Маълумот

Геномика* — биология


Геномика

Омӯзиши кислотаҳои нуклеинӣ бо кашфи ДНК оғоз шуда, ба омӯзиши генҳо ва порчаҳои хурд пеш рафт ва ҳоло ба соҳаи геномика. Геномика омӯзиши тамоми геномҳо, аз ҷумла маҷмӯи пурраи генҳо, пайдарпаӣ ва ташкили нуклеотидҳои онҳо ва таъсири мутақобилаи онҳо ҳам дар дохили як намуд ва ҳам бо намудҳои дигар мебошад. Пешрафтҳо дар геномика тавассути технологияи пайдарпайии ДНК имконпазир гардиданд. Чӣ тавре ки технологияи иттилоотӣ ба Google Maps оварда расонд, ки ба мо имкон медиҳад, ки маълумоти муфассалро дар бораи маконҳо дар саросари ҷаҳон ба даст орем, иттилооти геномӣ барои сохтани харитаҳои шабеҳи ДНК-и организмҳои гуногун истифода мешавад.

Харитасозии геномҳо

Харитасозии геномҳо раванди дарёфти ҷойгиршавии генҳо дар ҳар як хромосома мебошад. Харитаҳои сохташуда бо харитаҳое, ки мо барои паймоиш дар кӯчаҳо истифода мебарем, қобили муқоиса мебошанд. А. харитаи генетикӣ ин тасвирест, ки генҳо ва ҷойгиршавии онҳоро дар хромосома номбар мекунад. Харитаҳои генетикӣ тасвири калонро таъмин мекунанд (ба харитаи шоҳроҳҳои байнидавлатӣ монанданд) ва маркерҳои генетикиро истифода мебаранд (монанд ба нишонаҳо). Нишондиҳандаи генетикӣ як ген ё пайдарпаии хромосома мебошад, ки иртиботи генетикиро бо аломати таваҷҷӯҳ нишон медиҳад. Нишондиҳандаи генетикӣ одатан бо генҳои таваҷҷӯҳ ба мерос гирифта мешавад. Як ченаки масофаи байни онҳо басомади рекомбинатсия ҳангоми мейоз аст; Генетикҳои ибтидоӣ инро таҳлили пайванд номидаанд.

Харитаҳои физикӣ ба тафсилоти маҳрамонаи минтақаҳои хурдтари хромосомаҳо дохил шавед (ба харитаи муфассали роҳ монанд). Харитаи физикӣ тасвири масофаи физикӣ дар нуклеотидҳо, байни генҳо ё аломатҳои генетикӣ мебошад. Барои сохтани тасвири пурраи геном ҳам харитаҳои пайванди генетикӣ ва ҳам харитаҳои физикӣ лозиманд. Доштани харитаи мукаммали геном барои тадқиқотчиён омӯзиши генҳои инфиродиро осон мекунад. Харитаҳои геномҳои инсон ба муҳаққиқон дар талошҳои онҳо барои муайян кардани генҳои марбут ба бемориҳои марбут ба бемориҳо ба монанди саратон, бемориҳои қалб ва фиброзҳои кистикӣ, ба чанде кӯмак мекунанд. Илова бар ин, харитасозии геном метавонад барои муайян кардани организмҳои дорои хислатҳои фоиданок, ба монанди микробҳо, ки қобилияти тоза кардани ифлоскунандаҳо ё ҳатто пешгирии ифлосшавӣ доранд, истифода шавад. Тадқиқот бо харитасозии геномҳои растаниҳо метавонад ба усулҳои кишоварзӣ оварда расонад, ки ҳосили баландтари зироатҳоро ба вуҷуд оранд ё ба рушди растаниҳое, ки ба тағирёбии иқлим мутобиқтаранд, оварда расонад.

Расми 1. Ин харитаи физикии хромосомаи X инсон аст.

Кредит: тағир додани кор аз ҷониби NCBI, NIH

Харитаҳои генетикӣ нақшаро пешниҳод мекунанд ва харитаҳои физикӣ тафсилотро пешниҳод мекунанд. Фаҳмидани он осон аст, ки чаро ҳарду намуди техникаи харитасозии геном барои нишон додани тасвири калон муҳиманд. Маълумоте, ки аз ҳар як техника гирифта шудааст, дар якҷоягӣ барои омӯзиши геном истифода мешавад. Харитасозии геномӣ бо организмҳои гуногуни моделие, ки барои таҳқиқот истифода мешаванд, истифода мешавад. Харитасозии геном ҳоло ҳам як ҷараёни давомдор аст ва бо рушди усулҳои пешрафта, пешрафтҳои бештар дар назар дошта мешаванд. Харитасозии геном ба анҷом додани муаммои мураккаб бо истифода аз ҳар як пораи маълумоти мавҷуда монанд аст. Маълумоти харитасозӣ, ки дар лабораторияҳои тамоми ҷаҳон тавлид мешавад, ба пойгоҳи додаҳои марказӣ, ба мисли Маркази миллии иттилооти биотехнология (NCBI) ворид карда мешавад. Кӯшишҳо ба харҷ дода мешаванд, то маълумот ба муҳаққиқон ва оммаи васеъ дастрас карда шавад. Чӣ тавре ки мо ба ҷои харитаҳои коғазӣ барои паймоиш дар шоҳроҳҳо системаҳои ҷаҳонии мавқеъгирии мавқеъгириро истифода мебарем, NCBI ба мо имкон медиҳад, ки барои содда кардани раванди истихроҷи додаҳо як воситаи тамошобини геномиро истифода барем.

Пайдарпаии пурраи геном

Ҳарчанд дар солҳои охир пешрафтҳои назаррас дар илмҳои тиб ба даст омадаанд, табибон то ҳол аз бисёр бемориҳо ошуфтаанд ва муҳаққиқон барои расидан ба қаъри мушкилот аз силсилаи геномҳо истифода мебаранд. Пайдарпаии пурраи геном равандест, ки пайдарпаии ДНК -и як геномро муайян мекунад. Пайдарпайвандии пурраи геном як муносибати бераҳмона барои ҳалли мушкилот аст, вақте ки дар маркази беморӣ заминаи генетикӣ мавҷуд аст. Ҳоло якчанд лабораторияҳо барои пайдарпайӣ, таҳлил ва тафсири тамоми геномҳо хидмат мерасонанд.

Дар соли 2010, барои наҷот додани як писарбачае, ки рӯдаҳояш абсцессҳои сершумори сершумор доштанд, пайдарпайии тамоми геном истифода шудааст. Кӯдак якчанд маротиба ҷарроҳии рӯдаи рӯяшро анҷом дод, ки ҳеҷ сабукӣ надошт. Ниҳоят, як пайдарпаии пурраи геном як камбудиеро дар роҳе ошкор кард, ки апоптозро назорат мекунад (марги барномарезишудаи ҳуҷайра). Барои бартараф кардани ин ихтилоли генетикӣ пайванди мағзи устухон истифода шуд, ки боиси шифо ёфтани писар гардид. Вай аввалин шахсе буд, ки бо истифода аз пайдарпаии тамоми геном бомуваффақият ташхис карда шуд.

Аввалин геномҳои пайдарпай, аз қабили онҳое, ки ба вирусҳо, бактерияҳо ва хамиртуруш мансубанд, аз ҷиҳати шумораи нуклеотидҳо нисбат ба геномҳои организмҳои бисёрҳуҷайраӣ хурдтар буданд. Геномҳои дигар организмҳои намунавӣ, ба монанди муш (Мушаки мушакӣ), магасе мева (Drosophila melanogaster) ва нематод (Caenorhabditis elegans) ҳоло маълуманд. Бисёре аз тадқиқоти бунёдӣ дар модели организмҳо зеро маълумотро ба организмҳои дигар татбиқ кардан мумкин аст. Организми намунавӣ як навъест, ки ҳамчун намуна барои фаҳмидани равандҳои биологии намудҳои дигар омӯхта мешавад, ки онҳоро организмҳои намунавӣ муаррифӣ кардан мумкин аст. Масалан, пашшаҳои мевагӣ қодиранд, ки машруботро мисли одамон мубодила кунанд, аз ин рӯ, генҳое, ки ба ҳассосият ба машрубот таъсир мерасонанд, дар пашшаҳои мевагӣ омӯхта шудаанд, то тағирёбии ҳассосият ба машруботро дар одамон фаҳманд. Доштани тамоми геномҳо ба кӯшишҳои тадқиқотӣ дар ин организмҳои моддӣ кумак мекунад.

Расми 2. Тадқиқоти зиёди бунёдӣ бо организмҳои намунавӣ, аз қабили муш, Mus musculus; пашшаи мева, Дрозофила меланогастер; нематод, Caenorhabditis elegans; хамиртуруш, Saccharomyces cerevisiae; ва алафи маъмулӣ, Arabidopsis thaliana.

Кредит: "муш": тағир додани кор аз ҷониби Флореан Фортескукредит; "nematodes": тағир додани кор аз ҷониби "snickclunk"/Flickr; "алафҳои бегона": тағир додани кор аз ҷониби Пегги Греб, USDA; Маълумоти миқёси миқёс аз Мат Рассел

Аввалин пайдарпаии геномҳои инсон дар соли 2003 нашр шуд. Шумораи кулли геномҳое, ки пайдарпай шудаанд, мунтазам меафзояд ва ҳоло садҳо намуд ва ҳазорҳо геномҳои инфиродии инсонро дар бар мегирад.

Татбиқи геномика

Ҷорисозии пайдарпаии ДНК ва лоиҳаҳои пайдарпайии геном, бахусус Лоиҳаи геномҳои инсон, татбиқи иттилооти пайдарпаии ДНК -ро васеъ намуд. Ҳоло геномика дар соҳаҳои мухталиф, аз қабили метагеномика, фармакогеномика ва геномикаи митохондрия истифода мешавад. Истифодаи маъмултарини геномика фаҳмидан ва ёфтани табобат барои бемориҳо мебошад.

Пешгӯии хатари беморӣ дар сатҳи инфиродӣ

Пешгӯии хатари беморӣ азназаргузаронӣ ва муайян кардани шахсони солими ҳозира тавассути таҳлили геном дар сатҳи инфиродӣ иборат аст. Пеш аз фарорасии беморӣ, дахолат ба тағир додани тарзи зиндагӣ ва маводи мухаддир тавсия дода мешавад. Бо вуҷуди ин, ин равиш бештар истифода мешавад, вақте ки мушкилот аз як мутатсия ген ба вуҷуд меояд. Чунин нуқсонҳо танҳо тақрибан панҷ фоизи бемориҳоро дар кишварҳои пешрафта ташкил медиҳанд. Аксарияти бемориҳои маъмул, ба монанди бемориҳои дил, бисёрфакторӣ ё полигенӣ мебошанд, ки ба хусусияти фенотипӣ, ки аз ҷониби ду ё зиёда генҳо муайян карда мешавад, инчунин омилҳои муҳити зист ба монанди парҳезро дар назар дорад. Дар моҳи апрели соли 2010, олимони Донишгоҳи Стэнфорд таҳлили геномии як фарди солимро нашр карданд (Стивен Куэйк, олими Донишгоҳи Стэнфорд, ки геномаш пайдарпай буд); таҳлил майлони ӯро ба гирифтори бемориҳои гуногун пешгӯӣ мекард. Арзёбии хатар барои таҳлили фоизи хавфи Quake барои 55 ҳолати гуногуни тиббӣ гузаронида шуд. Мутацияи нодири генетикӣ пайдо шуд, ки нишон дод, ки ӯ дар хатари сактаи ногаҳонии дил қарор дорад. Вай инчунин пешгӯӣ карда буд, ки 23 % хатари саратони простата ва 1,4 % хатари пайдоиши бемории Альцгеймер дорад. Олимон барои таҳлили маълумоти геномӣ пойгоҳи додаҳо ва якчанд нашрияҳоро истифода бурданд. Гарчанде ки пайдарпайии геномӣ дастрастар шуда истодааст ва воситаҳои таҳлилӣ боэътимодтар мешаванд, масъалаҳои ахлоқии таҳлили геномӣ дар сатҳи аҳолӣ ҳал карда мешаванд. Масалан, оё чунин маълумот метавонад ба таври қонунӣ барои ситонидани суғурта ё таъсир ба рейтинги кредитӣ истифода шавад?

Омӯзиши ассотсиатсияи геномӣ

Аз соли 2005 инҷониб як намуди тадқиқот бо номи омӯзиши ассотсиатсияҳои геномӣ ё GWAS имконпазир шуд. GWAS усулест, ки фарқияти байни шахсонро дар полиморфизмҳои ягонаи нуклеотидҳо (SNPs), ки метавонанд дар боиси бемориҳо иштирок кунанд, муайян мекунад. Ин усул махсусан ба бемориҳое мувофиқ аст, ки метавонанд аз як ё якчанд тағироти генетикӣ дар тамоми геном зарар дида бошанд. Бо истифода аз маълумоти таърихи оила муайян кардани генҳои ба чунин беморӣ гирифтор хеле душвор аст. Усули GWAS ба махзани генетикӣ такя мекунад, ки аз соли 2002 инҷониб дар таҳияи лоиҳаи байналмилалии HapMap ном дорад. Лоиҳаи HapMap геномҳои чандсад нафарро аз саросари ҷаҳон пайдарпай карда, гурӯҳҳои SNP -ро муайян кардааст. Ба гурӯҳҳо SNP -ҳо дохил мешаванд, ки дар хромосомаҳо дар наздикии якдигар ҷойгиранд, аз ин рӯ онҳо одатан тавассути рекомбинатсия якҷоя мемонанд. Далели он, ки гурӯҳ якҷоя боқӣ мемонад, маънои онро дорад, ки муайян кардани як аломати SNP танҳо барои муайян кардани ҳама SNPҳои гурӯҳ лозим аст. Якчанд миллион SNP муайян карда шудаанд, аммо муайян кардани онҳо дар дигар ашхосе, ки геномҳои пурраи худро нагирифтаанд, хеле осонтар аст, зеро танҳо SNP-ҳои маркерро муайян кардан лозим аст.

Дар тарҳи умумӣ барои GWAS, ду гурӯҳи шахсон интихоб карда мешаванд; як гурӯҳ ин бемориро доранд ва гурӯҳи дигар надорад. Шахсони ҳар як гурӯҳ бо дигар хусусиятҳо мувофиқат карда мешаванд, то таъсири тағирёбандаҳои печидаеро, ки боиси фарқияти байни ду гурӯҳ мешаванд, кам кунанд. Масалан, генотипҳо метавонанд фарқ кунанд, зеро ин ду гурӯҳ асосан аз қисматҳои гуногуни ҷаҳон гирифта шудаанд. Пас аз он ки шахсони алоҳида интихоб карда мешаванд ва одатан шумораи онҳо ҳазор ё бештар аз он аст, ки тадқиқот барои кор кардан, намунаҳои ДНК-и онҳо гирифта мешаванд. ДНК бо истифода аз системаҳои автоматӣ барои муайян кардани фарқиятҳои калон дар фоизи SNP-ҳои мушаххас байни ин ду гурӯҳ таҳлил карда мешавад. Аксар вақт тадқиқот як миллион ё зиёда SNP -ро дар ДНК месанҷад. Натиҷаҳои GWAS -ро метавон бо ду роҳ истифода бурд: фарқиятҳои генетикӣ метавонанд ҳамчун нишонаҳо барои ҳассосият ба беморӣ дар шахсони номаълум истифода шаванд ва генҳои мушаххас метавонанд ҳадафи таҳқиқот дар роҳи молекулавии беморӣ ва табобати эҳтимолӣ бошанд. Як шохаи кашфи ассотсиатсияҳои генҳо бо беморӣ таъсиси ширкатҳое мебошад, ки ба истилоҳ "геномикаи шахсӣ" -ро таъмин мекунанд, ки сатҳи хатари бемориҳои гуногунро дар асоси комплементи SNP шахс муайян мекунанд. Илми паси ин хидматҳо баҳсбарангез аст.

Азбаски GWAS ассотсиатсияҳоро байни генҳо ва бемориҳо меҷӯяд, ин тадқиқотҳо ба ҷои посух додан ба саволҳои мушаххас, барои таҳқиқоти дигар дар бораи сабабҳо маълумот медиҳанд. Ассотсиатсия байни фарқияти ген ва беморӣ маънои онро надорад, ки робитаи сабабу натиҷа вуҷуд дорад. Бо вуҷуди ин, баъзе тадқиқотҳо дар бораи сабабҳои генетикии бемориҳо маълумоти муфид доданд. Масалан, се таҳқиқоти гуногун дар соли 2005 як генеро барои сафеда муайян карданд, ки дар танзими илтиҳоб дар бадан иштирок мекунанд, ки бо нобиноӣ, ки боиси бемориҳо номида мешавад, дегенератсияи макулярии вобаста ба синну сол алоқаманд аст. Ин имкони-ятхои навро барои тадкики сабабхои ин касалй фарохам овард. Бо истифода аз GWAS шумораи зиёди генҳо бо бемории Crohn алоқаманд муайян карда шуданд ва баъзеи онҳо механизмҳои нави гипотетикии сабаби бемориро пешниҳод карданд.

Фармакогеномика

Фармакогеномика арзёбии самаранокӣ ва бехатарии маводи мухаддирро дар асоси маълумот аз пайдарпаии геномии фард дар бар мегирад. Маълумоти пайдарпаии геномҳои шахсиро метавон барои таъини доруҳое истифода бурд, ки аз рӯи генотипи инфиродии бемор аз ҳама муассиртар ва камтар заҳрноктар хоҳанд буд. Омӯзиши тағирот дар ифодаи ген метавонад дар бораи профили транскрипсияи ген дар ҳузури маводи мухаддир маълумот диҳад, ки он метавонад ҳамчун нишондиҳандаи барвақти эҳтимолияти таъсири заҳролуд истифода шавад. Масалан, генҳое, ки дар афзоиши ҳуҷайраҳо ва марги назоратшавандаи ҳуҷайраҳо иштирок мекунанд, ҳангоми изтироб метавонанд ба афзоиши ҳуҷайраҳои саратон оварда расонанд. Тадқиқотҳои геномӣ инчунин метавонанд барои пайдо кардани генҳои наве, ки дар заҳролудшавии маводи мухаддир иштирок мекунанд, кумак кунанд. Имзоҳои генҳо метавонанд комилан дақиқ набошанд, аммо метавонанд пеш аз пайдо шудани нишонаҳои патологӣ боз санҷида шаванд.

Метагеномика

Ба таври анъанавӣ, микробиология бо назардошти он таълим дода мешавад, ки микроорганизмҳо беҳтарин дар шароити фарҳанги соф омӯхта мешаванд, ки ҷудо кардани як намуди ячейка ва дар лаборатория парвариш кардани онро дар бар мегирад. Азбаски микроорганизмҳо дар тӯли якчанд соат аз якчанд насл мегузаранд, профилҳои ифодаи генҳои онҳо ба муҳити нави лабораторӣ хеле зуд мутобиқ мешаванд. Аз тарафи дигар, бисёр намудҳо ба парвариш дар алоҳидагӣ муқобилат мекунанд. Аксар микроорганизмҳо на ҳамчун мавҷудоти ҷудогона зиндагӣ мекунанд, балки дар ҷомеаҳои микробҳо, ки бо номи филмҳои биофилм маъруфанд, зиндагӣ мекунанд. Бо ҳамаи ин сабабҳо, фарҳанги пок на ҳамеша роҳи беҳтарини омӯзиши микроорганизмҳо мебошад. Метагеномика омӯзиши геномҳои дастаҷамъии намудҳои гуногун, ки дар чароғдонҳои экологӣ мерӯянд ва бо ҳам амал мекунанд. Метагеномика метавонад барои зудтар муайян кардани намудҳои нав ва таҳлили таъсири ифлоскунандаҳо ба муҳити зист истифода шавад. Усулҳои метагеномика акнун метавонанд инчунин ба ҷамоаҳои эукариотҳои баланд, ба мисли моҳӣ, татбиқ карда шаванд.

Расми 3. Метагеномика ҷудо кардани ДНК -ро аз намудҳои гуногун дар дохили макони экологӣ дар бар мегирад. ДНК бурида ва пайдарпай карда мешавад, ки имкон медиҳад, ки пайдарпаии геномҳои бисёр намудҳо аз пайдарпаии қисмҳои такроршаванда барқарор карда шаванд.

Эҷоди сӯзишвории нави биологӣ

Дониш дар бораи геномикаи микроорганизмҳо барои дарёфти роҳҳои беҳтари истифодаи сӯзишвории биологӣ аз алафҳо ва цианобактерияҳо истифода мешавад. Манбаъҳои асосии сӯзишворӣ имрӯз ангишт, нафт, чӯб ва дигар маҳсулоти растанӣ ба монанди этанол мебошанд. Гарчанде ки нерӯгоҳҳо захираҳои барқароршаванда мебошанд, ҳанӯз ҳам зарурати дарёфти манбаъҳои алтернативии барқароршавандаи энергия барои қонеъ кардани ниёзҳои энергетикии аҳолии мо вуҷуд дорад. Ҷаҳони микробҳо яке аз бузургтарин захираҳо барои генҳо мебошад, ки ферментҳои навро рамзгузорӣ мекунанд ва пайвастагиҳои нави органикӣ тавлид мекунанд ва то ҳол истифода нашудаанд. Ин манбаи бузурги генетикӣ дорои потенсиали таъмини сарчашмаҳои нави сӯзишвории биологӣ мебошад.

Тасвири 4. Сӯзишвории барқароршаванда дар киштиҳо ва ҳавопаймоҳои Флоти баҳрӣ дар аввалин форуми нерӯи баҳрӣ озмуда шуд.

Кредит: тағир додани кор аз ҷониби Ҷон Ф. Вилямс, Нерӯи баҳрии ИМА

Геномикаи митохондрия

Митохондрия органеллҳои дохили ҳуҷайра мебошанд, ки ДНК -и худро доранд. ДНК-и митохондриалӣ бо суръати тез мутатсия мешавад ва аксар вақт барои омӯзиши муносибатҳои эволютсионӣ истифода мешавад. Хусусияти дигаре, ки омӯзиши геномаи митохондрияро ҷолиб месозад, дар он аст, ки дар аксари организмҳои бисёрҳуҷайра ДНК -и митохондрия ҳангоми бордоршавӣ аз модар мегузарад. Аз ин сабаб, геномикаи митохондриалӣ аксар вақт барои пайгирии генеалогия истифода мешавад.

Геномика дар таҳлили судӣ

Маълумот ва нишонаҳое, ки аз намунаҳои ДНК, ки дар ҷои ҷиноят ёфт шудаанд, ҳамчун далел дар парвандаҳои судӣ истифода шудаанд ва аломатҳои генетикӣ дар таҳлили судӣ истифода шудаанд. Таҳлили геномӣ низ дар ин соҳа муфид шудааст. Дар соли 2001, аввалин истифодаи геномика дар криминалистика нашр шуд. Ин як кӯшиши муштарак байни муассисаҳои тадқиқотии академӣ ва ФБР барои ҳалли ҳолатҳои пурасрор аз сӯхтанӣ буд, ки аз ҷониби Хадамоти почтаи ИМА интиқол дода шуд. Бактерияҳои сӯхтанӣ ба хокаи сирояткунанда табдил ёфта, ба васоити ахбор ва ду сенатори ИМА фиристода шуданд. Хока ба кормандони маъмурӣ ва кормандони почта, ки мактубҳоро мекушоданд ё кор мекарданд, сироят кард. Панҷ нафар фавтиданд ва 17 нафар аз бактерияҳо бемор шуданд. Бо истифода аз геномикаи микробҳо, муҳаққиқон муайян карданд, ки дар ҳама ирсолҳо як штамми мушаххаси сӯхтанӣ истифода шудааст; дар ниҳоят, сарчашма ба як олим дар як лабораторияи миллии ҳифзи биологӣ дар Мэриленд пайдо шуд.

Тасвири 5. Bacillus anthracis организмест, ки сибирская касалиро ба вуҷуд меорад.

Кредит: тағир додани кор аз ҷониби CDC; маълумоти миқёси-бар аз Мат Рассел

Геномика дар кишоварзӣ

Геномика метавонад озмоишҳо ва нокомиҳоро дар таҳқиқоти илмӣ то андозае коҳиш диҳад, ки метавонад сифат ва миқдори ҳосили зироатҳоро дар соҳаи кишоварзӣ беҳтар созад. Пайваст кардани хислатҳо ба генҳо ё имзоҳои генҳо барои беҳтар кардани парвариши зироатҳо барои тавлиди гибридҳои дорои сифатҳои дилхоҳ кӯмак мекунад. Олимон маълумоти геномиро барои муайян кардани хислатҳои матлуб истифода мебаранд ва сипас ин хислатҳоро ба организми дигар интиқол медиҳанд, то як организми нави аз ҷиҳати генетикӣ тағирёфта, тавре ки дар модули қаблӣ тавсиф шудааст, эҷод кунанд. Олимон кашф мекунанд, ки чӣ тавр геномика метавонад сифат ва миқдори маҳсулоти кишоварзиро беҳтар кунад. Масалан, олимон метавонанд хислатҳои дилхоҳро барои сохтани маҳсулоти муфид ё такмил додани маҳсулоти мавҷуда истифода баранд, масалан зироати ба хушксолӣ тобовар ба мавсими хушк.

Расми 6. Барои муқовимат ба бемориҳо растаниҳои кишоварзии трансгенӣ сохтан мумкин аст. Ин олуҳои трансгенӣ ба вируси олу тобоваранд.

Кредит: Скотт Бауэр, USDA ARS

Протеомика

Протеинҳо маҳсулоти ниҳоии генҳо мебошанд, ки вазифаи аз ҷониби ген рамзшударо иҷро мекунанд. Протеинҳо аз аминокислотаҳо иборатанд ва дар ҳуҷайра нақши муҳим доранд. Ҳама ферментҳо (ба истиснои рибозимҳо) сафеда мебошанд ва ҳамчун катализатор амал мекунанд, ки ба суръати реаксияҳо таъсир мерасонанд. Протеинҳо инчунин молекулаҳои танзимкунанда мебошанд ва баъзеҳо гормонҳо мебошанд. Протеинҳои интиқолӣ, ба монанди гемоглобин, барои интиқоли оксиген ба узвҳои гуногун кӯмак мекунанд. Антителоҳое, ки аз зарраҳои бегона муҳофизат мекунанд, инчунин сафедаҳо мебошанд. Дар ҳолати бемор, функсияи сафеда метавонад аз сабаби тағирот дар сатҳи генетикӣ ё бо таъсири бевосита ба сафедаи мушаххас вайрон шавад.

Протеом тамоми маҷмӯи сафедаҳоест, ки аз як намуди ҳуҷайра тавлид мешавад. Протеомҳоро бо истифода аз дониши геномҳо омӯхтан мумкин аст, зеро генҳо барои mRNA-ҳо ва mRNAs сафедаҳоро рамзгузорӣ мекунанд. Омӯзиши вазифаи протеомаҳо номида мешавад протеомика. Протеомика геномикаро пурра мекунад ва вақте муфид аст, ки олимон гипотезаҳои худро, ки ба генҳо асос ёфтаанд, санҷидан мехоҳанд. Гарчанде ки ҳама ҳуҷайраҳои организмҳои бисёрҳуҷайра як маҷмӯи генҳо доранд, маҷмӯи сафедаҳое, ки дар бофтаҳои гуногун тавлид мешаванд, гуногунанд ва аз ифодаи генҳо вобастаанд. Ҳамин тариқ, геном доимист, аммо протеом гуногун буда, дар дохили организм динамикӣ аст. Илова бар ин, RNA -ро метавон ба таври алтернативӣ бурид (бурида ва часпонд, то таркиби нав ва сафедаҳои нав эҷод кунанд) ва бисёр сафедаҳо пас аз тарҷума тағир дода мешаванд. Гарчанде ки геном як нақшаро таъмин мекунад, меъмории ниҳоӣ аз якчанд омилҳо вобаста аст, ки метавонанд пешрафти рӯйдодҳоеро, ки протеомаро тавлид мекунанд, тағир диҳанд.

Барои фаҳмидани асосҳои генетикии беморӣ геномҳо ва протеомҳои беморони гирифтори бемориҳои мушаххас омӯхта мешаванд. Бемории барҷастае, ки бо равишҳои протеомикӣ омӯхта мешавад, саратон мебошад (Расми 7). Усулҳои протеомикӣ барои беҳтар кардани ташхис ва ташхиси барвақтии саратон истифода мешаванд; ин бо роҳи муайян кардани сафедаҳо ба даст меояд, ки ифодаи онҳо ба раванди беморӣ таъсир мерасонад. Протеини инфиродӣ a номида мешавад биомаркер, дар ҳоле ки маҷмӯи сафедаҳо бо сатҳҳои ифодаи тағирёбанда a номида мешаванд имзои протеин. Барои он, ки биомаркер ё имзои протеин ҳамчун номзад барои ташхиси барвақтӣ ва ошкор кардани саратон муфид бошад, он бояд дар моеъҳои бадан, аз қабили арақ, хун ё пешоб ҷудо карда шавад, то скринингҳои миқёсро ба таври ғайринвазивӣ анҷом диҳанд .

Мушкилоти кунунии истифодаи биомаркерҳо барои ташхиси барвақти саратон ин сатҳи баланди натиҷаҳои бардурӯғ-манфӣ мебошад. Натиҷаи манфии бардурӯғ натиҷаи манфии санҷиш аст, ки бояд мусбат буд. Ба ибораи дигар, бисёр ҳолатҳои саратон ошкор намешаванд, ки ин биомаркерҳоро беэътимод мекунад. Баъзе мисолҳои биомаркерҳои сафеда, ки дар ташхиси саратон истифода мешаванд, CA-125 барои саратони тухмдон ва PSA барои саратони простата мебошанд. Имзои сафеда метавонад нисбат ба биомаркерҳо барои ошкор кардани ҳуҷайраҳои саратон боэътимодтар бошад. Протеомика инчунин барои таҳияи нақшаҳои инфиродии табобат истифода мешавад, ки пешгӯии он аст, ки оё шахс ба доруҳои мушаххас вокуниш нишон медиҳад ё не. Протеомика инчунин барои пешгӯии эҳтимолияти такроршавии беморӣ истифода мешавад.

Расми 7. Ин мошин ба таҳлили намунаи протеомикӣ барои муайян кардани саратони мушаххас омодагӣ мебинад, то пешгӯиҳои дақиқи саратон таҳия карда шаванд.

Кредит: Дори Хайтауэр, NCI, NIH

Институти Миллии Саратон барномаҳоеро барои беҳтар кардани ошкор ва табобати саратон таҳия кардааст. Технологияҳои клиникии протеомикии саратон ва Шабакаи Тадқиқоти Барвақтӣ кӯшишҳо барои муайян кардани имзои сафедаи хоси намудҳои гуногуни саратон мебошанд. Барномаи протеомикаи биотиббӣ барои муайян кардани имзои протеин ва тарҳрезии табобати муассир барои беморони саратон пешбинӣ шудааст.

Хулосаи бахш

Харитасозии геном ба ҳалли як муаммои калон ва мураккаб бо пораҳои иттилооте, ки аз лабораторияҳои тамоми ҷаҳон меоянд, монанд аст. Харитаҳои генетикӣ нақшаи ҷойгиршавии генҳоро дар дохили геном пешниҳод мекунанд ва онҳо масофаи байни генҳо ва аломатҳои генетикиро дар асоси басомади рекомбинатсия ҳангоми мейоз ҳисоб мекунанд. Харитаҳои физикӣ дар бораи масофаи физикии байни генҳо маълумоти муфассал медиҳанд. Маълумоти муфассал тавассути харитасозии пайдарпай дастрас аст. Маълумот аз ҳама сарчашмаҳои харитасозӣ ва пайдарпайӣ барои омӯзиши як геном якҷо карда мешавад.

Пайдарпаии пурраи геном охирин манбаи дастрас барои табобати бемориҳои генетикӣ мебошад. Баъзе табибон барои наҷот додани ҳаёт тамоми секвенсияи геномро истифода мебаранд. Геномика дорои барномаҳои зиёди саноатӣ мебошад, аз ҷумла рушди био сӯзишворӣ, кишоварзӣ, дорусозӣ ва назорати ифлосшавӣ.

Тахайюлот ягона монеа барои татбиқи геномика мебошад. Геномика ба аксари соҳаҳои биология татбиқ карда мешавад; Он метавонад барои тибби фардӣ, пешгӯии хатарҳои беморӣ дар сатҳи инфиродӣ, омӯзиши таъсири мутақобилаи маводи мухаддир пеш аз гузаронидани озмоишҳои клиникӣ ва омӯзиши микроорганизмҳо дар муҳити зист дар муқоиса бо лаборатория истифода шавад. Он инчунин барои насли сӯзишвории нави биологӣ, арзёбии наслӣ бо истифода аз митохондрия, дастовардҳои илми криминалистӣ ва беҳбудиҳо дар соҳаи кишоварзӣ татбиқ карда мешавад.

Протеомика омӯзиши тамоми маҷмӯи сафедаҳоест, ки аз ҷониби як намуди ҳуҷайра дар шароити муайяни муҳити зист ифода ёфтааст. Дар организмҳои бисёрҳуҷайраӣ, намудҳои гуногуни ҳуҷайраҳо протеомҳои гуногун доранд ва онҳо бо тағирёбии муҳит фарқ мекунанд. Баръакси геном, протеом динамикӣ ва дар ҷараёни доимии доимист, ки онро нисбат ба дониши танҳо геномҳо мураккабтар ва муфидтар месозад.


Генетика, геномика ва биологияи системаҳо

Кумитаи генетика, геномика ва биологияи системаҳо (GGSB) як барномаи байнисоҳавии PhD мебошад, ки зиёда аз 60 биологҳоро аз бисёр кафедраҳои таълимӣ муттаҳид мекунад. Барномаи GGSB ба таълими олимони PhD барои мансаб ҳамчун олимони мустақил дар таҳқиқоти бунёдӣ ва амалӣ ва омӯзиши биотиббӣ нигаронида шудааст. GGSB барномаи омӯзиши асосиро пешниҳод мекунад, ки ба доктори фалсафа дар генетика оварда мерасонад. Барномаи омӯзишии PhD мо заминаи таҳлили муосири генетикиро бо омӯзиш дар усулҳои ҷорӣ барои таҳия ва ҳалли саволҳои биологӣ дар заминаи системаҳои мураккаб муттаҳид мекунад. Чунин системаҳо дар заминаҳои физиологӣ, рушд ва эволютсия омӯхта мешаванд. Факултаи таълимии 60+ GGSB бахшҳои сершумори гуногуни Донишгоҳи Чикагоро намояндагӣ мекунанд. Мавҷудияти ҳам илмҳои асосӣ ва ҳам клиникӣ дар шӯъбаи илмҳои биологӣ равиши васеи байнисоҳавии GGSB -ро ба таълим ва тадқиқот такмил медиҳад. Барномаи GGSB муҳити ҷолиберо фароҳам меорад, ки дар он омӯзиши дақиқ ва босифат бо чандирӣ дар тарҳрезии барномаҳо барои қонеъ кардани ниёзҳои инфиродӣ гузаронида шавад. Ҳадафи мо фароҳам овардани муҳити зеҳнии ҳавасмандкунанда, коллегиалӣ ва дастгирӣ барои донишҷӯён барои пешрафти бемайлон аз таълими тадқиқотӣ то мустақилияти тадқиқотӣ мебошад.


Геном чист?

Маҷмӯи пурраи ДНК-и организмро геноми он меноманд. Тақрибан ҳар як ҳуҷайраи бадан нусхаи пурраи тақрибан 3 миллиард ҷуфтҳои асоси ДНК ё ҳарфҳоро, ки геноми инсонро ташкил медиҳанд, дар бар мегирад.

Бо забони чор ҳарфии худ, ДНК дорои маълумотест, ки барои сохтани тамоми бадани инсон зарур аст. Ген ба таври анъанавӣ ба воҳиди ДНК ишора мекунад, ки дастурҳоро оид ба сохтани як сафедаи мушаххас ё маҷмӯи сафедаҳо дар бар мегирад. Ҳар як тахминии 20,000 то 25,000 генҳо дар геноми инсон ба ҳисоби миёна се сафеда доранд.

Дар 23 ҷуфт хромосомаҳое, ки дар ядрои ҳуҷайраи инсон ҷойгир шудаанд, генҳо истеҳсоли сафедаҳоро бо кӯмаки ферментҳо ва молекулаҳои паёмнависӣ роҳбарӣ мекунанд. Махсусан, як фермент маълумотро дар ДНК -и ген ба молекулае меноманд, ки кислотаи рибонуклеинӣ (mRNA) номида мешавад. MRNA аз ядро ​​мегузарад ва ба цитоплазмаи ҳуҷайра мегузарад, ки дар он mRNA -ро як мошини хурди молекулавӣ бо номи рибосома мехонад ва ин маълумот барои пайваст кардани молекулаҳои хурди аминокислотаҳо бо тартиби дуруст барои ташаккули як сафедаи мушаххас истифода мешавад.

Протеинҳо сохторҳои баданро ба монанди узвҳо ва бофтаҳо ташкил медиҳанд, инчунин реаксияҳои кимиёвиро назорат мекунанд ва сигналҳоро байни ҳуҷайраҳо мегузаронанд. Агар ДНК-и ҳуҷайра мутатсия шавад, метавонад протеини ғайримуқаррарӣ тавлид шавад, ки метавонад равандҳои муқаррарии баданро халалдор кунад ва боиси бемории саратон гардад.

Маҷмӯи пурраи ДНК-и организмро геноми он меноманд. Қариб ҳар як ҳуҷайраи бадан дорои нусхаи пурраи тақрибан 3 миллиард ҷуфт пойгоҳи ДНК ё ҳарфҳо мебошад, ки геноми инсонро ташкил медиҳанд.

Бо забони чор ҳарфии худ, ДНК дорои маълумотест, ки барои сохтани тамоми бадани инсон зарур аст. Ген ба таври анъанавӣ ба воҳиди ДНК ишора мекунад, ки дастурҳоро оид ба сохтани як сафедаи мушаххас ё маҷмӯи сафедаҳо дар бар мегирад. Ҳар як тахминии 20,000 то 25,000 генҳо дар геноми инсон ба ҳисоби миёна се сафеда доранд.

Генҳо, ки дар 23 ҷуфт хромосомаҳои ба ядрои як ҳуҷайраи инсон басташуда ҷойгир шудаанд, бо ёрии ферментҳо ва молекулаҳои паёмбар ба истеҳсоли сафедаҳо роҳнамоӣ мекунанд. Махсусан, фермент маълумотро дар ДНК-и ген ба молекулае, ки кислотаи рибонуклеинӣ (mRNA) ном дорад, нусхабардорӣ мекунад. mRNA аз ядро ​​ва ба ситоплазмаи ҳуҷайра меравад, ки дар он mRNA аз ҷониби як мошини хурди молекулавӣ, ки рибосома ном дорад, хонда мешавад ва иттилоот барои пайваст кардани молекулаҳои хурди аминокислотаҳо бо тартиби дуруст барои ташаккул додани сафедаи мушаххас истифода мешавад.

Протеинҳо сохторҳои баданро ба монанди узвҳо ва бофтаҳо ташкил медиҳанд, инчунин реаксияҳои кимиёвиро назорат мекунанд ва сигналҳоро байни ҳуҷайраҳо интиқол медиҳанд. Агар ДНК-и ҳуҷайра мутатсия шавад, метавонад протеини ғайримуқаррарӣ тавлид шавад, ки метавонад равандҳои муқаррарии баданро халалдор кунад ва боиси бемории саратон гардад.


Ҳадафи филиал нишон додани он аст, ки натиҷаҳои тадқиқот ва имконоти аз технологияҳои генетикӣ ва геномӣ гирифташударо метавон ба ташхис, табобат ва пешгирии бемориҳои инсонӣ табдил дод. Бо истифода аз захираҳои аълои лабораторияҳои дохилии NHGRI, Маркази клиникии NIH ва ҳамкориҳои дохилимарказӣ дар саросари NIH, филиал ба таҳқиқоти бунёдӣ, тарҷумавӣ ва клиникӣ машғул буда, технологияҳои навтарини геномӣ ва генетикиро ба омӯзиши бемориҳои инсон меорад.

Муфаттишони мо равишҳои нави тарҷума ва технологияҳои пешрафтаро таҳия ва зуд арзёбӣ мекунанд. Илова бар ин, ҳамкорӣ бо Маркази клиникии NIH, Маркази пайдарпайии дохилии NIH ва Маркази геномики кимиёвии NIH лоиҳаҳоро дастгирӣ мекунад, ки фарогирии лабораторияҳои як муфаттишро васеъ мекунанд. Иншооти асосии NHGRI ҷузъҳои якхелаи ҳама тадқиқоти соҳавӣ буда, ба муфаттишони мо дастрасӣ ба технологияҳои муосири биоинформатикӣ, трансгенӣ-ҳайвонот, ҷараёни-ситометрия, геномӣ ва цитогенетикӣ медиҳанд. Ин захираҳо ба муфаттишони мо имкон доданд, ки озмоишҳои клиникиро барои табобати генҳои норасоии масуният ва рушди клиникии терапияи генҳо барои ихтилоли метаболикӣ таҳия кунанд. Илова бар ин, муфаттишони мо генҳои бемориҳоро кашф карданд ва молекулаҳои хурдро барои табобати бемориҳои ирсӣ ва ашаддӣ муайян карданд.

Маслиҳатдиҳӣ ва омода кардани шогирдон ба касбҳои минбаъдаи онҳо вазифаи аввалиндараҷаи филиал мебошад. Факултаи филиал барои донишҷӯён таҷрибаи васеи омӯзиширо пешкаш мекунад, ки бо барномаҳои NHGRI ва NIH дар дохили мактаб ва семинарҳо васеъ ва ҳамгиро карда шудааст. Муфаттишони мо дар чорабиниҳои аутричӣ ва имкониятҳои омӯзишӣ иштирок мекунанд, таҷрибаомӯзии тобистона ва донишҷӯёни мураббиро аз гурӯҳҳои нокифоя таъмин мекунанд

Мақсади филиал нишон додани он аст, ки бозёфтҳо ва имкониятҳои тадқиқотие, ки аз технологияҳои генетикӣ ва геномӣ гирифта шудаанд, метавонанд ба ташхис, табобат ва пешгирии бемориҳои инсон табдил дода шаванд. Бо истифода аз захираҳои аълои лабораторияҳои дохилии NHGRI, Маркази клиникии NIH ва ҳамкориҳои дохилимарказӣ дар саросари NIH, филиал ба таҳқиқоти бунёдӣ, тарҷумавӣ ва клиникӣ машғул буда, технологияҳои навтарини геномӣ ва генетикиро ба омӯзиши бемориҳои инсон меорад.

Муфаттишони мо равишҳои нави тарҷума ва технологияҳои пешрафтаро таҳия ва зуд арзёбӣ мекунанд. Илова бар ин, ҳамкорӣ бо Маркази клиникии NIH, Маркази пайдарпайии дохилии NIH ва Маркази химиявии геномикии NIH лоиҳаҳоро дастгирӣ мекунад, ки доираи лабораторияҳои як муфаттишро васеъ мекунанд. Объектҳои асосии NHGRI ҷузъҳои баробар муҳими тамоми кӯшишҳои тадқиқотии соҳавӣ мебошанд, ки ба муфаттишони мо дастрасӣ ба технологияҳои муосири биоинформатикӣ, трансгенӣ-ҳайвонот, ҷараёни цитометрия, геномӣ ва цитогенетикиро фароҳам меоранд. Ин захираҳо ба муфаттишони мо имкон доданд, ки озмоишҳои клиникиро барои табобати генҳои норасоии масуният ва рушди клиникии терапияи генҳо барои ихтилоли метаболикӣ таҳия кунанд. Илова бар ин, муфаттишони мо генҳои бемориро кашф карданд ва молекулаҳои хурдро барои табобати бемориҳои ирсӣ ва бадсифат муайян карданд.

Маслиҳатдиҳӣ ва омода кардани шогирдон ба касбҳои минбаъдаи онҳо вазифаи аввалиндараҷаи филиал мебошад. Факултаи филиал барои донишҷӯён таҷрибаи васеи омӯзиширо пешкаш мекунад, ки бо барномаҳои NHGRI ва NIH дар дохили мактаб ва семинарҳо васеъ ва ҳамгиро карда шудааст. Муфаттишони мо дар фаъолиятҳои аутричӣ ва имкониятҳои омӯзишӣ иштирок мекунанд, таҷрибаомӯзии тобистона пешниҳод мекунанд ва ба донишҷӯён аз гурӯҳҳои камнамоянда роҳбарӣ мекунанд.


Маркази геномика ва биологияи системаҳо

Дар Маркази геномика ва биологияи системаҳо, ки дар майдони 62,000 метри мураббаъ "маркази илм" ҷойгир аст, дар маркази кампуси Вашингтон Сквери Ню Йорк ҷойгир аст. Ғайр аз фасади таърихии деҳаи Гринвич он "лабораторияҳои ошёнаи ошёна" -и кушода ва бо ҳам алоқаманд доранд, ки дар он олимон, аз ҷумла профессорҳо, тадқиқотчиён ва донишҷӯён барои истифода бурдани потенсиали фавқулоддаи геномика ва биологияи системаҳо дар тадқиқот ва таълим ҳамкорӣ мекунанд.

Барномаҳои тадқиқотии марказ омӯзиши геномика ва системаҳои биологияро ҳамчун сарҳади навбатӣ дар давраи пешрави илмҳои биологӣ фаро мегиранд. Ин малакаҳои муттаҳидшударо дар бар мегирад геномӣ, ҳисоббарорӣ, ва биологхои эволюционй ки дар марказ кор ва тахсил мекунанд. Факултет инчунин бо тадқиқотчиёни Институти илмҳои математикии Курант, факултети санъат ва илм ҳамкорӣ мекунад кафедраҳои физика ва Химия, Мактаби тиббии NYU, Мактаби политехникии муҳандисии NYU, Коллеҷи ҷаҳонии тандурустии ҷамъиятии NYU, Маркази илмии NYU ва Маркази NYU оид ба илм ва пешрафти шаҳр, инчунин бо муҳаққиқон аз дигар муассисаҳои асосии Ню Йорк ва саросари ҷаҳон. Синергезмҳои зеҳнӣ, ки тавассути ин ҳамкориҳои дохилӣ ва хориҷӣ ба вуҷуд омадаанд, ба мо имкон медиҳанд, ки равишҳои беназирро ба геномика ва биологияи системаҳо таҳия кунем.

Тадқиқотчиёни марказ бо организмҳои тамоми шохаҳои асосии дарахти ҳаёт кор карда, чӣ гуна геномҳоро рамзгузорӣ мекунанд шабакаҳои танзимкунандаи генетикӣ, ҷавоб ба тағирот дар муҳити зист ё дар давоми рушд, чӣ гуна генҳо инкишоф ёбад, ва ин чӣ гуна тавлид мекунад гуногунрангӣ дар дохили намудҳо ва намудҳо. Ин принсипҳо ба саволҳои глобалӣ дар саломатии инсон, устувории озуқаворӣ, биоэнергетика, ва муҳити зист.


Геномика

Геномика форумест барои тавсифи рушди технологияҳои миқёси геномӣ ва татбиқи онҳо дар тамоми соҳаҳои тадқиқоти биологӣ.

Ҳамчун маҷаллае, ки бо соҳае, ки номи онро дорад, рушд кардааст, Геномика ба таҳия ва татбиқи усулҳои муосир тамаркуз намуда, ба ҳалли бунёдӣ диққат медиҳад.

Геномика форумест барои тавсифи рушди технологияҳои миқёси геномӣ ва татбиқи онҳо дар тамоми соҳаҳои тадқиқоти биологӣ.

Ҳамчун маҷаллае, ки бо соҳае, ки номи худро дорад, рушд кардааст, Геномика ба таҳия ва татбиқи усулҳои пешқадам, ҳалли масъалаҳои бунёдӣ бо таваҷҷӯҳи оммаи васеи аҳолӣ тамаркуз мекунад. Ҳадафи мо ин нашр кардани таҳқиқоти босифат ва ба муаллифон додани баррасии зуд, одилона ва дақиқи дастнависҳое мебошад, ки ба доираи мо дохил мешаванд. Мавзӯъҳо дар доираи Genomics дар бар мегиранд, аммо бо онҳо маҳдуд нестанд:

  • Геномика, аз ҷумла лоиҳаҳои геномӣ, пайдарпайии геномҳо ва технологияҳои геномӣ ва стратегияҳои нав. Ҳисоботи оддӣ дар бораи геномҳои як-митохондрия, хлоропласт ва штаммҳои бактериявӣ дигар мувофиқ нестанд.
  • Геномикаи функсионалӣ, аз ҷумла профили транскрипсия, таҳлили mRNA, таҳлили микроРНК ва таҳлили рамзкунонӣ ва дигар РНКҳо бо истифода аз технологияҳои муқарраршуда ва навтаъсис (ба мисли ифодаи генҳои рақамӣ). Дастнависҳое, ки танҳо маълумоти пайдарпайии мавҷударо таҳлил мекунанд, дигар мувофиқ нестанд, ба истиснои илова кардани маълумоти пайдарпайии нав ё ҷорӣ намудани алгоритми нав барои таҳлил. Алгоритм бояд тавассути веб саҳифа ё ҳамчун рамз дастраси умум гардад.
  • Геномикаи эволютсионӣ ва муқоисавӣ, аз ҷумла филогеномика.
  • Рушди технология ва методологияи геномӣ, бо таваҷҷӯҳ ба замимаҳои нав ва ҷолиб бо потенсиали таъсири назаррас дар соҳа ва технологияҳои нав.
  • Биологияи ҳисоббарорӣ, биоинформатика ва биостатистика, аз ҷумла усулҳои интегратсионӣ, биологияи шабакавӣ ва рушди воситаҳо ва усулҳои нав.
  • Генетикаи муосир дар миқёси геномӣ, аз ҷумла омӯзиши мураккаби генҳо, геномикаи популятсия, омӯзиши ассотсиатсияҳо, тағирёбии сохторӣ ва таъсири мутақобилаи генҳо ва муҳити зист, инчунин Эпигеномика, аз ҷумла метилизатсияи ДНК, тағир додани гистон, сохтори хроматин, импринтинг ва азнавсозии хроматин.
  • Таҳлили танзими геномӣ, аз ҷумла унсурҳои ДНК, минтақаҳои назорати локус, изоляторҳо, тақвиятдиҳандаҳо, хомӯшкунандаҳо ва механизмҳои танзими генҳо.
  • Равишҳои геномӣ барои фаҳмидани механизми патогенези беморӣ ва робитаи он бо омилҳои генетикӣ, аз ҷумла мета-геномикӣ ва режим ва суръати эволютсияи пайдарпаии ген ва геном.
  • Геномикаи тиббӣ, Геномикаи шахсӣ ва дигар замимаҳо ба саломатии инсон.
  • Татбиқи усулҳои геномӣ дар организмҳои моделӣ, ки метавонанд барои аудиторияи васеъ таваҷҷӯҳ кунанд.
  • Таҷрибаҳои RNA-seq бе се ё зиёда такрори биологӣ барои мақолаҳои дифференсиалӣ дар асоси ифода қабул карда намешаванд.
  • Системаҳои геномикӣ, аз ҷумла таҳқиқоти пешрафтаи биологияи системаҳои ҳисоббарорӣ, моделсозии дискретӣ ва муттасил ва зеҳни сунъӣ, ки ба фаҳмиши нав аз маҷмӯаҳои геномии мураккаб, динамикӣ ва интиқоли баланд кӯмак мерасонанд.

Геномика пеш аз ҳама мақолаҳои аслии тадқиқотӣ интишор мекунад, аммо инчунин пешниҳодҳоро дар бораи баррасиҳои пурра ва хурд қабул мекунад. Ҳама пешниҳодҳо ба Геномика мавриди баррасии ҷиддии ҳамсолон қарор доранд ва ҳадафи мо қабул кардани танҳо 25-30% дастнависҳои пешниҳодшуда мебошад. Лутфан бо пешниҳоди баррасӣ ё ҳама гуна саволҳо дар бораи доираи маҷалла ё мувофиқ будани дастнавис ба нашр ба редаксия муроҷиат кунед.


Биологияи фазоӣ: Андозаи нав барои геномика

Ҷош Рю, PhD
Муассиси асосӣ ва директори технологӣ
Биосистемаҳои Rebus

Ҷулия Кеннеди-Дарлинг, доктори илм
Сардори CODEX R&D
Биологияи Акоя

Йони Бокк
Муовини ноиби президент,
Reagents R&D, Vizgen

Санаи пахш: 16 июни соли 2021
Вақт: Соати 14:00 ET

Новобаста аз таҳлили ифодаи ген ё истеҳсоли сафеда, соҳаи ҷолиби нави биологияи фазоӣ (ё омикҳои фазоӣ) аз геномикаи анъанавии як ҳуҷайра мегузарад. Илова ба маълумот додан, ки кадом генҳо ва сафедаҳо ифода карда мешаванд, биологияи фазоӣ дар куҷо ҷойгир будани онҳоро нишон медиҳад. Ин иттилооти фазоӣ ҳангоми ошкор кардани биологияи муҳитҳои мураккаб, аз қабили шуши сироятшудаи SARS-CoV-2 ё фарқ кардани мураккабии байни варами саратон ва муҳити он хеле муҳим аст.

Кари Муллис, ихтироъкунандаи ПТР боре қайд карда буд, ки "илм пайваста ҳосили нави ҳақиқатҳои мӯъҷизавӣ ва дастгоҳҳои ҳайратангезро истеҳсол мекунад." Гарчанде ки дуруст аст, чанд технологияи нав метавонанд ба аҳамияти пойгоҳҳои лабораторӣ, ба монанди ПТР ва пайдарпаии насли оянда, ки тадқиқоти илмиро инқилоб кардаанд, мувофиқат кунанд. Бо вуҷуди ин, биологияи фазоӣ ваъдаи бузургеро нишон медиҳад, ки дар байни ин тағирдиҳандагони бозӣ ҳисоб карда мешаванд.

Дар ин қисмати GEN Live, мо аз он хурсандем, ки роҳбарони гурӯҳҳои ширкатҳои ҷавони фазоӣ ба мо ҳамроҳ шуда, сарҳади нави биологияи "фазоиро" муҳокима мекунанд, ки ин соҳа дар як муддати кӯтоҳ чӣ қадар пеш рафтааст ва пешрафтҳое, ки он барои оянда ваъда додааст .

Ба меҳмонон инҳо дохил мешаванд:
Ҷош Рю, доктори илм, ҳаммуассис ва сармутахассиси технологияи Rebus Biosystems
Ҷулия Кеннеди-Дарлинг, доктори илм, Роҳбари CODEX R & ampD, Akoya Bioscience
Йони Бок, ноиби президенти реагентҳои R&D, Визген

Мизбонони муштарак:
Ҷулианна ЛеМие, доктори илм
Кевин Дэвис, доктори илм
Алекс Филппидис
Ҷон Стерлинг


Хуш омадед ба GCB!

Ҳадафи гурӯҳи баъдидипломӣ дар геномика ва биологияи ҳисоббарорӣ (GCB) омӯзонидани насли ояндаи олимони миқдорӣ бо фаҳмиши ҳамаҷониба ва амиқи асосҳои биологии саломатӣ ва беморӣ мебошад.

  • Идоракунии барномаи таълимии ҳамаҷониба, ки ба донишҷӯён заминаи васеъ дар илмҳои биологӣ ва миқдорӣ дар баробари таҷрибаи амалӣ дар геномикаи ҳисоббарорӣ ва таҷрибавӣ медиҳад
  • Таъмини донишомӯзон бо заминаи дониш тавассути корҳои курсӣ, семинарҳо, истироҳат ва ҳамкорӣ бо олимони ташрифоваранда
  • Муаррифии донишҷӯён ба фазои хеле динамикӣ ва ҳамкории ҷомеаи геномика ва биологияи компютерии Пенн.

Чорабиниҳои дарпешистодаи GCB

Охирин аз @UPennGCB

RT @moorejh: Ман postdoc -и нави биоинформатикаро дар @penn ҷалб карда истодаам, то усулҳои омӯзиши мошинро ба геномикӣ ва hellip истифода барам https://t.co/Mj4guX0AjD

RT @autobencoder: Оё шумо дар бораи дохил шудан ба доктори илмҳои биологияи компютерӣ фикр мекунед? Оё шумо касеро мешиносед, ки Агар ин тавр бошад, ман як пост навиштам&hellip https://t.co/yjtGineHpg

& нусхабардории шахсони боэътимоди Донишгоҳи Пенсилвания | Сайт беҳтарин дар браузери дастгирӣшаванда дида мешавад. | Дар бораи мушкилоти дастрасӣ гузориш диҳед ва кӯмак гиред | Сиёсати махфият | Тарҳрезии сайт: Гурӯҳи веб DART.


Мундариҷа

Барои фаҳмидани геномикаи функсионалӣ, аввал муайян кардани функсия муҳим аст. Дар мақолаи онҳо [1] Граур ва дигарон. функсияро бо ду роҳи имконпазир муайян кунед. Инҳо "Таъсири интихобшуда" ва "Нақши сабабӣ" мебошанд. Функсияи "Таъсири интихобшуда" ба функсияе дахл дорад, ки барои он аломат (ДНК, РНК, сафеда ва ғайра) интихоб карда мешавад. Функсияи "Нақши сабабӣ" ба вазифае дахл дорад, ки як хислат барои он кофӣ ва зарур аст. Геномикаи функсионалӣ одатан таърифи "Нақши сабабӣ" -и функсияро месанҷад.

Ҳадафи геномикаи функсионалӣ фаҳмидани вазифаи генҳо ё сафедаҳо, дар ниҳоят ҳама ҷузъҳои як геном мебошад. Истилоҳи геномикаи функсионалӣ одатан барои ишора ба бисёриҳо истифода мешавад усулҳои техникӣ омӯхтани организм генҳо ва сафедаҳоаз ҷумла "хосиятҳои биохимиявӣ, ҳуҷайраӣ ва/ё физиологии ҳар як маҳсулоти генӣ" [2] дар ҳоле ки баъзе муаллифон омӯзиши унсурҳои ғайригенӣ дар таърифи онҳо. [3] Геномикаи функсионалӣ инчунин метавонад таҳқиқоти табииро дар бар гирад варианти генетикӣ бо гузашти вақт (ба монанди рушди организм) ё фазо (ба монанди минтақаҳои бадани он), инчунин вайроншавии функсионалӣ ба монанди мутация.

Ваъдаи геномикаи функсионалӣ тавлид ва синтез кардани дониши геномӣ ва протеомикӣ ба фаҳмиши хосиятҳои динамикии организм мебошад. Ин эҳтимолан метавонад тасвири мукаммалтареро дар бораи он, ки геном дар муқоиса бо омӯзиши генҳои ягона вазифаро чӣ гуна муайян мекунад, таъмин кунад. Интегратсияи маълумоти функсионалии геномикӣ аксар вақт як қисми равишҳои биологияи системавӣ мебошад.

Геномикаи функсионалӣ ҷанбаҳои марбут ба функсияи худи геномро ба мисли мутация ва полиморфизм (ба монанди таҳлили полиморфизми як нуклеотид (SNP)) ва инчунин ченкунии фаъолиятҳои молекулавӣ дар бар мегирад. Охирин аз як қатор "-омика" иборат аст, ба монанди транскриптомика (ифодаи ген), протеомика (истеҳсоли сафеда) ва метаболомика. Геномикаи функсионалӣ асосан усулҳои мултиплексро барои чен кардани фаровонии бисёр ё ҳама маҳсулоти генӣ ба монанди mRNAs ё сафедаҳо дар дохили намунаи биологӣ истифода мебарад. Равиши бештар мутамаркази геномикаи функсионалӣ метавонад функсияи ҳама вариантҳои як генро санҷида, таъсири мутантҳоро тавассути истифодаи пайдарпай ҳамчун хониши фаъолият муайян кунад. Together these measurement modalities endeavor to quantitate the various biological processes and improve our understanding of gene and protein functions and interactions.

At the DNA level Edit

Genetic interaction mapping Edit

Systematic pairwise deletion of genes or inhibition of gene expression can be used to identify genes with related function, even if they do not interact physically. Epistasis refers to the fact that effects for two different gene knockouts may not be additive that is, the phenotype that results when two genes are inhibited may be different from the sum of the effects of single knockouts.

DNA/Protein interactions Edit

Proteins formed by the translation of the mRNA (messenger RNA, a coded information from DNA for protein synthesis) play a major role in regulating gene expression. To understand how they regulate gene expression it is necessary to identify DNA sequences that they interact with. Techniques have been developed to identify sites of DNA-protein interactions. These include ChIP-sequencing, CUT&RUN sequencing and Calling Cards. [4]

DNA accessibility assays Edit

Assays have been developed to identify regions of the genome that are accessible. These regions of open chromatin are candidate regulatory regions. These assays include ATAC-seq, DNase-Seq and FAIRE-Seq.

At the RNA level Edit

Microarrays Edit

Microarrays measure the amount of mRNA in a sample that corresponds to a given gene or probe DNA sequence. Probe sequences are immobilized on a solid surface and allowed to hybridize with fluorescently labeled “target” mRNA. The intensity of fluorescence of a spot is proportional to the amount of target sequence that has hybridized to that spot, and therefore to the abundance of that mRNA sequence in the sample. Microarrays allow for identification of candidate genes involved in a given process based on variation between transcript levels for different conditions and shared expression patterns with genes of known function.

SAGE Edit

Serial analysis of gene expression (SAGE) is an alternate method of analysis based on RNA sequencing rather than hybridization. SAGE relies on the sequencing of 10–17 base pair tags which are unique to each gene. These tags are produced from poly-A mRNA and ligated end-to-end before sequencing. SAGE gives an unbiased measurement of the number of transcripts per cell, since it does not depend on prior knowledge of what transcripts to study (as microarrays do).

RNA sequencing Edit

RNA sequencing has taken over microarray and SAGE technology in recent years, as noted in 2016, and has become the most efficient way to study transcription and gene expression. This is typically done by next-generation sequencing. [5]

A subset of sequenced RNAs are small RNAs, a class of non-coding RNA molecules that are key regulators of transcriptional and post-transcriptional gene silencing, or RNA silencing. Next generation sequencing is the gold standard tool for non-coding RNA discovery, profiling and expression analysis.

Massively Parallel Reporter Assays (MPRAs) Edit

Massively parallel reporter assays is a technology to test the cis-regulatory activity of DNA sequences. [6] [7] MPRAs use a plasmid with a synthetic cis-regulatory element upstream of a promoter driving a synthetic gene such as Green Fluorescent Protein. A library of cis-regulatory elements is usually tested using MPRAs, a library can contain from hundreds to thousands of cis-regulatory elements. The cis-regulatory activity of the elements is assayed by using the downstream reporter activity. The activity of all the library members is assayed in parallel using barcodes for each cis-regulatory element. One limitation of MPRAs is that the activity is assayed on a plasmid and may not capture all aspects of gene regulation observed in the genome.

STARR-seq Edit

STARR-seq is a technique similar to MPRAs to assay enhancer activity of randomly sheared genomic fragments. In the original publication, [8] randomly sheared fragments of the Drosophila genome were placed downstream of a minimal promoter. Candidate enhancers amongst the randomly sheared fragments will transcribe themselves using the minimal promoter. By using sequencing as a readout and controlling for input amounts of each sequence the strength of putative enhancers are assayed by this method.

Perturb-seq Edit

Perturb-seq couples CRISPR mediated gene knockdowns with single-cell gene expression. Linear models are used to calculate the effect of the knockdown of a single gene on the expression of multiple genes.

At the protein level Edit

Yeast two-hybrid system Edit

A yeast two-hybrid screening (Y2H) tests a "bait" protein against many potential interacting proteins ("prey") to identify physical protein–protein interactions. This system is based on a transcription factor, originally GAL4, [9] whose separate DNA-binding and transcription activation domains are both required in order for the protein to cause transcription of a reporter gene. In a Y2H screen, the "bait" protein is fused to the binding domain of GAL4, and a library of potential "prey" (interacting) proteins is recombinantly expressed in a vector with the activation domain. In vivo interaction of bait and prey proteins in a yeast cell brings the activation and binding domains of GAL4 close enough together to result in expression of a reporter gene. It is also possible to systematically test a library of bait proteins against a library of prey proteins to identify all possible interactions in a cell.

AP/MS Edit

Affinity purification and mass spectrometry (AP/MS) is able to identify proteins that interact with one another in complexes. Complexes of proteins are allowed to form around a particular “bait” protein. The bait protein is identified using an antibody or a recombinant tag which allows it to be extracted along with any proteins that have formed a complex with it. The proteins are then digested into short peptide fragments and mass spectrometry is used to identify the proteins based on the mass-to-charge ratios of those fragments.

Deep mutational scanning Edit

In deep mutational scanning every possible amino acid change in a given protein is first synthesized. The activity of each of these protein variants is assayed in parallel using barcodes for each variant. By comparing the activity to the wild-type protein, the effect of each mutation is identified. While it is possible to assay every possible single amino-acid change due to combinatorics two or more concurrent mutations are hard to test. Deep mutational scanning experiments have also been used to infer protein structure and protein-protein interactions.

Loss-of-function techniques Edit

Mutagenesis Edit

Gene function can be investigated by systematically “knocking out” genes one by one. This is done by either deletion or disruption of function (such as by insertional mutagenesis) and the resulting organisms are screened for phenotypes that provide clues to the function of the disrupted gene*

RNAi Edit

RNA interference (RNAi) methods can be used to transiently silence or knock down gene expression using

20 base-pair double-stranded RNA typically delivered by transfection of synthetic

20-mer short-interfering RNA molecules (siRNAs) or by virally encoded short-hairpin RNAs (shRNAs). RNAi screens, typically performed in cell culture-based assays or experimental organisms (such as C. elegans) can be used to systematically disrupt nearly every gene in a genome or subsets of genes (sub-genomes) possible functions of disrupted genes can be assigned based on observed phenotypes.

CRISPR screens Edit

CRISPR-Cas9 has been used to delete genes in a multiplexed manner in cell-lines. Quantifying the amount of guide-RNAs for each gene before and after the experiment can point towards essential genes. If a guide-RNA disrupts an essential gene it will lead to the loss of that cell and hence there will be a depletion of that particular guide-RNA after the screen. In a recent CRISPR-cas9 experiment in mammalian cell-lines, around 2000 genes were found to be essential in multiple cell-lines. [11] [12] Some of these genes were essential in only one cell-line. Most of genes are part of multi-protein complexes. This approach can be used to identify synthetic lethality by using the appropriate genetic background. CRISPRi and CRISPRa enable loss-of-function and gain-of-function screens in a similar manner. CRISPRi identified

2100 essential genes in the K562 cell-line. [13] [14] CRISPR deletion screens have also been used to identify potential regulatory elements of a gene. For example, a technique called ScanDel was published which attempted this approach. The authors deleted regions outside a gene of interest(HPRT1 involved in a Mendelian disorder) in an attempt to identify regulatory elements of this gene. [15] Gassperini et al. did not identify any distal regulatory elements for HPRT1 using this approach, however such approaches can be extended to other genes of interest.

Functional annotations for genes Edit

Genome annotation Edit

Putative genes can be identified by scanning a genome for regions likely to encode proteins, based on characteristics such as long open reading frames, transcriptional initiation sequences, and polyadenylation sites. A sequence identified as a putative gene must be confirmed by further evidence, such as similarity to cDNA or EST sequences from the same organism, similarity of the predicted protein sequence to known proteins, association with promoter sequences, or evidence that mutating the sequence produces an observable phenotype.

Rosetta stone approach Edit

The Rosetta stone approach is a computational method for de-novo protein function prediction. It is based on the hypothesis that some proteins involved in a given physiological process may exist as two separate genes in one organism and as a single gene in another. Genomes are scanned for sequences that are independent in one organism and in a single open reading frame in another. If two genes have fused, it is predicted that they have similar biological functions that make such co-regulation advantageous.

Because of the large quantity of data produced by these techniques and the desire to find biologically meaningful patterns, bioinformatics is crucial to analysis of functional genomics data. Examples of techniques in this class are data clustering or principal component analysis for unsupervised machine learning (class detection) as well as artificial neural networks or support vector machines for supervised machine learning (class prediction, classification). Functional enrichment analysis is used to determine the extent of over- or under-expression (positive- or negative- regulators in case of RNAi screens) of functional categories relative to a background sets. Gene ontology based enrichment analysis are provided by DAVID and gene set enrichment analysis (GSEA), [16] pathway based analysis by Ingenuity [17] and Pathway studio [18] and protein complex based analysis by COMPLEAT. [19]

New computational methods have been developed for understanding the results of a deep mutational scanning experiment. 'phydms' compares the result of a deep mutational scanning experiment to a phylogenetic tree. [20] This allows the user to infer if the selection process in nature applies similar constraints on a protein as the results of the deep mutational scan indicate. This may allow an experimenter to choose between different experimental conditions based on how well they reflect nature. Deep mutational scanning has also been used to infer protein-protein interactions. [21] The authors used a thermodynamic model to predict the effects of mutations in different parts of a dimer. Deep mutational structure can also be used to infer protein structure. Strong positive epistasis between two mutations in a deep mutational scan can be indicative of two parts of the protein that are close to each other in 3-D space. This information can then be used to infer protein structure. A proof of principle of this approach was shown by two groups using the protein GB1. [22] [23]

Results from MPRA experiments have required machine learning approaches to interpret the data. A gapped k-mer SVM model has been used to infer the kmers that are enriched within cis-regulatory sequences with high activity compared to sequences with lower activity. [24] These models provide high predictive power. Deep learning and random forest approaches have also been used to interpret the results of these high-dimensional experiments. [25] These models are beginning to help develop a better understanding of non-coding DNA function towards gene-regulation.

The ENCODE project Edit

The ENCODE (Encyclopedia of DNA elements) project is an in-depth analysis of the human genome whose goal is to identify all the functional elements of genomic DNA, in both coding and noncoding regions. Important results include evidence from genomic tiling arrays that most nucleotides are transcribed as coding transcripts, noncoding RNAs, or random transcripts, the discovery of additional transcriptional regulatory sites, further elucidation of chromatin-modifying mechanisms.

The Genotype-Tissue Expression (GTEx) project Edit

The GTEx project is a human genetics project aimed at understanding the role of genetic variation in shaping variation in the transcriptome across tissues. The project has collected a variety of tissue samples (> 50 different tissues) from more than 700 post-mortem donors. This has resulted in the collection of >11,000 samples. GTEx has helped understand the tissue-sharing and tissue-specificity of EQTLs. [26]


Funding Opportunities

Investigators interested in submitting applications to NHGRI are encouraged to contact NHGRI program staff before submission to discuss their specific aims and their choice of Funding Opportunity Announcement (FOA). Contact information for NHGRI program staff is at the bottom of this page.

Investigator Initiated Research in Computational Genomics and Data Science (R01, R21, and R43/R44): PAR-18-844, PAR-18-843, and PAR-19-061, invite applications for a broad range of research efforts in computational genomics, data science, statistics, and bioinformatics relevant to one or both of basic or clinical genomic science, and broadly applicable to human health and disease.

Genomic Resource Grants for Community Resource Projects (U24): PAR-20-100 is tightly focused on supporting major genomic resources, including those in informatics. Potential applicants are strongly encouraged to contact NHGRI Program Staff before developing an application.

Parent NIH Solicitations: R01 (PA-20-185 and PA-20-183), Parent R21 (PA-20-195 and PA-20-194), and Parent K25 (PA-20-199) solicitations. These investigator-initiated grants allow researchers to target their specific area of science relevant to NHGRI’s mission (per the NHGRI Funding Policy). Other funding opportunities include PAR-21-075, which focuses on research experiences for students seeking a master’s degree. Additionally, NIH funding opportunities for Small Business Innovation Research (SBIR) and Small Business Technology Transfer (STTR) grants can be found at https://sbir.nih.gov/funding.

Other Relevant NIH Funding Opportunities

NHGRI's Funding Opportunities page links to various NHGRI funding opportunities and provides instructions for signing up for NHGRI's funding opportunities email list.

The webpage of the Biomedical Information Science and Technology Initiative (BISTI) provides links to various informatics-related funding opportunities across NIH and other Federal agencies.

Investigators interested in submitting applications to NHGRI are encouraged to contact NHGRI program staff before submission to discuss their specific aims and their choice of Funding Opportunity Announcement (FOA). Contact information for NHGRI program staff is at the bottom of this page.

Investigator Initiated Research in Computational Genomics and Data Science (R01, R21, and R43/R44): PAR-18-844, PAR-18-843, and PAR-19-061, invite applications for a broad range of research efforts in computational genomics, data science, statistics, and bioinformatics relevant to one or both of basic or clinical genomic science, and broadly applicable to human health and disease.

Genomic Resource Grants for Community Resource Projects (U24): PAR-20-100 is tightly focused on supporting major genomic resources, including those in informatics. Potential applicants are strongly encouraged to contact NHGRI Program Staff before developing an application.

Parent NIH Solicitations: R01 (PA-20-185 and PA-20-183), Parent R21 (PA-20-195 and PA-20-194), and Parent K25 (PA-20-199) solicitations. These investigator-initiated grants allow researchers to target their specific area of science relevant to NHGRI’s mission (per the NHGRI Funding Policy). Other funding opportunities include PAR-21-075, which focuses on research experiences for students seeking a master’s degree. Additionally, NIH funding opportunities for Small Business Innovation Research (SBIR) and Small Business Technology Transfer (STTR) grants can be found at https://sbir.nih.gov/funding.

Other Relevant NIH Funding Opportunities

NHGRI's Funding Opportunities page links to various NHGRI funding opportunities and provides instructions for signing up for NHGRI's funding opportunities email list.

The webpage of the Biomedical Information Science and Technology Initiative (BISTI) provides links to various informatics-related funding opportunities across NIH and other Federal agencies.


Видеоро тамошо кунед: Протеомика это новая геномика? Павел Синицын (Январ 2022).