot": Peggy Greb, USDA tərəfindən işin dəyişdirilməsi; Matt Russell-dən miqyas çubuğu məlumatları

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 başa düşmək 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 beş 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 ani 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 xromosomlar üzərində bir-birinin yaxınlığında 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 əldə edilir. 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 “şəxsi genomika” adlanan 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 effektivliyi və təhlükəsizliyinin qiymətləndirilməsini nəzərdə tutur. 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 ekoloji nişdə böyüyən və qarşılıqlı əlaqədə olan çoxsaylı növlərin kollektiv genomlarının öyrənilməsidir. Metagenomika yeni növlərin daha tez müəyyən edilməsi və çirkləndiricilərin ətraf mühitə təsirinin təhlili üçün istifadə edilə bilər. Metagenomika üsulları artıq balıq kimi ali eukariotların icmalarına da tətbiq oluna bilər.

Şəkil 3. Metagenomika ətraf mühit nişində bir çox növdən DNT-ni təcrid etməyi əhatə edir. DNT kəsilir və ardıcıllaşdırılır, bu, bir çox növlərin bütün genom ardıcıllığının üst-üstə düşən parçaların ardıcıllığından yenidən qurulmasına imkan verir.

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 4. İlk Dəniz Enerjisi Forumunda bərpa olunan yanacaqlar Hərbi Dəniz Qüvvələrinin gəmilərində və təyyarələrində sınaqdan keçirilib.

Kredit: Con F. Williams, ABŞ Hərbi Dəniz Qüvvələri tərəfindən işin dəyişdirilməsi

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 daşınan qarayara xəstəliyinin sirli hallarını 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.

Şəkil 5. Bacillus anthracis qarayara səbəb olan orqanizmdir.

Kredit: CDC tərəfindən işin dəyişdirilməsi; Matt Russell-dən miqyas çubuğu məlumatları

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. 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.

Şəkil 6. Transgen kənd təsərrüfatı bitkiləri xəstəliklərə qarşı müqavimət göstərə bilər. Bu transgen gavalılar gavalı pox virusuna davamlıdır.

Kredit: Scott Bauer, USDA ARS

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 öyrənilməsi adlanır proteomika. 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 7). Xərçəngin skrininqini və erkən aşkarlanmasını təkmilləşdirmək üçün proteomik yanaşmalardan istifadə edilir; bu, ifadəsi xəstəlik prosesindən təsirlənən zülalları müəyyən etməklə əldə edilir. Fərdi zülal a adlanır biomarker, halbuki ifadə səviyyələri dəyişdirilmiş zülallar toplusu a adlanır protein imzası. 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, hansı ki, fərdin spesifik dərmanlara reaksiya verib-verməyəcəyini və fərddə ola biləcək yan təsirləri proqnozlaşdırmaqdır. Proteomika xəstəliyin təkrarlanma ehtimalını proqnozlaşdırmaq üçün də istifadə olunur.

Şəkil 7. Bu maşın dəqiq xərçəng proqnozu vermək üçün xüsusi xərçəngləri müəyyən etmək üçün proteomik nümunə analizi etməyə hazırlaşır.

Kredit: Dorie Hightower, NCI, NIH

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.

Bölmə xülasəsi

Genom xəritələşdirilməsi bütün dünyada laboratoriyalardan gələn məlumat parçaları ilə böyük, mürəkkəb tapmacanın həllinə bənzəyir. Genetik xəritələr genomun daxilində genlərin yerinin konturunu 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 bioyanacaq inkişafı, kənd təsərrüfatı, əczaçılıq və çirklənməyə nəzarət daxil olmaqla bir çox sənaye tətbiqi var.

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. Genomdan fərqli olaraq, proteom dinamikdir və daimi axın altındadır, bu da onu tək genomlar haqqında bilikdən daha mürəkkəb və daha faydalı edir.


Sistem Biologiyası və Omik Texnologiyalarına Baxış

Reduksionist yanaşmadan istifadə edən ənənəvi texnologiyalar bioloji sistemdəki problemləri həll etmək üçün nisbətən yetərli deyil. Reduksionist yanaşma əvəzinə, sistem biologiyası bütün prosesi daha yaxşı başa düşmək üçün vahid və inteqrativ yanaşmadan istifadə edir. Bioloji sistemin həm keyfiyyət, həm də kəmiyyət baxımından xəstəliklər, toksikliklər, müalicə üsulları və s. Avtomatlaşdırılmış DNT sekvenserləri genomların mikroarray və kütləvi spektrometriya analizinin ardıcıllığını təmin etdi və qlobal transkripsiya profilinə imkan verdi və geniş miqyaslı proteomik və metabolomik analizlərə səbəb oldu. Bu yüksək məhsuldarlıq məlumatları bioinformatika tərəfindən şərh edilməlidir. İndiyə qədər PubMed verilənlər bazasına əsasən omics texnologiyalarını tərtib edən konkret nəşr edilmiş məqalə olmayıb. Hazırkı icmalda sistem biologiyasının qısa təsviri və omik texnologiyalarının üstünlükləri və çatışmazlıqları haqqında məlumatların verilməsi məqsəd qoyulmuşdur.


Ev heyvanlarında süd vəzi: sistem biologiyası perspektivi

Süd və süd məhsulları insan pəhrizinin mərkəzi elementləridir. Dünyada adambaşına ildə 108 kq süd istehlak edildiyi təxmin edilir. Buna görə də, süd məhsulları istehsalı dünya miqyasında istifadə edilən əsas növ iribuynuzlu mal-qara, qoyun, keçi, camış və digər ruminantlar olmaqla, bir çox ölkələrin iqtisadiyyatının müvafiq hissəsini təşkil edir. Südçülük təsərrüfatının adekvat idarə olunması gevişən heyvanlarda laktasiyanın arxasında duran bioloji mexanizmlər haqqında bilik olmadan əldə edilə bilməz. Beləliklə, sağlamlıq, xəstəlik və istehsalda süd vəzinin morfologiyasını, inkişafı və tənzimlənməsini başa düşmək çox vacibdir. Hal-hazırda genomika, transkriptomika, proteomika və metabolomika kimi innovativ və yüksək məhsuldarlıq texnologiyaları bu kimi məsələlər üzrə daha geniş və ətraflı bilik əldə etməyə imkan verir. Bundan əlavə, heyvan elminə sistem biologiyası yanaşmasının tətbiqi böyük ölçüdə artır, çünki bir ixtisas sahəsində və ya heyvan növləri üzrə yeni irəliləyişlər digər sahələrdə yeni tədqiqat xətlərinə səbəb olur və ya/və digər növlərə genişlənir. Bu məqalə müasir tədqiqat yanaşmalarının süd vəzilərinin inkişafı, laktasiya biologiyası və süd istehsalı ilə bağlı çoxdan məlum olan məsələləri anlamaqda bizə necə kömək edə biləcəyini müzakirə edir.

Bioloji əhəmiyyəti: Süd istehsalı süd vəzinin morfologiyası və tənzimlənməsi və laktasiya haqqında biliklərdən asılıdır. Yüksək məhsuldarlıq texnologiyaları süd vəzinin biologiyası haqqında daha geniş və ətraflı məlumat əldə etməyə imkan verir. Bu yazı genomika, transkriptomika, metabolomika və proteomika yanaşmalarının süd vəzilərinin sağlamlıq, xəstəlik və istehsalda tənzimlənməsini anlamaq üçün verdiyi əsas töhfələri nəzərdən keçirir. Süd vəzilərinin "omikasına" əsaslanan tədqiqat kontekstində, Sistem Biologiyası Yanaşmasından istifadə edərək nəticələrin inteqrasiyası əsas əhəmiyyət kəsb edir.

Açar sözlər: Süd istehsalı Laktasiya Süd vəzi Mastit Ruminants “Omics”.


Dinoflagellatların Biologiya Tədqiqatları üçün Omik Analizi

Dinoflagellatlar dəniz ekosistemləri üçün mühüm əsas istehsalçılardır və həmçinin insan qidalarında müəyyən vacib komponentlərə cavabdehdirlər. Bununla belə, onlar həm də zərərli yosun çiçəkləri yaratmaq və qabıqlı balıqların zəhərlənməsinə səbəb olmaq qabiliyyəti ilə məşhurdurlar. Son onilliklərdə dinoflagellatlara çox iş ayrılsa da, onların molekulyar səviyyədə başa düşülməsi hələ də onların böyük genom ölçüsü, daimi qatılaşdırılmış maye kristal xromosomlar və 10 qat xromosomlar kimi bəzi çətin bioloji xüsusiyyətlərinə görə məhduddur. zülalın DNT-yə nisbəti digər eukaryotik növlərə nisbətən daha aşağıdır. Son illərdə, genomika, transkriptomika, proteomika və metabolomika kimi omik texnologiyaları dəniz dinoflagellatlarının tədqiqinə tətbiq edilmiş və dinoflagellatların bir çox yeni fizioloji və metabolik xüsusiyyətlərini aşkar etmişdir. Bu məqalədə biz dinoflagellat genomlarının bəzi qeyri-adi xüsusiyyətlərini və onların biologiyasına aid olan molekulyar mexanizmlərini, o cümlədən zərərli yosunların çiçəklənməsi mexanizmini, toksin biosintezini, simbiozunu, lipid biosintezini, eləcə də növlərin aşkar edilməsində omics texnologiyalarının son tətbiqini nəzərdən keçiririk. identifikasiyası və təkamülü. Biz həmçinin problemləri müzakirə edirik və dinoflagellatların gələcək tədqiqat istiqamətlərini və tətbiqlərini təmin edirik.

Açar sözlər: dinoflagellatlar genomika zərərli yosun çiçəkləri lipid biosintezi metabolomika proteomika simbioz toksin transkriptomikası.

Maraqların toqquşması bəyanatı

Müəlliflər maraqların toqquşması olmadığını bəyan edirlər.

Rəqəmlər

Omic texnologiyalarının tətbiqi…

Dinoflagellat biologiya tədqiqatı üçün omik texnologiyalarının tətbiqi.

Əsas metabolik yollar F.…

Əsas metabolik yollar F. kawagutii . Mitoxondrial trikarboksilik üçün tam yollar...

Metabolik yollar C .…

Metabolik yollar C . cohnii . Mərkəzi karbohidratla əlaqəli yollar, yağ…


Genomika, proteomika və bioinformatika da daxil olmaqla qabaqcıl texnologiyaların öyrənilməsi üçün effektiv vasitə kimi praktiki seminarlar

Genomika və proteomika biotibbi tədqiqatlarda əsas texnologiyalar kimi ortaya çıxdı və nəticədə bu texnologiyaları öz tədqiqatlarına daxil etmək istəyən müstəntiqlər tərəfindən təlimlərə maraq artdı. Mənalı nəticələr, keyfiyyətli nəşrlər və uğurlu qrant müraciətləri əldə etmək üçün ən azı iki növ təlim nəzərdə tutula bilər: (1) dərhal qısamüddətli təlim seminarları və (2) uzun müddətli magistratura təhsili və ya səfər edən alim proqramları. Biz ardıcıl, eksperimental əsaslı çərçivədə genomika, proteomika və informatika üzrə hərtərəfli praktiki təlim kursu təqdim etməklə əvvəlki ehtiyacı ödəməyi hədəflədik. Bu, Milli Ürək, Ağciyər və Qan İnstitutunun (NHLBI) sponsorluğu ilə Milli Yəhudi Sağlamlığında (NJH) və Kolorado Tibb Məktəbində (UCD) keçirilən 10 günlük Genomika və Proteomika Təcrübəli Seminar vasitəsilə həyata keçirilib. Kursun məzmununa kütləvi spektrometriya və genomika texnologiyaları üzrə hərtərəfli mühazirələr və laboratoriyalar, cihaz və proqram təminatı ilə geniş praktik təcrübə, video nümayişlər, isteğe bağlı seminarlar, onlayn sessiyalar, dəvət olunmuş əsas məruzəçilər, yerli və milli qonaq müəllimlər daxildir. Burada biz ətraflı kurrikulu təsvir edirik və kurs iştirakçılarının qısa və uzunmüddətli qiymətləndirmələrinin nəticələrini təqdim edirik. Bizim təhsil proqramımız ardıcıl olaraq iştirakçılardan müsbət rəylər aldı və qrantların yazılmasına və nəzərdən keçirilməsinə, əlyazmaların təqdim edilməsinə və nəşrlərə əhəmiyyətli təsir göstərdi.

Açar sözlər: Bioinformatika Genomika Təcrübəli Kütləvi Spektrometriya Proteomika Seminarları.


Multi-omik yanaşmalardan istifadə edərək COVID-19 bilik bazasının yaradılması

Multi-omik məlumatlar daha geniş elmi ictimaiyyət tərəfindən tədqiq ediləcək bir mənbə rolunu oynayır və COVID-19 olan insanlarda modulyasiya edilən əsas bioloji proseslərin kritik dəstəkləyici sübutlarını təqdim edir. COVID-19 ilə əlaqəli fizioloji dəyişikliklər molekulyar səviyyədə müəyyən edilə bilər, məsələn, lipidlərin daşınması, komplement sisteminin aktivləşdirilməsi, damar zədələnməsi, trombositlərin aktivləşdirilməsi və deqranulyasiyası, qanın laxtalanması və kəskin faza reaksiyası.

Ortaya çıxan ilk geniş miqyaslı COVID-19 multi-omik analizlərindən biri Nyu Yorkdakı Albany Tibb Kollecində ağciyər və kritik baxım həkimi Ariel Jaitoviçin uzaqgörənliyi ilə başladı. Jaitoviç, COVID-19 simptomlarının şiddətə görə necə dəyişə biləcəyini birinci əldən gördü və müvafiq molekulyar anlayışları təmin edəcək birgə tədqiqat təsəvvür etdi. Daha sonra, COVID-19 şiddətinin geniş miqyaslı multi-omik analizini hazırlamaq üçün Viskonsin-Madison Universitetinin Coon Laboratoriyası və Morgridge Tədqiqat İnstitutundan ekspertiza toplandı. 2

Qrup birlikdə COVID-19 olan və olmayan insanlardan alınan 128 plazma nümunəsində RNT ardıcıllığı və yüksək rezolyusiyaya malik kütləvi spektrometriya (MS) həyata keçirdi və leykosit mRNA ifadəsini və plazma zülalını, metabolit və lipid səviyyələrini bir sıra klinik məlumatlar və xəstə ilə əlaqələndirdi. nəticələr. "Bizim son məqsədimiz öz təhlilimizdən əziyyət çəkmədən məlumatları insanlara mümkün qədər tez çatdırmaq üçün resurslarımızdan və paylaşılan təcrübəmizdən istifadə etmək idi" dedi Coon Laboratoriyasının tədqiqat məlumatları üzrə alimi İan Miller. "COVİD haqqında məlumatlar yanğınsöndürən kimi çıxırdı və hələ də belədir."

Miller, metabolomika ölçmələri arasında müxtəlif terapevtik molekulların necə müşahidə oluna biləcəyini xatırlayır, "bişmiş ağlı başında olma yoxlanışı və ya nəzarətini" təsvir edir. 219 biomolekul, sıx biomolekul klasterləri kimi COVID-19 statusu və şiddəti ilə yüksək korrelyasiyaya malik idi. Qeyd edək ki, müəyyən edilmiş bir çoxluqda COVID-19 statusu və şiddəti ilə əhəmiyyətli dərəcədə əlaqəli olan lipidlər - plazmenil-fosfatidilkolinlər və yüksək sıxlıqlı lipoproteinlər var.

Multi-omik tədqiqatlarda COVID-19 patofiziologiyasının səciyyələndirilməsi potensial terapevtik imkanları müəyyən etməyə imkan verir – onlardan bir neçəsi nəşrdə irəli sürülüb. 2 Məsələn, müəlliflər statinlərin və ya yüksək sıxlıqlı lipoproteinin (HDL) bərpasına yönəlmiş digər müalicələrin potensial istifadəsini vurğulayırlar. Digər tədqiqatlarda COVID-19 xəstələrində dövran edən HDL səviyyəsinin azaldığı bildirilmişdir ki, bu da potensial olaraq COVID-19 patofiziologiyasını ağırlaşdıran stress və iltihaba kömək edir. 3 Nəhayət, ümid odur ki, multi-omic data da xəstənin nəticələrinin daha dəqiq proqnozlarını dəstəkləmək üçün istifadə edilə bilər.


Genomika və Digər Omiklər: Hərtərəfli Essentials

Genetika və genomika misilsiz bir inqilab keçirir. Biologiya və insan sağlamlığının daha yaxşı başa düşülməsi xəstəliklərin müalicəsində irəliləyişlər yarada bilər və fərdiləşdirilmiş tibbin perspektivini təqdim edir. Bu kurs genomikanın və molekulyar biologiyanın ümumi prinsiplərinin təqdimatı və nəzərdən keçirilməsi ilə başlayacaq. Daha sonra proqnostika, diaqnostika və müalicədə irəliləyişlərə səbəb olan əsas genomik texnologiyaları və hesablama yanaşmalarını ətraflı araşdıracaqsınız. Alimlərin genomların funksiyasını və strukturunu necə ardıcıllaşdırdığını, yığdığını və təhlil etdiyini öyrənin. Daha böyük populyasiyanı öyrənməklə əlamətlərin və xəstəliklərin irsiyyətini təyin etmək üsullarını araşdırın və gen identifikasiyasının terapevtik müdaxilə üçün hədəfləri müəyyən etməyə necə kömək edə biləcəyini öyrənin. Sağlamlığınızı idarə etmək üçün şəxsi genomikadan necə istifadə edə biləcəyinizi araşdırın.

Bu kurs Genetika və Genomika Proqramında tələb olunan ikinci kursdur.

Nə öyrənəcəksiniz

  • Genetika, genlər və əlamətlər prinsipləri
  • Genom ardıcıllığının tətbiqləri və nəticələri
  • Şəxsi genomika səhiyyəyə necə təsir edə bilər
  • Xəstəliklərin diaqnozu və müalicəsi üçün istifadə olunan alətlər
  • Xüsusiyyətlərin və xəstəliklərin irsiyyətinin təyini üsulları

Mövzular daxildir

  • Ardıcıllığın alətləri, üsulları və tətbiqləri
  • Populyasiya genetikası
  • Genom miqyasında assosiasiya tədqiqatları
  • Proteomikaya və protein profilinə giriş
  • KODLAMA Layihəsi: DNT Elementlərinin Ensiklopediyası
  • Metabolomika və mikrobiomika

Mövzu ilə tanışlığınızdan asılı olaraq hər kursu başa çatdırmaq üçün 10-18 saat vaxt sərf etməyi gözləməlisiniz.

Fərdi kurslar üçün video mühazirələrə baxmaq və tapşırıqları 60 gün ərzində tamamlamaq üçün həftədə 2-3 saat ayırmağınızı tövsiyə edirik.

All-Access Planı sizə bir il ərzində bütün kurslara daxil olmağa imkan verdiyindən, siz nə qədər tez irəliləyəcəyinizi təyin edə bilərsiniz, lakin kredit almaq üçün kursları 365 gün müddətində tamamlamalısınız.

Sertifikat

Siz iki tələb olunan və istənilən dörd seçmə kursu uğurla başa vurmaqla Genetika və Genomika üzrə Stanford Müvəffəqiyyət Sertifikatı qazanırsınız. Siz fərdi qaydada və ya All-Access Planı vasitəsilə kurslara yazıla bilərsiniz.

Davamlı Təhsil Bölmələri

Bu kursu bitirməklə siz qazanacaqsınız 1 Davamlı Təhsil Bölməsi (CEU). CEU heç bir Stanford dərəcəsinə tətbiq edilə bilməz. CEU-nun ötürülməsi qəbul edən qurumun siyasətinə tabedir.

Suallar

Zəhmət olmasa 650-204-3984 və ya bizimlə əlaqə saxlayın
[email protected]

Mini sayt

All-Access Plan - tam bir il kurs materiallarına, video mühazirələrə, tapşırıqlara və imtahanlara öz sürətinizlə baxmaq və tamamlamaq. Kurs materiallarına yenidən baxın və ya irəliləyin – bütün məzmun il boyu parmaklarınızın ucunda qalır. Siz həmçinin Stanford müəllim köməkçiniz üçün 365 gün e-poçt girişi əldə edirsiniz.

Fərdi kurslar - 60 gün kurs materiallarına, video mühazirələrə, tapşırıqlara və imtahanlara baxmaq və tamamlamaq. Siz həmçinin Stanford müəllim köməkçiniz üçün 60 günlük e-poçt girişi əldə edəcəksiniz.

Kursa Giriş
Onlayn kursa bir illik giriş ödəniş edildikdən sonra başlayır. Bu kursun bir hissəsinin bitmə tarixi sizin kurs materialına girişinizi məhdudlaşdırmır.

Kurs materialları
Kurs materiallarını onlayn video səhifəsindən yükləmək olar. Bütün materiallar çap olunmaq və qeydiyyat zamanı nəzərdən keçirmək üçün mövcuddur.

Final imtahan
Onlayn iştirakçılardan proqramın bütövlüyünü qorumaq üçün hər kursun sonunda yekun imtahanı keçmələri xahiş olunur. İmtahanı uğurla keçmək üçün 85% bal toplamaq lazımdır. İmtahanı keçdikdə iştirakçılara rəqəmsal tamamlama qeydi elektron poçtla göndəriləcək.

Kursun Qiymətləndirilməsi
İştirakçılar yekun imtahandan keçdikdən sonra kursun qiymətləndirilməsini tamamlamalıdırlar.

Bu kurs hazırda bəzi ştatlarda və ərazilərdə tələbələr üçün mövcud olmaya bilər.

Kursa Giriş
Onlayn kursa 60 günlük giriş ödəniş edildikdən sonra başlayır.

Kurs materialları
Kurs materiallarını onlayn video səhifəsindən yükləmək olar. Bütün materiallar çap olunmaq və qeydiyyat zamanı nəzərdən keçirmək üçün mövcuddur.

Final imtahan
Onlayn iştirakçılardan proqramın bütövlüyünü qorumaq üçün hər kursun sonunda yekun imtahanı keçmələri xahiş olunur. İmtahanı uğurla keçmək üçün 85% bal toplamaq lazımdır. İmtahanı keçdikdə iştirakçılara rəqəmsal tamamlama qeydi elektron poçtla göndəriləcək.

Kursun Qiymətləndirilməsi
İştirakçılar yekun imtahandan keçdikdən sonra kursun qiymətləndirilməsini tamamlamalıdırlar.

Bu kurs hazırda bəzi ştatlarda və ərazilərdə tələbələr üçün mövcud olmaya bilər.


Yaşıl sistemlər biologiyası - Tək genomlardan, proteomlardan və metabolomlardan ekosistemlərin tədqiqatı və biotexnologiyasına qədər

Bitkilər bizim insan həyat formasını əvvəldən formalaşdırıb. Dünya əhalisinin qidalanması, qlobal iqlim dəyişikliyi və qalıq yanacaqlarla məhdud enerji resurslarının tanınması ilə bitki biologiyası və biotexnologiyasının aktuallığı dramatik şəkildə əhəmiyyətli hala gəlir. Əsas məsələlərdən biri məhdud torpaq sahəsi və artan ətraf mühit təzyiqləri səbəbindən kənd təsərrüfatında bitki məhsuldarlığını və abiotik/biotik stressə davamlılığı artırmaqdır. Digər aspekt lif/biokütlə və bioyanacaq üçün CO(2)-neytral bitki resurslarının inkişafıdır: şəkər qamışı, qarğıdalı və digər mühüm qida bitkiləri kimi birinci nəsil bitkilərdən Miscanthus və ağaclar kimi ikinci və üçüncü nəsil enerji bitkilərinə keçid. biokütlə və yem, hidrogen və lipid istehsalı üçün liqnoselüloz və yosunlar. Eyni zamanda, biz yer üzündə həyatımızın əsası kimi təbii müxtəlifliyi və növ zənginliyini qoruyub saxlamalıyıq. Burada biomüxtəliflik bankları mövcud və gələcək bitki yetişdirmə tədqiqatlarının əsası kimi müzakirə olunur. Consequently, it can be anticipated that plant biology and ecology will have more indispensable future roles in all socio-economic aspects of our life than ever before. We therefore need an in-depth understanding of the physiology of single plant species for practical applications as well as the translation of this knowledge into complex natural as well as anthropogenic ecosystems. Latest developments in biological and bioanalytical research will lead into a paradigm shift towards trying to understand organisms at a systems level and in their ecosystemic context: (i) shotgun and next-generation genome sequencing, gene reconstruction and annotation, (ii) genome-scale molecular analysis using OMICS technologies and (iii) computer-assisted analysis, modeling and interpretation of biological data. Systems biology combines these molecular data, genetic evolution, environmental cues and species interaction with the understanding, modeling and prediction of active biochemical networks up to whole species populations. This process relies on the development of new technologies for the analysis of molecular data, especially genomics, metabolomics and proteomics data. The ambitious aim of these non-targeted 'omic' technologies is to extend our understanding beyond the analysis of separated parts of the system, in contrast to traditional reductionistic hypothesis-driven approaches. The consequent integration of genotyping, pheno/morphotyping and the analysis of the molecular phenotype using metabolomics, proteomics and transcriptomics will reveal a novel understanding of plant metabolism and its interaction with the environment. The analysis of single model systems - plants, fungi, animals and bacteria - will finally emerge in the analysis of populations of plants and other organisms and their adaptation to the ecological niche. In parallel, this novel understanding of ecophysiology will translate into knowledge-based approaches in crop plant biotechnology and marker- or genome-assisted breeding approaches. In this review the foundations of green systems biology are described and applications in ecosystems research are presented. Knowledge exchange of ecosystems research and green biotechnology merging into green systems biology is anticipated based on the principles of natural variation, biodiversity and the genotype-phenotype environment relationship as the fundamental drivers of ecology and evolution.


Lifeomics leads the age of grand discoveries

When our knowledge of a field accumulates to a certain level, we are bound to see the rise of one or more great scientists. They will make a series of grand discoveries/breakthroughs and push the discipline into an 'age of grand discoveries'. Mathematics, geography, physics and chemistry have all experienced their ages of grand discoveries and in life sciences, the age of grand discoveries has appeared countless times since the 16th century. Thanks to the ever-changing development of molecular biology over the past 50 years, contemporary life science is once again approaching its breaking point and the trigger for this is most likely to be 'lifeomics'. At the end of the 20th century, genomics wrote out the 'script of life' proteomics decoded the script and RNAomics, glycomics and metabolomics came into bloom. These 'omics', with their unique epistemology and methodology, quickly became the thrust of life sciences, pushing the discipline to new high. Lifeomics, which encompasses all omics, has taken shape and is now signalling the dawn of a new era, the age of grand discoveries.


Lecture 23: Genomics, Proteomics, and Metabolomics - Biology

a EMBL/CRG Systems Biology Research Unit, Centre for Genomic Regulation (CRG), Dr Aiguader 88, 08003 Barcelona, Spain
E-poçt: [email protected], [email protected]

b Universitat Pompeu Fabra (UPF), Barcelona, Spain

c Department of Experimental and Health Sciences, Pompeu Fabra University, Barcelona Biomedical Research Park, Dr Aiguader 88, 08003 Barcelona, Spain
E-poçt: [email protected]

d Bio-analysis Group, Neuroscience Research Program, IMIM-Parc Salut Mar, Barcelona Biomedical Research Park, Dr Aiguader 88, 08003 Barcelona, Spain

e Theoretical Biophysics, Humboldt-Universität zu Berlin, Berlin, Germany

f Department of Surgery and Cancer, Imperial College London, Sir Alexander Fleming Building, London SW7 2AZ, UK

g Institució Catalana de Recerca i Estudis Avançats (ICREA), Pg. Lluis Companys 23, 08010 Barcelona, Spain

Mücərrəd

Systems metabolomics, the identification and quantification of cellular metabolites and their integration with genomics and proteomics data, promises valuable functional insights into cellular biology. However, technical constraints, sample complexity issues and the lack of suitable complementary quantitative data sets prevented accomplishing such studies in the past. Here, we present an integrative metabolomics study of the genome-reduced bacterium Mycoplasma pnevmoniyası. We experimentally analysed its metabolome using a cross-platform approach. We explain intracellular metabolite homeostasis by quantitatively integrating our results with the cellular inventory of proteins, DNA and other macromolecules, as well as with available building blocks from the growth medium. Hesabladıq in vivo catalytic parameters of glycolytic enzymes, making use of measured reaction velocities, as well as enzyme and metabolite pool sizes. A quantitative, inter-species comparison of absolute and relative metabolite abundances indicated that metabolic pathways are regulated as functional units, thereby simplifying adaptive responses. Our analysis demonstrates the potential for new scientific insight by integrating different types of large-scale experimental data from a single biological source.


Videoya baxın: انزيمات القطع المحدد عامر هليل 0799661003 (Iyul 2022).


Şərhlər:

  1. Goltiramar

    Yuxarıdakıların hamısına qoşuluram. Bu mövzu haqqında danışa bilərik. Burada və ya günortadan sonra.

  2. Dubv

    I think there is.

  3. Johan

    Sözünüzü kəsdiyim üçün üzr istəyirəm, amma mənim fikrimcə bu mövzu artıq köhnəlib.

  4. Avigdor

    Səhv etdiyinizə inanıram. Mən əminəm. Bunu müzakirə edək. PM-də mənə e-poçt göndərin.

  5. Anselmo

    Məncə, o səhvdir. Bunu sübut edə bilərəm. PM-də mənə yazın, danışın.



Mesaj yazmaq