genomika eto - Геномика

Геномика

Геномика — направление современной молекулярной биологии, основными задачами которого являются секвенирование геномов (т.е. определение нуклеотидной последовательности суммарного набора молекул ДНК клетки какого-либо организма), их картирование (т.е. идентификация генов и локализация места их расположения на хромосоме) и сравнительный анализ структур геномов разных организмов.

Первым полностью секвенированным геномом был расшифрованный в 1977 г. геном бактериофага j X 174, состоящий всего из 5386 пар оснований (п.о.). В дальнейшем были получены нуклеотидные последовательности геномов ряда вирусов. Однако настоящий взлет в секвенировании геномов начался сравнительно недавно, после создания автоматических севенаторов, объединенных в целые «фабрики секвенирования» и программного обеспечения для обработки полученных данных.

Первыми свободно живущими организмами, чьи геномы были полностью прочитаны, стали микоплазма Micoplasma genitalium и бактерия Haemophilus influenzae. Эти микроорганизмы оказались выбраны т.к. являются патогенами (т.е. вызывают заболевания) человека. Кроме того, микоплазма обладает наименьшим размером генома среди известных организмов, способных к самостоятельной репликации (т. е. удвоению геномной ДНК в процессе клеточного цикла). Следовательно, установление структуры ее генома позволило бы иметь представление о наборе генов и генных продуктов, минимально необходимом клетке для автономного развития. Таким образом, уже с первых шагов геномика дала развития двум своим направлениям: медицинской и сравнительной геномике.

К настоящему времени определена полная структура геномов более чем 100 микроорганизмов, основную часть которых составляют патогены. Значение данного факта трудно переоценить, так как наличие этой информации позволит в ближайшее время идентифицировать гены связанные с вирулентностью и подобрать гены (или их продукты) — мишени для лекарств.

Сейчас расшифровка геномов ведется со все возрастающей скоростью. Помимо исследования геномов простых организмов, установлена нуклеотидная последовательность ДНК архебактерии, находящихся в лестнице эволюционного развития как бы между эукариотами (клеточными организмам) и прокариотами (бактериями). Кроме того, определено полное строение генома пекарских дрожжей (Saccharomyces cerevisiae, первого одноклеточного эукариотического организма). Первым многоклеточным организмом с полностью секвенированным геномом стал круглый червь Caenorhabditis elegans (нематода). Следующими в списке стали плодовая мушка дрозофила (первое насекомое) и арабидопсис (первое растение), чьи ДНК были сравнительно недавно «расшифрованы». Вершиной достижений современной геномики можно назвать определение последовательности нуклеотидов ДНК человека. Все это позволило перейти от сравнения структуры отдельных генов или их групп к сравнению строения полных геномов организмов, находящихся на разных уровнях эволюционного развития — эволюционной геномике.

Объем накопленной информации уже сейчас намного превышает возможности исследователей по ее анализу и экспериментальному использованию. В силу данных обстоятельств, исключительно актуальными становятся развитие новых математических методов компьютерного анализа геномов и способов хранения геномной информации . Для этого за последние десять лет было создано программное обеспечение,позволяющее опознавать кодирующие и некодирующие участки генома по анализу нуклеотидной последовательности; организованы базы данных, где систематизируется информация о структурах геномов. Все вместе это создало основы биоинформатики.

Биоинформатика занимается системным анализом нуклеотидных последовательностей ДНК и РНК, а также аминокислотных последовательностей белков т.е. сравнительной геномикой. Сопоставление у разных видов организмов нуклеотидных последовательностей отдельных участков ДНК и аминокислотных последовательностей функционально похожих белков позволяет выявить общие структурные фрагменты. Последующая экспериментальная проверка этих «компьютерных предсказаний» часто позволяет ответить на вопрос о функциональной важности тех или иных участков биологических макромолекул.

Отдельным разделом биоинформатики является разработка алгоритмов и программ для предсказания пространственной структуры белков . Данная проблема является одной из ключевых в современной молекулярной биологии. До настоящего момента не создано точных методов предсказания трехмерной структуры белка по его аминокислотной последовательности. Однако, поскольку в банках данных существует экспериментально полученная информация о трехмерной структуре сотен белков, то во многих случаях можно на ее основе предсказывать пространственную структуру неизвестного белка с достаточной точностью. Следующим шагом в системных исследованиях геномов должнен стать способ предсказания функции белка на основании знания его первичной (аминокислотной) структуры и предсказанной трехмерной структуры. Таким образом, сравнительная геномика переходит в новый раздел геномики — функциональная геномика.

Главная задача функциональной геномики — выяснение биологических функций генных продуктов (РНК и белков). Функциональная геномика стремится сначала предсказать функцию тех или иных биополимеров с помощью компьютерного анализа, и только затем переходит к экспериментальной проверке в пробирке предсказанной функции.

Анализ последних тенденций развития геномных исследований показывает, что после установления структуры генома человека именно функциональная геномика станет ключевым направлением фундаментальных исследований в геномике.

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: