Пређи на садржај

Геномика — разлика између измена

2.003 бајта додата ,  пре 11 месеци
нема резимеа измене
Нема описа измене
Нема описа измене
{{Радови у току}}
[[Датотека:DNA orbit animated.gif|десно|365x365пискел]]
 
'''Геномика''' је област [[Молекуларна биологија|молекуларне биологије]] која се бави проучавањем структуре, функције, организације, [[Еволуција (биологија)|еволуције]] и [[Mapiranje gena|мапирања]] [[Геном|генома]] . Геном је скуп свих гена једне хаплоидне ћелије. За разлику од [[Генетика|генетике]], која се бави проучавањем структуре појединачних [[Ген|гена]] и њихове улоге у наслеђивању, геномика има за циљ колективну карактеризацију и квантификацију свих гена организма, њихове међусобне везе и утицај на организам, као и анализу осталих функционалних елемената генома попут [[Regulatorni region|регулаторних региона]] итд.<ref>{{Cite web|url=https://www.who.int/genomics/geneticsVSgenomics/en/|title=WHO definitions of genetics and genomics|publisher=World Health Organization}}</ref><ref name=":1">{{CiteСтевановић, book|title=ОсновиМ. манипулисања генима|last=Стевановић|first=Милена|publisher=Биолошки факултет2016, Универзитетстр. у Београду|year=2016|isbn=978-86-7078-132-0|location=Београд|pages=108}}</ref> Гени могу да усмеравају производњу [[Протеин|протеина]] уз помоћ [[Ензим|ензима]] и молекула. Протеини изграђују телесне структуре као што су органи и ткива, учествују у контроли хемијских реакција и преноса сигнала унутар и између ћелија. Геномика такође укључује секвенцирање и анализу генома путем [[DNK sekvenciranje|секвенцирања ДНК]] и [[Биоинформатика|биоинформатике]].<ref>{{Cite book|url=https://www.worldcat.org/oclc/747232752|title=Concepts of genetics|date=2012|publisher=Pearson Education|others=William S. Klug|isbn=978-0-321-72412-0|edition=10th ed|location=San Francisco|oclc=747232752}}</ref><ref>{{Cite book|url=https://www.worldcat.org/oclc/55983868|title=Genetics|date=2003|publisher=Macmillan Reference USA|others=Richard Robinson|isbn=0-02-865890-6|location=New York|oclc=55983868}}</ref> Напредак у геномици покренуо је револуцију у различитим истраживањима и [[Sistemska biologija|системској биологији]] са идејом да се олакша разумевање чак и најсложенијих биолошких система као што је мозак.<ref>{{Cite journal|last=Kadakkuzha|first=Beena M.|last2=Puthanveettil|first2=Sathyanarayanan V.|date=July 2013|title=Genomics and proteomics in solving brain complexity|url=https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC6425491/|journal=Molecular bioSystems|volume=9|issue=7|pages=1807–1821|doi=10.1039/c3mb25391k|issn=1742-206X|pmc=6425491|pmid=23615871}}</ref>
 
Област укључује студије интрагеномских (унутар генома) феномена као што су [[Интеракције гена|епистаза]] (утицај једног гена на други), [[плејотропија]] (појава да један ген утиче на више особина), [[Хетерозис|хетероза]] и друге интеракције између [[Lokus (genetika)|локуса]] и [[Алел|алела]] унутар геном.<ref name=":2">{{Cite book|url=https://www.worldcat.org/oclc/253189041|title=Bioinformatics and functional genomics|last=Pevsner|first=Jonathan|date=2009|publisher=Wiley-Blackwell|isbn=978-0-470-08585-1|edition=2nd ed|location=Hoboken, N.J.|oclc=253189041}}</ref>
Груби нацрт [[Хумани геном|људског генома]] добијен је током [[Projekat ljudskog genoma|пројекта људског генома]] почетком 2001. године.<ref name=":4">{{Cite book|url=https://www.worldcat.org/oclc/435418566|title=Drawing the map of life : inside the Human Genome Project|last=McElheny|first=Victor K.|date=2010|publisher=Basic Books|isbn=978-0-465-04333-0|location=New York, NY|oclc=435418566}}</ref> Током овог пројекта који је завршен 2003. године, секвенциран је читав геном једне одређене особе, а до 2007. секвенца је проглашена „завршеном“ са мање од једне грешке у 20.000 база.<ref name=":4" /> У годинама од тада, секвенцирани су геноми многих других појединаца, делимично под покровитељством [[Пројекат 1000 генома|Пројекта 1000 генома]], који је најавио секвенцирање 1.092 генома у октобру 2012.<ref>{{Cite journal|date=2012-11-01|title=An integrated map of genetic variation from 1,092 human genomes|url=https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3498066/|journal=Nature|volume=491|issue=7422|pages=56–65|doi=10.1038/nature11632|issn=0028-0836|pmc=3498066|pmid=23128226}}</ref> Завршетак овог пројекта омогућен је развојем ефикаснијих технологија секвенцирања и захтевао је посвећеност значајних [[Биоинформатика|ресурса биоинформатике]] из велике међународне сарадње.<ref>{{Cite journal|last=Nielsen|first=Rasmus|date=October 2010|title=In search of rare human variants|url=https://www.nature.com/articles/4671050a|journal=Nature|language=en|volume=467|issue=7319|pages=1050–1051|doi=10.1038/4671050a|issn=1476-4687}}</ref>
=== Револуција „Омика“ ===
[[Датотека:Shema matabolomike.png|250px287x287px|мини|Шема која показује однос између генома, транскриптома, протеома и метаболома. ]]
Омика, ера која је започела крајем 20. века обухвата нове технологије и бави се односом, улогом и механизмима деловања различитих типова молекула попут РНК, ДНК, протеина, метаболита итд. у ћелији неког организма. Развој различитих Омика повезан је са развојем биоинформатике и информационих технологија које омогућавају анализу, складиштење, обраду и интерпретацију велике количине података добијених у експериментима. Постоји неколико десетина различитих поља истраживања у оквиру Омика, а најзначајнија за молекуларну биологију су геномика, транскриптомика (бави се проучавањем транскриптома - скупа свих транскрипата у ћелији у неком датом тренутку), протеомика (бави се проучавањем протеома - скупа свих протеина у ћелији у неком датом тренутку), метаболомика (проучава све молекуле укључене у метаболизам ћелије) и феномика (бави се проучавањем фенома - скупа свих фенотипских карактеристика јендог организма). Посебно је битан однос између поменутих „омика” - геном је носилац информације за догађаје у ћелији, транскриптом одражава оно што се дешава, протеомика говори о томе шта је узрок тих дешавања док метаболомика пружа одговор о догађајима који су се десили у ћелији. На самом крају односа је феномика која анализира све ефекте које су те рпомене на нивоу ћелије оствариле на фенотип.<ref name=":0">{{Cite book|title=Основи манипулисања генима|last=Стевановић|first=Милена|publisher=Биолошки, факултетМ. Универзитета2016, устр. Београду|year=2016|location=Београд|pages=142-144}}</ref>
 
Осим поменутих „омика” током година су се развиле и специјализоване гране попут нутригеномике, персоналне геномике, миРНомика''miRNomika'' итд.<ref name=":0" />
 
== Анализа генома ==
==== Насумично секвенцирање ====
[[Датотека:ABI_PRISM_3100_Genetic_Analyzer_3.jpg|мини|Генетски анализатор АБИ ПРИСМ 3100. Такви капиларни секвенцери аутоматизовали су ране велике напоре за секвенцирање генома.]]
Насумично секвенцирање је метода секвенцирања дизајнирана за анализу секвенци ДНК дужих од 1000 базних парова, укључујући и читаве хромозоме.<ref name=":5">{{Cite journal|last=Staden|first=R|date=1979-06-11|title=A strategy of DNA sequencing employing computer programs.|url=https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC327874/|journal=Nucleic Acids Research|volume=6|issue=7|pages=2601–2610|issn=0305-1048|pmid=461197}}</ref> Назван је по аналогији брзим испаљивањем хитаца из [[Сачмарица|сачмарице]]. Сам процес укључује насумично фрагментисање ДНК молекула до фрагмената малих дужина и до неколико кб. Фрагменти се даље клонирају у плазмидним векторима и секвенцирају.<ref name=":1">Стевановић, М. 2016, стр. 125-126</ref> Након неколико рунди фрагментирања и секвенцирања добијају се вишеструка очитавања која се преклапају за циљну ДНК. Насумичне секвенце се даље анализирају помоћу одређених програма и алгоритама за претраживање преклапајућих секвенци.<ref name=":5" /><ref>{{Cite journal|last=Anderson|first=S|date=1981-07-10|title=Shotgun DNA sequencing using cloned DNase I-generated fragments.|url=https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC327328/|journal=Nucleic Acids Research|volume=9|issue=13|pages=3015–3027|issn=0305-1048|pmid=6269069}}</ref> Овакво секвенцирање је погодно за анализу мањих генома, попут прокариотских генома.<ref name=":1" />
 
Током већег дела своје историје, технологија заснована на насумичном секвенцирању била је класична метода прекида ланца или „Сангерова метода”, која се заснива на селективном укључивању [[Дидеоксинуклеотид|дидеоксинуклеотида]] који се додају на крај ДНК фрагмента помоћу [[ДНК полимераза|ДНК полимеразе]] током [[in vitro]] [[Репликација ДНК|репликације ДНК]].<ref name=":3" /><ref>{{Cite journal|date=1975-05-25|title=A rapid method for determining sequences in DNA by primed synthesis with DNA polymerase|url=https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/0022283675902132|journal=Journal of Molecular Biology|language=en|volume=94|issue=3|pages=441–448|doi=10.1016/0022-2836(75)90213-2|issn=0022-2836}}</ref> Дидеоксинуклеотидима недостаје 3'- [[Hidroksil|OH]] група потребна за формирање [[Фосфодиестарска веза|фосфодиестерске везе]] између два нуклеотида, што доводи до тога да ДНК полимераза престаје са синтетисањем ДНК молекула након њихове уградње. Могу бити [[Радиоактивност|радиоактивно]] или [[Fluorescencija|флуоресцентно]] обележени што је потребно за детектовање у ДНК секвенаторима.<ref name=":2" /> Типично, ове машине могу секвенцирати до 96 узорака ДНК у једној серији у до 48 циклуса дневно.<ref>Illumina, Inc. (28 February 2012). ''[https://www.illumina.com/Documents/products/Illumina_Sequencing_Introduction.pdf An Introduction to Next-Generation Sequencing Technology]'' (PDF). San Diego, California, USA: Illumina, Inc. p. 12. Retrieved 2012-12-28.</ref>
Велика потражња за нижим трошковима секвенцирања покренула је развој технологија које би омогућиле паралелно секвенцирање са коначним производом од хиљаде или милиона секвенци одједном.<ref>{{Cite journal|last=Hall|first=Neil|date=2007-05-01|title=Advanced sequencing technologies and their wider impact in microbiology|url=https://doi.org/10.1242/jeb.001370|journal=Journal of Experimental Biology|volume=210|issue=9|pages=1518–1525|doi=10.1242/jeb.001370|issn=0022-0949}}</ref><ref>{{Cite web|url=https://www.scientificamerican.com/article/genomes-for-all/|title=Genomes for All|website=Scientific American|language=en|doi=10.1038/scientificamerican0106-46|access-date=2021-06-01}}</ref> Циљ је био да се оваквим секвенцирањем умање трошкови у односу на класичне методе. Код оваквог секвенцирања је могуће да се обави истовремено̠̟/паралелно чак 500,000 операција (енгл. ''run'').<ref>{{Cite journal|last=ten Bosch|first=John R.|last2=Grody|first2=Wayne W.|date=November 2008|title=Keeping Up With the Next Generation|url=https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC2570630/|journal=The Journal of Molecular Diagnostics : JMD|volume=10|issue=6|pages=484–492|doi=10.2353/jmoldx.2008.080027|issn=1525-1578|pmc=2570630|pmid=18832462}}</ref><ref>{{Cite journal|last=Tucker|first=Tracy|last2=Marra|first2=Marco|last3=Friedman|first3=Jan M.|date=2009-08-14|title=Massively Parallel Sequencing: The Next Big Thing in Genetic Medicine|url=https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC2725244/|journal=American Journal of Human Genetics|volume=85|issue=2|pages=142–154|doi=10.1016/j.ajhg.2009.06.022|issn=0002-9297|pmc=2725244|pmid=19679224}}</ref> 
 
Illumina секвенцирање је метода која се заснива на коришћењу обојених реверзибилних терминатора се на реверзибилним терминаторима бојила. Развијена је 1996. године на Институту за биомедицинска истраживања у Женеви од стране Паскала Мајера и Лаурента Фаринелија.<ref>Kawashima EH, Farinelli L, Mayer P (12 May 2005). [https://patents.google.com/patent/US20050100900 "Method of nucleic acid amplification"]. Retrieved 2012-12-22.</ref> Кораци у овој методи јесу фрагментисање молекула ДНК и везивања адаптера за крајеве фрагмената. Фрагменти се затим наливају на стаклене проточне ћелије на којима се налази велики број олигонуклеотида који су комеплементарни адаптерима за које се и везују. Оба адаптера хибридузују са нукеотидима и тако се формира мост након чега следи амплификација фрагмената чиме се добијају кластери (велики број фрагмената-копија једног почетног фрагмента). Проточна ћелија се ставља у апарат за секвенцирање и додају јој се ДНК полимераза и флуоресцентно обојени терминатори, нуклеотиди који имају интктивирану 3'-OH групу што омогућава да након уградње ових нуклеотида полимераза не може да настави са додавањем нуклеотида (синтезом ланца) па се ласером у сваком циклусу детектује боја и тиме одговарајући нуклеотид.<ref>Стевановић, name=":1"М. 2016, стр. 127</ref> Након сваке рунде се хемијском реакцијом уклања обележени терминатор и наставља са процесом секвенцирања.<ref>{{Cite web|url=https://web.archive.org/web/20130518193940/http://www.lcg.unam.mx/frontiers/files/frontiers/annurev.genom.9.081307.164359.pdf|title=Wayback Machine|date=2013-05-18|website=web.archive.org|access-date=2021-06-01}}</ref> Софтвер показује секвенцу сваког појединачног кластера.
 
Алтернативни приступ заснован је на хемији репликације ДНК. Ова технологија мери ослобађање јона водоника сваки пут када се угради база током полимеризације ДНК. Микробунар који садржи ДНК ланац за секвенцирање преплављен је једном врстом деоксирибонуклеотид трифосфата (dNTP). Ако је уведени dNTP комплементаран са темплејтом (секвенцом ДНК), биће уграђен у растући комплементарни ланац и ово узрокује ослобађање јона водоника који бележи јонски сензор.<ref name="davies1">{{Cite journal|year=2011|title=Powering Preventative Medicine|url=http://www.bio-itworld.com/issues/2011/sept-oct/powering-preventative-medicine.html|journal=Bio-IT World|issue=September–October|access-date=29. 05. 2021|archive-date=06. 06. 2016|archive-url=https://web.archive.org/web/20160606115325/http://www.bio-itworld.com/issues/2011/sept-oct/powering-preventative-medicine.html|url-status=dead}}</ref>
 
== Види још ==
 
* [[Računska genomika|Рачунска геномика]]
* [[Glikomika|Гликомика]]
 
== Референце ==
<references />
 
== Литература ==
 
* Стевановић, Милена (2016). ''Основи манипулисања генима''. Београд: Биолошки факултет Универзитета у Београду. стр.125—144.
* Lesk AM (2017). ''Introduction to Genomics'' (3rd ed.). New York: Oxford University Press. p. 544. ISBN <bdi>978-0-19-107085-3</bdi>. [https://www.amazon.co.uk/dp/0198754833 ASIN 0198754833]
 
* Stunnenberg HG, Hubner NC (2014). [https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4021166/ "Genomics meets proteomics: identifying the culprits in disease"]. ''Human Genetics''. '''133''' (6): 689–700. [https://link.springer.com/article/10.1007/s00439-013-1376-2 doi:10.1007/s00439-013-1376-2]. [https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4021166/ PMC 4021166]. [https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/24135908/ PMID 24135908]
 
* Shibata T (2012). [https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1111/j.1440-1827.2012.02855.x "Cancer genomics and pathology: all together now"]. ''Pathology International''. '''62''' (10): 647–59. doi:10.1111/j.1440-1827.2012.02855.x. <nowiki>PMID 23005591</nowiki>. S2CID 27886018
* Roychowdhury S, Chinnaiyan AM (2016). [https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4713245/ "Translating cancer genomes and transcriptomes for precision oncology"]. ''CA: A Cancer Journal for Clinicians''. '''66''' (1): 75–88. doi:10.3322/caac.21329. PMC 4713245. <nowiki>PMID 26528881</nowiki>
* Vadim N G, Zhang Y (2013). "Chapter 16 Comparative Genomics Analysis of the Metallomes". In Banci L (ed.). ''Metallomics and the Cell''. Metal Ions in Life Sciences. '''12'''. Springer. [[doi:10.1007/978-94-007-5561-10_16]] (inactive 31 May 2021) <nowiki>ISBN 978-94-007-5561-1</nowiki> ISSN 1559-0836 electronic-ISSN 1868-0402
 
==Спољашње везе==
*[http://www.bionet-skola.com Бионет школа]
*[https://www.annualreviews.org/loi/genom/ Годишњи преглед геномике и хумане генетике]
*[https://www.journals.elsevier.com/genomics/ Часопис Геномика]
*[http://genomics.org/Main_Page Портал Геномика]
{{Биологија}}
[[Категорија:Хумани геном]]