Kasutaja:TriinVari/Genoomika

Allikas: Vikipeedia

Genoomika on molekulaarbioloogia haru, mis tegeleb genoomide uurimisega. Genoomika hõlmab endas katseid teha kindlaks organismide terviklikke DNA järjestusi ja geneetiliste kaartide koostamist. Samuti kuuluvad sellesse valdkonda genoomisisesed nähtused, nagu heteroos, epistaas, pleiotroopia ja mitmed teised genoomis esinevad lookuste ja alleelide vahelised interaktsioonid. Üksikute geenide funktsioonide ja rollide kindlakstegemine on molekulaarbioloogia ja geneetika peamine eesmärk ning on läbiv teema modernses meditsiinis ja bioloogilistes uuringutes. Genoomika definitsiooni alla läheb üksikute geenide uurimine vaid juhul, kui eesmärgiks on geneetilise, metaboolsete radade ja funktsionaalse informatsiooni analüüs selgitamaks nende efekti, toimimiskohta ja vastust tervele genoomi võrgustikule.[1]

Ajalugu[muuda | muuda lähteteksti]

Esimesed genoomid sekveneeris Frederick Sanger. Nendeks olid viiruse ja mitokondri genoomid. 1970.-1980. aastatel pani Sangeri uurimisgrupp aluse sekveneerimistehnikale, genoomi kaardistamisele, andmete säilitamisele ja bioinformaatilisele analüüsile. Suur haru genoomikast tegeleb endiselt mitmesuguste organismide genoomide sekveneerimisega, kuid teadmised terviklikest genoomidest on tekitanud võimaluse funktsionaalse genoomika tekkimiseks. See valdkond tegeleb peamiselt geeniekspressiooni mustrite kindlaks tegemisega varieeruvates tingimustes. Olulisemateks tööriistadeks on DNA kiibid ja bioinformaatika. Uurimus terviklikest valkude komplektidest rakutüübis või koes ning nendes toimuvatest muutustest erinevates tingimustes on proteoomika. Sellega seonduv mõiste on materjalitehnoloogia, mida defineeritakse kui holistlikku uurimust bioloogiliste materjalide ainelistest omadustest ning nende mõjust makroskoopilistele funktsioonidele bioloogilises kontekstis. Termini „genoomika“ võttis arvatavasti kasutusele Jacksoni laboratooriumi geneetik dr. Tom Roderick 1986. aastal.[2]

1972. aastal tegi Walter Fiers koos oma meeskonnaga Genti ülikooli molekulaarbioloogia laboris esimesena kindlaks geeni järjestuse, selleks oli bakteriofaag MS2 kattevalgu geen..[3] 1976. aastal tegi meeskond kindlaks bakteriofaag MS2e RNA tervikliku nukleotiidjärjestuse.[4] 1977. aastal sekveneeris Frederick Sanger esimese DNA-l põhineva genoomi. Selleks oli bakteriofaag Φ-X174 genoom.[5]

Esimene mitteparasiitne organism, kelle genoom sekveneeriti oli Haemophilus influenzae 1995. aastal[6] ning alates sellest on genoome sekveneeritud kiirel tempol. 2011. aasta oktoobri seisuga on terviklikud järjestused saadaval 2716 viirusele[7], 1115 arhele ja bakterile ja 36 eukarüoodile, millest umbes pooled on seened.[8]

Suurem osa bakteritest, mille genoomid on täielikult sekveneeritud, on haigusi põhjustavad agendid, näiteks Haemophilus influenzae.[9] Teistest sekveneeritud liikidest valiti suurem osa selle põhjal, et nad olid hästi uuritud või tulevased lootustandvad mudelorganismid. Pärm (Saccharomyces cerevisiae) on kaua olnud oluline mudelorganism eukarüootsele rakule, samas kui äädikakärbes (Drosophila melanogaster) on olnud väga oluline tööriist (märkimisväärselt varases pre-molekulaarses geneetikas). Uss (Caenorhabditis elegans) on tihti kasutuses lihtsa mudelina mitmerakulistele organismidele. Sebrakala (Brachydanio rerio) on kasutuses mitmetes arengu-uuringutes molekulaarsel tasandil ning lill harilik müürlook (Arabidopsis thaliana) on mudelorganism õitsevatele taimedele. Jaapani kerakala (Takifugu rubripes) ja täpiline roheline kerakala (Tetraodon nigroviridis) on huvitavad oma väikese ja kompaktse genoomi tõttu, mis sisaldab võrrelduna enamike liikidega väga vähe mittekodeerivat DNAd.[10] [11] Imetajatest on olulised mudelorganismid meditsiinilistes uuringutes koer (Canis familiaris),[12] pruun rott (Rattus norvegicus), hiir (Mus musculus) ja šimpans (Pan troglodytes).

Peamised uurimisvaldkonnad[muuda | muuda lähteteksti]

Bakteriofaagide genoomika[muuda | muuda lähteteksti]

Bakteriofaagidel on tähtis roll bakteriaalses geneetikas ja molekulaarbioloogias. Ajalooliselt kasutati neid, et defineerida geeni struktuuri ja geeniregulatsiooni. Samuti oli esimene sekveneeritud genoom bakteriofaagi oma. Samas on juhtiv roll olnud genoomika revolutsioonis mitte bakteriofaagidel vaid bakteriaalsel genoomikal. Alles väga hiljuti on bakteriofaagide genoomide uurimine muutunud esmatähtsaks, lubades uurijatel aru saada faagide evolutsiooni mehhanismidest. Bakteriofaagi genoomi järjestused võivad olla saadud läbi otsese isoleeritud bakteriofaagide sekveneerimise, ning ka eraldatuna mikroobi genoomist. Bakteriaalsete genoomide analüüs on näidanud, et oluline kogus mikroobi DNAst koosneb profaagi järjestustest ja profaagi sarnastest elementidest. Detailne andmebaas nendest järjestustest pakub pilguheitu profaagide rolli bakteriaalse genoomi kujunemises.[13]

Tsüanobakterite genoomika[muuda | muuda lähteteksti]

Praeguseks on 24 tsüanobakterit, mille täielik genoomi järjestus on saadaval. 15 neist tsüanobakteritest tulevad mere keskkonnast. Nendeks on kuus Prochlorococcuse tüve, seitse Synechococcuse tüve, Trichodesmium erythraeum IMS101 ja Crocosphawra watsonii WH8501. Mitmed uuringud on näidanud, kuidas neid järjestusi võiks kasutada väga edukalt, et teha kindlaks olulisi ökoloogilisi ja füsioloogilisi tunnuseid mere tsüanobakteritel. Hetkel on käimas veel mitmeid genoomi projekte, nende hulgas on mitmed Prochlorococcuse ja Synechococcuse isolaadid, Acarychlors ja Prochloron, N2-siduv filamentne tsüanobakter Nodularia spumigena, Lyngbya aestruarii ja Lyngbya majuscula ning ka bakteriofaagid, mis nakatavad mere tsüanobaktereid. Genoomse informatsiooni pidevalt kasvavat osa võib seega hankida ka laiemal viisil, rakendades võrdlevat lähenemist, et võtta sihikule globaalseid probleeme. Mõned uuemad näited progressist selles valdkonnas on regulatoorse RNA geenide kindlaks tegemine, pilguheit fotosünteesi evolutsionaarsesse pärinemisse või horisontaalse geeni ülekande panuse hindamine hetkel analüüsitud genoomides.[14]

Inimese genoomika[muuda | muuda lähteteksti]

Inimese genoomi esialgne visand sai valmis Inimese Genoomi Projekti raames 2001. aasta alguses. 2007. aastaks kuulutati inimese genoomijärjestus lõpetatuks (vähem kui üks viga 20000 aluse kohta).[15] Projekti tulemuste avaldamine vajas olulisi bioinformaatilisi ressursse. Inimese genoomi järjestust saab uurida kasutades UCSC genoomi brauserit või Ensemblit.

Metagenoomika[muuda | muuda lähteteksti]

Metagenoomika on uurimus metagenoomidest, mis kujutavad endast geneetilist materjali, mis on eraldatud otse keskkonna proovidest. Seda laia valdkonda võib samuti nimetada keskkonnagenoomikaks, ökogenoomikaks või ühiskonnagenoomikaks. Kui traditsiooniline mikrobioloogia ja mikroobi genoomi sekveneerimine sõltuvad kultiveeritud klonaalsetest kultuuridest, siis keskkonna geenisekveneerimise varajases faasis klooniti spetsiifilisi geene (tihti 16S rRNA geen), et luua looduslikus proovis mikroobide mitmekesisuse läbilõige. Selline töö avaldas, et suurem osa mikroobide bioloogilisest mitmekesisusest on jäänud kultivatsioonil põhinevaid meetode kasutades märkamata.[16] Hiljutised uuringud kasutavad „võsapüssi“ ehk Sangeri sekveneerimist või massilist paralleelset pürosekveneerimist, et saada kõigi kasutatud kogukonna liikmete proovidest võimalikult erapooletuid tulemusi.[17] Tänu võimalusele avaldada varasemalt varjatud mitmekesisust mikroskoopilises elus, saab läbi metagenoomika vaadelda mikroobimaailma, millel on potentsiaali revolutsioneerida arusaama tervest elusloodusest.[18][19]

Farmakogenoomika[muuda | muuda lähteteksti]

Farmakogenoomika on farmakoloogia haru, mis tegeleb geneetilise varieeruvuse mõjuga patsientide ravimivastusele, seostades geeniekspressiooni või üksiku nukleotiidi polümorfisme ravimi tõhususe või toksilisusega.[20] Seda tehes on farmakogenoomika eesmärgiks arendada välja ratsionaalsed meetodid ravimiteraapia optimeerimiseks, võttes arvesse patsiendi genotüübi, et kindlustada maksimaalne efektiivsus minimaalsete ebasoodsate efektidega.[21] Sellised lähenemised lubavad personaalse meditsiini saabumist, milles ravimid ja ravimite kombinatsioonid optimiseeritakse iga individuaalse unikaalse geneetilise koosseisu jaoks.[22][23] Farmakogenoomika on kogu genoomi rakendamine farmakogeneetikas, mis uurib üksiku geeni interaktsioone ravimitega.

Viited[muuda | muuda lähteteksti]

  1. ↑ National Human Genome Research Institute (8. november 2010). "FAQ About Genetic and Genomic Science". Genome.gov. Vaadatud 3. detsembril 2011.
  2. ↑ [1]
  3. ↑ Min Jou W, Haegeman G, Ysebaert M, Fiers W (1972). "Nucleotide sequence of the gene coding for the bacteriophage MS2 coat protein". Nature. 237 (5350): 82–88. Bibcode:1972Natur.237...82J. DOI:10.1038/237082a0. PMID 4555447.{{cite journal}}: CS1 hooldus: mitu nime: autorite loend (link)
  4. ↑ Fiers W, Contreras R, Duerinck F, Haegeman G, Iserentant D, Merregaert J, Min Jou W, Molemans F, Raeymaekers A, Van den Berghe A, Volckaert G, Ysebaert M (1976). "Complete nucleotide sequence of bacteriophage MS2 RNA: primary and secondary structure of the replicase gene". Nature. 260 (5551): 500–507. Bibcode:1976Natur.260..500F. DOI:10.1038/260500a0. PMID 1264203.{{cite journal}}: CS1 hooldus: mitu nime: autorite loend (link)
  5. ↑ Sanger F, Air GM, Barrell BG, Brown NL, Coulson AR, Fiddes CA, Hutchison CA, Slocombe PM, Smith M (1977). "Nucleotide sequence of bacteriophage phi X174 DNA". Nature. 265 (5596): 687–695. Bibcode:1977Natur.265..687S. DOI:10.1038/265687a0. PMID 870828.{{cite journal}}: CS1 hooldus: mitu nime: autorite loend (link)
  6. ↑ Fleischmann RD, Adams MD, White O, Clayton RA, Kirkness EF, Kerlavage AR, Bult CJ, Tomb JF, Dougherty BA, Merrick JM; et al. (1995). "Whole-genome random sequencing and assembly of Haemophilus influenzae Rd". Science. 269 (5223): 496–512. Bibcode:1995Sci...269..496F. DOI:10.1126/science.7542800. PMID 7542800. {{cite journal}}: et al.-i üleliigne kasutus kohas: |author= (juhend)CS1 hooldus: mitu nime: autorite loend (link)
  7. ↑ "Complete genomes: Viruses". NCBI. 17. november 2011. Vaadatud 18. novembril 2011.
  8. ↑ "Genome Project Statistics". Entrez Genome Project. 7. oktoober 2011. Vaadatud 18. novembril 2011.
  9. ↑ Hugenholtz, Philip (2002). "Exploring prokaryotic diversity in the genomic era". Genome Biology. 3 (2): reviews0003.1-reviews0003.8. ISSN 1465-6906.
  10. ↑ BBC article Human gene number slashed from Wednesday, 20 October 2004
  11. ↑ CBSE News, Thursday, 16 October 2003
  12. ↑ National Human Genome Research Institute (14. juuli 2004). "Dog Genome Assembled: Canine Genome Now Available to Research Community Worldwide". Genome.gov. Vaadatud 20. jaanuaril 2012.
  13. ↑ McGrath S and van Sinderen D, toim (2007). Bacteriophage: Genetics and Molecular Biology (1st ed.). Caister Academic Press. ISBN 978-1-904455-14-1.
  14. ↑ Herrero A and Flores E, toim (2008). The Cyanobacteria: Molecular Biology, Genomics and Evolution (1st ed.). Caister Academic Press. ISBN 978-1-904455-15-8.
  15. ↑ McElheny, Victor (2010). Drawing the map of life : inside the Human Genome Project. New York NY: Basic Books. ISBN 978-0-465-04333-0.
  16. ↑ Hugenholz, P (1. september 1998). "Impact of Culture-Independent Studies on the Emerging Phylogenetic View of Bacterial Diversity". J. Bacteriol. 180 (18): 4765–74. PMC 107498. PMID 9733676. {{cite journal}}: eiran tundmatut parameetrit |coauthors=, kasuta parameetrit (|author=) (juhend)
  17. ↑ Eisen, JA (2007). "Environmental Shotgun Sequencing: Its Potential and Challenges for Studying the Hidden World of Microbes". PLoS Biology. 5 (3): e82. DOI:10.1371/journal.pbio.0050082. PMC 1821061. PMID 17355177.
  18. ↑ Marco, D, toim (2010). Metagenomics: Theory, Methods and Applications. Caister Academic Press. ISBN 978-1-904455-54-7.
  19. ↑ Marco, D, toim (2011). Metagenomics: Current Innovations and Future Trends. Caister Academic Press. ISBN 978-1-904455-87-5.
  20. ↑ Wang L (2010). "Pharmacogenomics: a systems approach". Wiley Interdiscip Rev Syst Biol Med. 2 (1): 3–22. DOI:10.1002/wsbm.42. PMID 20836007.
  21. ↑ Becquemont L (2009). "Pharmacogenomics of adverse drug reactions: practical applications and perspectives". Pharmacogenomics. 10 (6): 961–9. DOI:10.2217/pgs.09.37. PMID 19530963. {{cite journal}}: eiran tundmatut parameetrit |month= (juhend)
  22. ↑ "Guidance for Industry Pharmacogenomic Data Submissions" (PDF). U.S. Food and Drug Administration. 2005. Vaadatud 27. augustil 2008. {{cite web}}: eiran tundmatut parameetrit |month= (juhend)
  23. ↑ Squassina A, Manchia M, Manolopoulos VG, Artac M, Lappa-Manakou C, Karkabouna S, Mitropoulos K, Del Zompo M, Patrinos GP (2010). "Realities and expectations of pharmacogenomics and personalized medicine: impact of translating genetic knowledge into clinical practice". Pharmacogenomics. 11 (8): 1149–67. DOI:10.2217/pgs.10.97. PMID 20712531. {{cite journal}}: eiran tundmatut parameetrit |month= (juhend)CS1 hooldus: mitu nime: autorite loend (link)
Pärit leheküljelt "https://et.wikipedia.org/w/index.php?title=Kasutaja:TriinVari/Genoomika&oldid=6116187"