Генотип и геномика. Протеомика и фенотип

Добавил пользователь Валентин П.
Обновлено: 21.12.2024

Возбудитель описторхоза, печеночный сосальщик Opisthorchis felineus (Rivolta, 1884) – один из наиболее распространенных видов гельминтов человека и животных на территории России. Вместе с близкородственными видами печеночных трематод O. viverrini (Poirier, 1886) и Clonorchis sinensis (Loos, 1907), ареалы которых расположены в Юго-Восточной Азии и на Дальнем Востоке, О. felineus составляет триаду эпидемиологически значимых трематод семейства Opisthorchiidae. Половозрелые особи (мариты) O. felineus паразитируют в гепатобилиарной системе теплокровных и при длительной инвазии провоцируют развитие тяжелых осложнений, включая малигнизацию эпителия желчных протоков. Высокая медицинская значимость O. felineus привлекает внимание исследователей, работающих в различных областях биологии и медицины. Так, в последнее время активно проводятся исследования молекулярной биологии этого представителя паразитических плоских червей. В настоящем обзоре кратко суммированы результаты исследований геномики и протеомики O. felineus, являющиеся, на наш взгляд, существенным вкладом в решение вопросов структурно-функциональной организации геномов многоклеточных паразитов со сложным жизненным циклом и изучение молекулярных механизмов взаимодействия паразит–хозяин. Приведены сравнительные данные по количеству генов и размерам ядерных геномов ряда плоских червей, распределению длин интронов, а также анализу синтении геномов описторхид O. felineus, O. viverrini и C. sinensis. Отдельное внимание уделено обсуждению особой формы процессинга РНК, известной как транс-сплайсинг, широко представленной в геноме O. felineus. В статье приводятся анализ литературных данных по генам системы метаболизма ксенобиотиков, сравнению представленности генов этой системы между различными видами паразитических и свободноживущих плоских червей и обзор литературы по наличию и уровню экспрессии генов гранулинов – потенциальных промоторов неоплазии холангиоцитов. Данные по геномике и протеомике O. felineus пополняют базу знаний, обеспечивающую исследование проблем эволюции трематод, патогенеза печеночных гельминтозов и гельминт-ассоциированного канцерогенеза.

Ключевые слова

Об авторах

Федеральный исследовательский центр Институт цитологии и генетики Сибирского отделения Российской академии наук
Россия
Новосибирск

Список литературы

1. Bartley D.J., Morrison A.A., Dupuy J., Bartley Y., Sutra J.F., Menez C., Alvinerie M., Jackson F., Devin L., Lespine A. Influence of Pluronic 85 and ketoconazole on disposition and efficacy of ivermectin in sheep infected with a multiple resistant Haemonchus contortus isolate. Vet. Parasitol. 2012;187:464-472. DOI 10.1016/j.vetpar.2012.02.011.

2. Beer S.A. The Biology of the Opisthorchiasis Agent. Moscow: KMK Publ., 2005. (in Russian)

4. Berriman M., Haas B.J., LoVerde P.T., Wilson R.A., Dillon G.P., Cerqueira G.C., Mashiyama S.T., Al-Lazikani B., Andrade L.F., Ashton P.D., Aslett M.A., Bartholomeu D.C., Blandin G., Caffrey C.R., Coghlan A., Coulson R., Day T.A., Delcher A., De- Marco R., Djikeng A., Eyre T., Gamble J.A., Ghedin E., Gu Y., Hertz-Fowler C., Hirai H., Hirai Y., Houston R., Ivens A., Johnston D.A., Lacerda D., Macedo C.D., McVeigh P., Ning Z., Oliveira G., Overington J.P., Parkhill J., Pertea M., Pierce R.J., Protasio A.V., Quail M.A., Rajandream M.A., Rogers J., Sajid M., Salzberg S.L., Stanke M., Tivey A.R., White O., Williams D.L., Wortman J., Wu W., Zamanian M., Zerlotini A., Fraser-Liggett C.M., Barrell B.G., El-Sayed N.M. The genome of the blood fluke Schistosoma mansoni. Nature. 2009;460:352- 358. DOI 10.1038/nature08160.

5. Cai X.Q., Liu G.H., Song H.Q., Wu C.Y., Zou F.C., Yan H.K., Yuan Z.G., Lin R.Q., Zhu X.Q. Sequences and gene organization of the mitochondrial genomes of the liver flukes Opisthorchis viverrini and Clonorchis sinensis (Trematoda). Parasitol. Res. 2012;110:235-243. DOI 10.1007/s00436-011-2477-2.

6. Cwiklinski K., Dalton J.P., Dufresne P.J., La Course J., Williams D.J., Hodgkinson J., Paterson S. The Fasciola hepatica genome: gene duplication and polymorphism reveals adaptation to the host environment and the capacity for rapid evolution. Genome Biol. 2015;16:71. DOI 10.1186/s13059-015-0632-2.

7. Ershov N.I., Mordvinov V.A., Prokhortchouk E.B., Pakharukova M.Y., Gunbin K.V., Ustyantsev K., Genaev M.A., Blinov A.G., Mazur A., Boulygina E., Tsygankova S., Khrameeva E., Chekanov N., Fan G., Xiao A., Zhang H., Xu X., Yang H., Solovyev V., Lee S.M., Liu X., Afonnikov D.A., Skryabin K.G. New insights from Opisthorchis felineus genome: update on genomics of the epidemiologically important liver flukes. BMC Genomics. 2019;20:399. DOI 10.1186/s12864-019-5752-8.

8. Gouveia M.J., Pakharukova M.Y., Laha T., Sripa B., Maksimova G.A., Rinaldi G., Brindley P.J., Mordvinov V.A., Amaro T., Santos L.L., Costa J.M.C.D., Vale N. Infection with Opisthorchis felineus induces intraepithelial neoplasia of the biliary tract in a rodent model. Carcinogenesis. 2017;38:929-937. DOI 10.1093/carcin/bgx042.

9. Keiser J., Utzinger J. Food-borne trematodiases. Clin. Microbiol. Rev. 2009;22(3):466-483. DOI 10.1128/CMR.00012-09.

11. Lindblom T.H., Dodd A.K. Xenobiotic detoxification in the nematode Caenorhabditis elegans. J. Exp. Zool. A. Comp. Exp. Biol. 2006; 305(9):720-729. DOI 10.1002/jez.a.324.

13. Matouskova P., Vokral I., Lamka J., Skalova L. The role of xenobiotic- metabolizing enzymes in anthelmintic deactivation and resistance in helminths. Trends Parasitol. 2016;32:481-491. DOI 10.1016/j.pt.2016.02.004.

14. Mordvinov V.A., Ershov N.I., Pirozhkova D.S., Pakharukov Y.V., Pakharukova M.Y. ABC transporters in the liver fluke Opisthorchis felineus. Mol. Biochem. Parasitol. 2017a;216:60-68. DOI 10.1016/j.molbiopara.2017.07.001.

15. Mordvinov V.A., Shilov A.G., Pakharukova M.Y. Anthelmintic activity of cytochrome P450 inhibitors miconazole and clotrimazole: in-vitro effect on the liver fluke Opisthorchis felineus. Int. J. Antimicrob. Agents. 2017b;50:97-100. DOI 10.1016/j.ijantimicag.2017.01.037.

16. Morphew R.M., Wright H.A., LaCourse E.J., Woods D.J., Brophy P.M. Comparative proteomics of excretory-secretory proteins released by the liver fluke Fasciola hepatica in sheep host bile and during in vitro culture ex host. Mol. Cell. Proteomics. 2007;6:963-972. DOI 10.1074/mcp.M600375-MCP200.

17. Ovchinnikov V.Y., Afonnikov D.A., Vasiliev G.V., Kashina E.V., Sripa B., Mordvinov V.A., Katokhin A.V. Identification of microRNA genes in three opisthorchiids. PLoS Negl. Trop. Dis. 2015;9:e0003680. DOI 10.1371/journal.pntd.0003680.

18. Pakharukova M.Y., Ershov N.I., Vorontsova E.V., Katokhin A.V., Merkulova T.I., Mordvinov V.A. Cytochrome P450 in fluke Opisthorchis felineus: Identification and characterization. Mol. Biochem. Parasitol. 2012;181:190-194. DOI 10.1016/j.molbiopara.2011.11.005.

19. Pakharukova M.Y., Kovner A.V., Trigolubov A.N., Fedin E.N., Mikhailova E.S., Autenshlyus A.I., Mordvinov V.A., Shtofin S.G. Mechanisms of trematodiases pathogenicity: the presence of the secretory proteins from the liver fluke Opisthorchis felineus in the gallbladder tissues of the patients with chronic opisthorchiasis. Vavilovskii Zhurnal Genetiki i Selektsii = Vavilov Journal of Genetics and Breeding. 2017;21:312-316. DOI 10.18699/VJ16.17-о.

21. Pakharukova M.Y., Vavilin V.A., Sripa B., Laha T., Brindley P.J., Mordvinov V.A. Functional analysis of the unique cytochrome P450 of the liver fluke Opisthorchis felineus. PLoS Negl. Trop. Dis. 2015;9(12):e0004258. DOI 10.1371/journal.pntd.0004258.

22. Petney T.N., Andrews R.H., Saijuntha W., Wenz-Mücke A., Sithithaworn P. The zoonotic, fish-borne liver flukes Clonorchis sinensis, Opisthorchis felineus and Opisthorchis viverrini. Int. J. Parasitol. 2013;43(12-13):1031-1046. DOI 10.1016/j.ijpara.2013.07.007.

23. Pomaznoy M.Y., Logacheva M.D., Young N.D., Penin A.A., Ershov N.I., Katokhin A.V., Mordvinov V.A. Whole transcriptome profiling of adult and infective stages of the trematode Opisthorchis felineus. Parasitol. Int. 2016;65(1):12-19. DOI 10.1016/j.parint.2015.09.002.

24. Pozio E., Armignacco O., Ferri F., Gomez Morales M.A. Opisthorchis felineus, an emerging infection in Italy and its implication for the European Union. Acta Trop. 2013;126(1):54-62. DOI 10.1016/j.actatropica.2013.01.005.

25. Prichard R.K., Basanez M.G., Boatin B.A., McCarthy J.S., Garcia H.H., Yang G.J., Sripa B., Lustigman S. A research agenda for helminth diseases of humans: intervention for control and elimination. PLoS Negl. Trop. Dis. 2012;6:e1549. DOI 10.1371/journal.pntd.0001549.

26. Protasio A.V., Tsai I.J., Babbage A., Nichol S., Hunt M., Aslett M.A., De Silva N., Velarde G.S., Anderson T.J., Clark R.C., Davidson C., Dillon G.P., Holroyd N.E., LoVerde P.T., Lloyd C., McQuillan J., Oliveira G., Otto T.D., Parker-Manuel S.J., Quail M.A., Wilson R.A., Zerlotini A., Dunne D.W., Berriman M. A systematically improved high quality genome and transcriptome of the human blood fluke Schistosoma mansoni. PLoS Negl. Trop. Dis. 2012;6:e1455. DOI 10.1371/journal.pntd.0001455.

28. Saier M.H. Jr., Reddy V.S., Tamang D.G., Västermark A. The transporter classification database. Nucleic Acids Res. 2014;42:D251- D258. DOI 10.1093/nar/gkt1097.

29. Schuster R., Bonin J., Staubach C., Heidrich R. Liver fluke (Opisthorchiidae) findings in red foxes (Vulpes vulpes) in the eastern part of the Federal State Brandenburg, Germany – a contribution to the epidemiology of opisthorchiidosis. Parasitol. Res. 1999; 85(2):142-146. DOI 10.1007/s004360050523.

30. Shekhovtsov S.V., Katokhin A.V., Kolchanov N.A., Mordvinov V.A. The complete mitochondrial genomes of the liver flukes Opisthorchis felineus and Clonorchis sinensis (Trematoda). Parasitol. Int. 2010;59:100-103. DOI 10.1016/j.parint.2009.10.012.

33. Smout M.J., Sotillo J., Laha T., Papatpremsiri A., Rinaldi G., Pimenta R.N., Chan L.Y., Johnson M.S., Turnbull L., Whitchurch C.B., Giacomin P.R., Moran C.S., Golledge J., Daly N., Sripa B., Mulvenna J.P., Brindley P.J., Loukas A. Carcinogenic parasite secretes growth factor that accelerates wound healing and potentially promotes neoplasia. PLoS Pathog. 2015;11:e1005209. DOI 10.1371/journal.ppat.1005209.

34. Tsai I.J., Zarowiecki M., Holroyd N., Garciarrubio A., Sánchez- Flores A., Brooks K.L., Tracey A., Bobes R.J., Fragoso G., Sciutto E., Aslett M., Beasley H., Bennett H.M., Cai X., Camicia F., Clark R., Cucher M., De Silva N., Day T.A., Deplazes P., Estrada K., Fernández C., Holland P.W.H., Hou J., Hu S., Huckvale T., Hung S.S., Kamenetzky L., Keane J.A., Kiss F., Koziol U., Lambert O., Liu K., Luo X., Luo Y., Macchiaroli N., Nichol S., Paps J., Parkinson J., Pouchkina-Stantcheva N., Riddiford N., Rosenzvit M., Salinas G., Wasmuth J.D., Zamanian M., Zheng Y.; Taenia solium Genome Consortium, Cai J., Soberón X., Olson P.D., Laclette J.P., Brehm K., Berriman M. The genomes of four tapeworm species reveal adaptations to parasitism. Nature. 2013;496:57-63. DOI 10.1038/nature12031.

35. Urrutia A.O., Hurst L.D. The signature of selection mediated by expression on human genes. Genome Res. 2003;13:2260-2264. DOI 10.1101/gr.641103.

36. Wang X., Chen W., Huang Y., Sun J., Men J., Liu H., Luo F., Guo L., Lv X., Deng C., Zhou C., Fan Y., Li X., Huang L., Hu Y., Liang C., Hu X., Xu J., Yu X. The draft genome of the carcinogenic human liver fluke Clonorchis sinensis. Genome Biol. 2011;12:R107. DOI 10.1186/gb-2011-12-10-r107.

38. Young N.D., Nagarajan N., Lin S.J., Korhonen P.K., Jex A.R., Hall R.S., Safavi-Hemami H., Kaewkong W., Bertrand D., Gao S., Seet Q., Wongkham S., Teh B.T., Wongkham C., Intapan P.M., Maleewong W., Yang X., Hu M., Wang Z., Hofmann A., Sternberg P.W., Tan P., Wang J., Gasser R.B. The Opisthorchis viverrini genome provides insights into life in the bile duct. Nat. Commun. 2014;5:4378. DOI 10.1038/ncomms5378.

39. Zadesenets K.S., Katokhin A.V., Mordvinov V.A., Rubtsov N.B. Comparative cytogenetics of opisthorchid species (Trematoda, Opisthorchiidae). Parasitol. Int. 2012;61:87-89. DOI 10.1016/j.parint.2011.07.006.

Генотип и геномика. Протеомика и фенотип

Открытие структуры и функции ДНК в 1953 г. заложило фундамент молекулярной генетики. Завершение расшифровки генома человека значительно укрепило этот фундамент. Сейчас в руках у клиницистов есть молекулярио-генетические инструменты, которые можно использовать для диагностики и лечения заболеваний.

В связи с этим крайне важными с практической точки зрения в генетике ССЗ являются три основных понятия: генотип, геномика и протеомика. Генотип — это совокупность последовательностей ДНК у данного организма, или полная последовательность ДНК во всех 23 парах хромосом. Геномика — это экспрессия генетической информации в виде РНК.
Основной вопрос геномики — какие гены экспрессированы? Протеомика — это исследование белков, экспрессированных в клетке или организме и попытка расшифровать сеть белок-белковых взаимодействий.

Исторически сферой интересов генетики были моногенные заболевания, т.е. заболевания, вызываемые выпадением одного гена или его мутацией. С появлением новых возможностей геномики и протеомики внимание ученых стала привлекать оценка генетической подверженности заболеваниям, обусловленным группой признаков, например ишемической болезни сердца или сахарному диабету.

Понимание генетических основ группы таких заболеваний требует знания генов и их последовательностей, белков, кодируемых этими генами, и функций этих белков. Очевидно, что совокупность проблем ССЗ не удастся решить, зная только последовательность нуклеотидов в геноме человека или расшифровав порядка 30 тыс. локусов, кодирующих соответствующие белки или регуляторы других генов.

Требуется значительная работа по выяснению точных молекулярных механизмов, согласно которым по изменениям индивидуального гена или группы генов можно будет точно установить или определить риск того или иного конкретного заболевания.

Классическая медицинская генетика была сосредоточена на заболеваниях, связанных с одним геном, или моногенных заболеваниях, когда причиной болезни является отсутствующий или мутировавший ген. Было идентифицировано 1000 генов, выливающих различные заболевания. Монотонные заболевания встречаются редко и обычно наследуются по законам Менделя (аутосомные).
Примечательно, что осмысление механизмов, согласно которым одиночные гены могут быть причиной заболеваний, даже довольно редких, привело к пониманию патогенеза более распространенных ССЗ.

Современные представления о генетических факторах, вовлеченных в патогенез ССЗ, более подробно изложены далее. Итак, кратко, каждый ген существует в виде двух копий, называемых аллелями. Особь считается гомозиготной по данному локусу, если она несет идентичные аллели, и гетерозиготной, если аллели различные. Специфические аллели, находящиеся в одних и тех же локусах хромосомы, представляют генотип этих генов.

В более широком смысле генотип — это совокупность генетических факторов, ответственных за формирование фенотипа. Фенотип — это определенные признаки, обусловленные генотипом, например ИБС или ожирение. Или иначе фенотип — это эффект действия генов, будь то одиночный ген или весь генотип.

Информация на сайте подлежит консультации лечащим врачом и не заменяет очной консультации с ним.
См. подробнее в пользовательском соглашении.

4.Геномика, протеомика. Биоинформатика

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

Эволюционная геномика (или сравнительная геномика) – основана на сравнении организации и содержимого геномов различных живых организмов.

Функциональная геномика – опирается на подробное изучение функций генов, их влияние на активность и регуляцию других генов.

Структурная геномика - выполняет секвенирование ДНК, на основе этого создаются и сравниваются геномные карты. Не стоит путать слова «Геномика» и «Генетика». Генетика изучает механизмы изменчивости и наследственности, а геномика – применяет на практике полученные знания.

протеомика. Ее задача — определить все белки, синтезируемые в клетке, выяснить их строение, количество, локализацию, модификацию и механизмы взаимодействия.

Клиническая протеомика – нахождение количества белков и их распознавание из образца(сыворотка крови, моча, спинномозговая жидкость, биопсия) и наблюдение за изменениями их концентрации.

Протеомика гемостаза – заключается в расшифровке механизмов гомеостаза. Например, протеомика тромбоцитов – была получена новая информация о белках коагуляции, найдены неизвестные ранее мишени для новых лекарств секретогранина III, циклофилина А

Структурная протеомика – получение информации не об одном, а о множестве белков одновременно. Уже разработан цикл специальных процедур и высокоточные приборы для проведения такого анализа.

Сегодня до 96% медикаментозных средств воздействуют именно на белки. Практическая протеомика системными методами позволит ускорить процесс создания лекарственных препаратов, так необходимых многим, и создать лекарства от неизлечимых ранее болезней.

=математические методы компьютерного анализа в сравнительной геномике (геномная биоинформатика).

=разработка алгоритмов и программ для предсказания пространственной структуры белков (структурная биоинформатика).

=исследование стратегий, соответствующих вычислительных методологий, а также общее управление информационной сложности биологических систем =

В биоинформатике используются методы прикладной математики, статистики и информатики. Биоинформатика используется в биохимии, биофизике, экологии и в других областях.

5.Понятия: генотип, фенотип, признак, аплельные и неаллельные гены, гомозиготные и гетерозиготные организмы, понятие гемизиготности.

Геном – совокупность генов, характерных для гаплоидного набора хромосом данного вида. При оплодотворении геномы родителей объединяются и образуют клеточный генотип зиготы.

Генотип – совокупность всех генов организма (генетическая конституция). Из генотипа зиготы в процессе онтогенеза возникает много сотен различных клеточных фенотипов. Отдельные клеточные фенотипы формируют фенотип всего организма. Весь процесс жизни от образования зиготы до естественной смерти контролируется генами. Генотип постоянно испытывает воздействие внешней среды, он взаимодействует со средой, что приводит к формированию всех признаков и свойств организма. Генотип — это генетическая конституция организма, представляющая собой совокупность всех наследственных задатков его клеток, заключенных в их хромосомном наборе — кариотипе.

Фенотип – все признаки организма, формирующиеся в результате взаимодействия генотипа и среды. (Иогансен – 1803год) свойства любого организма зависят от генотипа и от среды, поэтому формирование организма – результат взаимодействия генетических факторов и факторов внешней среды.

Фенотип (Phenotype) — присущая индивидууму совокупность всех признаков и свойств, которые сформировались в процессе его индивидуального развития.

Признак - единица морфологической, физиологической, биохимической, иммунологической, клинической и любой другой дискретности организмов (клеток), т. е. отдельное качество или свойство, по которому они отличаются друг от друга.

гомозиготвы-диплоидный организм или клетка, несущий идентичные аллели в гомологичных хромосомах Гомозиготность, состояние наследственного аппарата организма, при котором гомологичные хромосомы имеют одну и ту же форму данного гена.

гетерозиготы-диплоидный организм или клетка, несущий различные аллели в гомологичных хромосомах Гетерозиготность, присущее всякому гибридному организму состояние, при котором его гомологичные хромосомы несут разные формы (аллели) того или иного гена.

гемизиготы-диплоидный организм, у которого имеется только один аллель данного гена или один сегмент хромосомы вместо обычных двух Гемизиготность состояние, связанное с тем, что у организма один или несколько генов не парные, т. е. не имеют аллельных партнёров. (В сцепленном с полом наследовании, Хr или ХR — r – дальтонзим)

группы сцепления-Группа генов, локализованных на структурной единице генома и способных рекомбинировать друг с другом, обусловливая зависимое наследование

Аллельные гены - различные формы одного и того же гена, расположенные в одинаковых участках (локусах) гомологических хромосом. Аллели определяют варианты развития одного и того же признака. В нормальной диплоидной клетке могут присутствовать не более двух аллелей одного локуса одновременно. В одной гамете два аллеля находиться не могут.

Неалле́льные ге́ны — это гены, расположенные в различных участках хромосом и кодирующие неодинаковые белки. Неаллельные гены также могут взаимодействовать между собой.

Геномика и протеомика

В середине двадцатого века ученые начали активно изучать структурные и функциональные особенности человеческого генома, а именно молекулы ДНК. Это дало толчок к развитию молекулярной генетики, которая носит название геномика. После того, как ученым удалось окончательно расшифровать человеческий геном, геномика стала по-настоящему фундаментальной наукой. В настоящее время у клиницистов и генетиков есть все необходимые молекулярные и генетические инструменты, благодаря которым активно изучается геномика человека и ее влияние на течение заболеваний.

Современная генетика оперирует такими ключевыми понятиями – геном, геномика и протеомика. При этом, геном или генотип представляют собой комплекс последовательных цепей ДНК у конкретного живого организма. Геномика человека предусматривает наличие 23 пар хромосом, что представляет собой полную последовательность ДНК. Геномика является наукой, которая изучает вопросы экспрессии генетической информации в виде РНК или ДНК. Поэтому, основной вопрос, на который отвечает геномика человека – это то, какие гены экспрессированы в каждом конкретном случае. Протеомика представляет собой исследование белков, которые экспрессируются в организме или клетке. Эта наука также занимается расшифровкой взаимодействий между белками.

Первоначально геномика и протеомика изучают моногенные болезни, причиной которых является выпадение одного из генов или мутация в ней. После появления новых методов молекулярно-генетического исследования стала развиваться сравнительная геномика, которая предусматривает оценку вероятности развития определенного наследственного заболевания у разных людей. Например, сравнительная геномика позволяет оценить генетические признаки развития таких болезней, как ишемическая болезнь сердца, артериальная гипертензия и сахарный диабет. Это выясняется в зависимости от наличия определенных генов и их последовательностей. Геномика и протеомика занимаются расшифровкой белков, которые кодируются конкретными генами, а также изучением их функции.

Геномика при сердечно-сосудистых заболеваниях

Для решения проблемы высокой заболеваемости и смертности при сердечно-сосудистых заболеваниях, сегодня все больше используется геномика и протеомика. Конечно, изучая только геном, геномика не сможет решить все проблемы кардиальной патологии. Поэтому ученые активно занимаются изучением последовательности нуклеотидов в человеческом геноме. В результате им удалось выяснить, что генотип человека включает не меньше 35 тысяч локусов, которые кодируют определенные белки или регуляторные гены. В перспективе ученые планируют уточнить особенности молекулярных механизмов, благодаря которым геномика человека сможет определять риск возникновения определенной болезни. Для этого нужно будет оценивать не только изменения в отдельных генах, но и нарушения в группе генов. Традиционная геномика в основном занималась изучением тех болезней, за развитие которых отвечает один ген. В частности, речь идет о моногенных заболеваниях. При этой патологии основная причина развития болезни кроется в отсутствии или мутации конкретного гена. На сегодняшний день структурная геномика выделяет до тысячи генов, которые кодируют различную патологию.

Моногенные наследственные заболевания в основном наследуются по закону Менделя. В частности, это касается аутосомных болезней. В частности, геномика человека позволила понять механизмы, по которым одиночные гены могут приводить к различным распространенным заболеваниям сердечно-сосудистой системы. Сегодня геномика предлагает новые генетические факторы, которые участвуют в развитии кардиальной патологии. В частности, генетики выяснили, что ген имеет две копии, которые носят название аллели. Человек считается гомозиготным по определенному локусу, если его геном имеет идентичные аллели. Если эти аллели различные, то особь считается гетерозиготной. Соответственно, те специфические аллели, которые расположены в определенных локусах хромосомы и формируют геном, геномика которого представляет собой комплекс генетических факторов фенотипа. По современным представлениям, фенотип – это все признаки, которые обуславливаются генотипом. В частности, это может быть артериальная гипертензия, ишемическая болезнь сердца и так далее. То есть фенотип является проявлением действия генов, как одиночных, так и всего генотипа.

Структурная геномика

Геномика представляет собой одно из основных направлений биотехнологий и биогенетики. Эта наука занимается изучением отдельных геномов и функции генов. При этом гены изучаются как по отдельности, так и в комплексе, когда оценивается воздействие нескольких генов на один фенотипический признак. Кроме того, структурная геномика участвует в определении строения, роста и развития определенных биологических функций человека. Помимо структурной, существует также и функциональная геномика, изучение которой является еще более сложной задачей. Более изученной является структурная геномика, которая предусматривает создание и сравнительную оценку различных видов карт генома. Кроме того, в задачи этого раздела биотехнологий входит масштабное секвенирование ДНК. Наиболее крупными исследованиями в области структурной и сравнительной геномики можно считать специальный проект по изучению генома человека, а также международную программу, занимающуюся изучением растительного генома. На основании этих исследований создаются новые каноны этой науки.

Протеомика

В любой клетке постоянно вырабатываются десятки тысяч белковых молекул, каждая из которых обладает своей определенной функцией. Набор этих белков человека носит название протеом. Изучением протеома занимается наука протеомика. Как и геномика, эта наука является одной из важнейших в генетике. Протеомика предусматривает изучение функциональных особенностей, локализации и строения белковых молекул. Кроме того, эта отрасль генетики занимается уточнением характера взаимодействий белков, как расположенных в клетке, так и снаружи клеточных структур. При изучении человеческого протеома наукой протеомикой было выявлено, что один ген в состоянии кодировать не одну тысячу белковых молекул. Поэтому сравнительная геномика позволяет идентифицировать в человеческом протеоме не менее миллиона белков, которые можно сравнивать между отдельными организмами. Для изучения протеома ученые используют оценку функции генов, которые проявляются фенотипическим путем синтеза или экспрессии определенных белковых молекул.

По своей сути протеомика представляет собой науку, в задачи которой входит изучение определенных биологических объектов, что отличает ее от геномики. Кроме того, важной задачей протеомики является изучение отдельных модификаций и структурно-функциональных характеристик белковых молекул. Разветвленный протеомный анализ заключается в одновременном исследовании индивидуальных характеристик белков. Эти белковые молекулы образуют совокупность, которая формируется специальную геномную систему. Благодаря этому протеомика способна охарактеризовать любой исследуемый организм в целом. Основной предмет изучения науки протеомики – это синтез, декомпозиция и модификация белковых молекул любого живого организма. После того, как учеными генетиками был расшифрован геном, геномика смогла получить практически полные данные о том, какую структуру имеют белки человека и других животных. Кроме того, протеомика занимается изучением функции и особенностей протеолитических фрагментов. Для этого их сначала получают в стандартных условиях, благодаря чему удается идентифицировать белковые молекулы и их протеолитические фрагменты.

Перспективы развития протеомики и геномики

Причины стремительного развития протеомики заключаются в том, что с её помощью врачи собираются прогнозировать развитие тех или иных наследственных заболеваний. Это позволит существенно улучшить диагностику, лечение и прогноз этой патологии. Для этого регулярно разрабатываются новые высокотехнологичные методики, благодаря которым удается оценить наличие и количество определенных белковых молекул. При этом происходит идентификация белка с уточнением его первичной структуры и посттрансляционных модификаций. На сегодняшний день большая часть исследований, проведенных в области протеомики и геномики человека, проводятся с применением методики 2-D PAGE. Эта методика предусматривает использование двухмерного геля электрофореза. Однако в последнее время все более активно используются более высокотехнологические методики, которые отличает повышенная информативность и чувствительность. В частности, речь идет о таких методах, как микросеквенирование белковых молекул, хроматография с использованием высокого давления, специальная масс-спектрометрия и так далее.

Поведенческая геномика предусматривает применение различных чипов, отличающихся по типам детекции. Благодаря этому методу удается обнаружить определенные белки и оценить их структуру. Методика использования чипов основывается на сцеплении определенных белков со специфическими для них молекулами. При этом изучается взаимодействие между белками и данными молекулами. Это взаимодействие формируется по принципу антиген-антитело, контакт ДНК с белком, фермент-субстрат или контакт между липидами и белком. Чипы считывают при помощи мощного оборудования, которое идентифицирует их при помощи временной масс-спектрометрии.

Роль протеомики для оценки характера течения основных заболеваний

Сегодня в медицинскую практику все чаще внедряются методы протеомного анализа. С их помощью врачи определяют маркеры, связанные с онкологическими и кардиоваскулярными заболеваниями. Благодаря этому клиническая протеомика позволяет выявить эту серьезную патологию на начальной стадии развития. Клиническая протеомика дает возможность идентифицировать конкретные белки, которые можно выделить в таких биологических образцах, как моча, ликвор, ткань или сыворотка крови. При помощи современных методик поведенческая геномика позволяет проводить мониторинг изменений в концентрации этих белковых молекул. За счет применения методов протеомного анализа генетики идентифицируют не менее 10 тысяч индивидуальных белков, взятых из одного образца. В дальнейшем можно фиксировать концентрацию этих белковых молекул, благодаря чему возможно проведение более точной диагностики и тщательного мониторинга патологии.

Геномика, протеомика. Биоинформатика

=математические методы компьютерного анализа в сравнительной геномике (геномная биоинформатика).

Гомозиготно-диплоидный организм или клетка, несущий идентичные аллели в гомологичных хромосомах Гомозиготность, состояние наследственного аппарата организма, при котором гомологичные хромосомы имеют одну и ту же форму данного гена.

Гетерозигото-диплоидный организм или клетка, несущий различные аллели в гомологичных хромосомах Гетерозиготность, присущее всякому гибридному организму состояние, при котором его гомологичные хромосомы несут разные формы (аллели) того или иного гена.

Поперечные профили набережных и береговой полосы: На городских территориях берегоукрепление проектируют с учетом технических и экономических требований, но особое значение придают эстетическим.

Организация стока поверхностных вод: Наибольшее количество влаги на земном шаре испаряется с поверхности морей и океанов (88‰).

Общие условия выбора системы дренажа: Система дренажа выбирается в зависимости от характера защищаемого.

© cyberpedia.su 2017-2020 - Не является автором материалов. Исключительное право сохранено за автором текста.
Если вы не хотите, чтобы данный материал был у нас на сайте, перейдите по ссылке: Нарушение авторских прав. Мы поможем в написании вашей работы!

Читайте также: