Геномика - обзор + ссылки
|
|
|
|
Автор Энглевский Николай
|
|
21.07.2008 г. |
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 и аннотирование генов и локализация места их расположения на хромосоме) и сравнительный анализ структур геномов разных организмов.
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, геномика дала развития двум своим направлениям: медицинской и сравнительной геномике. К настоящему времени определена полная структура геномов более сотни микроорганизмов, основную часть которых составляют патогены. Наличие этой информации позволяет идентифицировать гены связанные с вирулентностью и подбирать 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). Первым многоклеточным организмом с полностью секвенированным геномом стал круглый червь Caenorhabditis elegans (нематода). Следующими в списке стали плодовая мушка дрозофила (первое насекомое, чей геном был полностью секвенирован) и арабидопсис (излюбленный объект исследования генетиков). 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. Было создано программное обеспечение, позволяющее опознавать кодирующие и некодирующие участки генома по анализу нуклеотидной последовательности; организованы базы данных, где систематизируется информация о структурах геномов.
На сегодняшний день можно сказать, что биологическая наука существует в эпоху постгеномики, т.е. секвенирование любого генома лишь дело времени, поскольку технология уже позволяет делать это с очень малой погрешностью. Но геномика это не только секвенирование, но и системный анализ нуклеотидных последовательностей ДНК и РНК. 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 должен 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.
Ссылки по теме: ЗДЕСЬ Читайте также:
Геномика - ключевое слово новой биологии |
|
Последнее обновление ( 06.03.2009 г. )
|
