Genomika va proteomika Mundarija: Kirish
Download 348.4 Kb. Pdf ko'rish
|
Genomika va proteomika
|
1.2. Proteomika turlari va tasniflari Ning munosabatlarini ko'rsatadigan umumiy sxema genom, transkriptom, proteomva metaboloma (lipidom). Ingliz tili neologizm omika norasmiy ravishda biologiya bilan tugaydigan o'qish sohasi bilan tugaydi -omika, masalan, genomika, proteomika yoki metabolomika. Bog'liq qo'shimchasi - bir kabi sohalarni o'rganish ob'ektlariga murojaat qilish uchun foydalaniladi genom, proteom yoki metaboloma navbati bilan. Qo'shimcha - bir molekulyar biologiyada ishlatilganidek a jami biron bir tarzda; xuddi shunday omika odatda keng qamrovli biologik ma'lumotlar to'plamlarini o'rganishga murojaat qildi. Ushbu atamadan foydalanishning o'sishi ba'zi olimlarni (Jonathan Eisen, Boshqalar orasida haddan tashqari sotilgan deb da'vo qilish, u tizimning barcha tarkibiy qismlarining to'liq yoki deyarli to'liq assortimentini miqdoriy tahlil qilish yo'nalishidagi o'zgarishni aks ettiradi.[43] Tadqiqotda simbiozlarMasalan, bir vaqtlar bitta gen mahsulotini o'rganish bilan cheklanib qolgan tadqiqotchilar endi bir vaqtning o'zida bir necha turdagi biologik molekulalarning umumiy komplementini taqqoslashlari mumkin. Organizm tanlanganidan so'ng, genom loyihalari uchta tarkibiy qismni o'z ichiga oladi: DNKning ketma-ketligi, dastlabki xromosomaning ko'rinishini yaratish uchun ushbu ketma-ketlikni yig'ish va ushbu vakolatxonani izohlash va tahlil qilish. Genom loyihasining umumiy ko'rinishi. Birinchidan, genom tanlanishi kerak, bu xarajat va dolzarblikni o'z ichiga olgan bir nechta omillarni o'z ichiga oladi. Ikkinchidan, ketma-ketlik berilgan ketma-ketlik markazida hosil bo'ladi va yig'iladi (masalan BGI yoki DOE JGI). Uchinchidan, genomlar ketma-ketligi bir necha darajada izohlanadi: DNK, oqsil, gen yo'llari yoki qiyosiy. Tarixiy jihatdan ketma-ketlik ketma-ketlik markazlari, markazlashgan ob'ektlar (kabi yirik mustaqil muassasalardan tortib.) Qo'shma Genom instituti yiliga o'nlab terabazalar ketma-ketligi, mahalliy molekulyar biologiya asosiy ob'ektlariga), bu juda qimmatga tushadigan asboblar va texnik yordamga ega ilmiy laboratoriyalarni o'z ichiga oladi. Sekvensiya texnologiyasi tobora takomillashib borayotganligi sababli, yangi akademik laboratoriya tezkor o'zgaruvchan tezkor skameyka sekvensiyalarining yangi avlodi kirib keldi.Umuman olganda, genomlarni tartiblashtirish yondashuvlari ikkita keng toifaga bo'linadi, ov miltig'i va yuqori o'tkazuvchanlik (yoki keyingi avlod) ketma-ketlik. Miltiq otish sekvensiyasi - bu butun xromosomalarga qadar 1000 taglik juftlikdan uzunroq bo'lgan DNK sekanslarini tahlil qilish uchun mo'ljallangan sekvensiya usuli.[48] U "a" ning tez sur'atlar bilan kengayib borayotgan, kvaziyu tasodifiy otish sxemasiga o'xshashligi bilan nomlangan ov miltig'i. Jel elektroforez ketma-ketligi faqat juda qisqa ketma-ketliklar uchun ishlatilishi mumkin bo'lganligi sababli (100 dan 1000 tagacha juftlik), uzunroq DNK sekanslari tasodifiy kichik bo'laklarga bo'linib, keyinchalik ularni olish uchun ketma-ketlashtirilishi kerak. o'qiydi. Maqsadli DNK uchun bir nechta takrorlanadigan o'qishlar ushbu parchalanish va ketma-ketlikning bir necha turlarini bajarish orqali olinadi. Keyinchalik, kompyuter dasturlari ularni doimiy ketma-ketlikda yig'ish uchun har xil o'qishlarning bir-birining ustki qismidan foydalanadi.Ov miltig'ining ketma- ketligi - bu tasodifiy namuna olish jarayoni, bu berilganlikni ta'minlash uchun ortiqcha namuna olishni talab qiladi nukleotid qayta tiklangan ketma-ketlikda ifodalanadi; genom ortiqcha namuna oladigan o'rtacha o'qishlar soni deyiladi qamrov.O'z tarixining ko'p qismida ov miltig'ini ketma-ketlikda yotqizish texnologiyasi klassik zanjirni to'xtatish usuli yokiSanger usuli', bu zanjirni tugatishni tanlab qo'shilishiga asoslanadi dideoksinukleotidlar tomonidan DNK polimeraza davomida in vitro DNKning replikatsiyasi. So'nggi paytlarda ov miltig'ini ketma- ketligi o'rnini bosdi yuqori o'tkazuvchanlik ketma-ketligi usullar, ayniqsa keng ko'lamli, avtomatlashtirilgan genom tahlil qiladi. Biroq, Sanger usuli, birinchi navbatda, kichik hajmdagi loyihalar uchun va ayniqsa uzoq davom etgan DNK ketma-ketligini o'qish uchun (> 500 nukleotid) keng qo'llaniladi.[52] Zanjirni to'xtatish usullari uchun DNKning bir zanjirli shablonini, DNKni talab qiladi astar, a DNK polimeraza, normal dezoksinukleosidetrifosfatlar (dNTPlar) va DNK zanjirining cho'zilishini tugatadigan modifikatsiyalangan nukleotidlar (dideoksiNTPlar). Ushbu zanjir bilan tugaydigan nukleotidlarda 3'- yo'qOH shakllanishi uchun zarur bo'lgan guruh fosfodiester aloqasi ddNTP qo'shilganda DNK polimeraza DNKning kengayishini to'xtatishiga olib keladigan ikkita nukleotid o'rtasida bo'ladi. DdNTP radioaktiv yoki bo'lishi mumkin lyuminestsent tarzda ichida aniqlash uchun belgilangan DNK sekvensiyalari.[6] Odatda, ushbu mashinalar kuniga 48 tagacha bitta to'plamda 96 ta DNK namunalarini ketma-ket ketma-ketlikda to'plashi mumkin. Yuqori mahsuldorlik ketma-ketligi Shuningdek qarang: Illumina bo'yoqlarini ketma-ketligi va Ion yarim Supero'tkazuvchilar ketma-ketligi Arzon narxlardagi ketma-ketlikka bo'lgan yuqori talab yuqori samaradorlikdagi ketma-ketlik texnologiyalarini ishlab chiqishga sabab bo'ldi parallellashtirmoq ketma-ketlik jarayoni, bir vaqtning o'zida minglab yoki millionlab ketma-ketliklarni ishlab chiqarish. Yuqori o'tkazuvchanlik ketma-ketligi DNK sekvensiyasining narxini standart bo'yoq terminatori usullari bilan mumkin bo'lgan darajadan pastga tushirish uchun mo'ljallangan. Ultra yuqori o'tkazuvchanlikdagi ketma-ketlikda 500 000 gacha sintez bo'yicha sintez bo'yicha operatsiyalar parallel ravishda bajarilishi mumkin.Illumina Genom analizatori II tizimi. Illumina texnologiyalari yuqori o'tkazuvchanlik massivida parallel ketma-ketlik standartini o'rnatdi.The Illumina bo'yoqlarini ketma-ketligi usul qaytariladigan bo'yoq terminatorlariga asoslangan va 1996 yilda Jeneva biomedikal tadqiqot institutida Paskal Mayer va Loran Farinelli tomonidan ishlab chiqilgan.[58] Ushbu usulda DNK molekulalari va primerlari dastlab slaydga biriktiriladi va kuchaytiriladi polimeraza shunday qilib dastlab klonlangan "DNK koloniyalari" bo'lgan mahalliy klonal koloniyalar hosil bo'ladi. Ketma-ketlikni aniqlash uchun to'rt turdagi qaytariladigan terminator asoslari (RT- bazalar) qo'shiladi va qo'shilmagan nukleotidlar yuviladi. Pirosekvensiyadan farqli o'laroq, DNK zanjirlari bir vaqtning o'zida bitta nukleotidga cho'zilib ketadi va tasvirni olish kechiktirilgan vaqtda amalga oshirilishi mumkin, bu DNK koloniyalarining juda katta massivlarini bitta kameradan olingan ketma-ket tasvirlar orqali olish imkonini beradi. Fermentatik reaktsiyani ajratish va tasvirni olish optimal ishlash qobiliyatini va nazariy jihatdan cheksiz sekanslash imkoniyatini beradi; tegmaslik konfiguratsiyaga ega bo'lgan holda, asbobning ishlash samaradorligi faqat bog'liq A / D konversiyasi kameraning tezligi. Kamera tasvirlarni oladi lyuminestsent yorliqli nukleotidlar, so'ngra bo'yoq 3 'bloker bilan birga DNKdan kimyoviy yo'l bilan tozalanadi va keyingi tsiklga imkon beradi.Muqobil yondashuv, ion yarimo'tkazgichlar ketma-ketligi, standart DNK replikatsiya kimyosiga asoslangan. Ushbu texnologiya har safar bazaga qo'shilganda vodorod ionining chiqishini o'lchaydi. Shablon DNKni o'z ichiga olgan mikroto'lqin bitta singdirilgan nukleotid, agar nukleotid shablon zanjiriga qo'shimcha bo'lsa, u qo'shiladi va vodorod ioni ajralib chiqadi. Ushbu versiya an ISFET ion sensori. Agar a gomopolimer shablon ketma-ketligida mavjud bo'lib, bir nechta nukleotidlar bitta toshqin tsikliga kiritiladi va aniqlangan elektr signali mutanosib ravishda yuqori bo'ladi. Bir-birining ustiga chiqib ketish shakl shakllarini o'qiydi; ma'lum uzunlikdagi tutashuv va bo'shliqlar iskala hosil qiladi. Birlashtirilgan so'nggi ma'lumot genomga mos keltirilgan keyingi avlod ketma-ketligini ma'lumotlarni o'qiydi. Bir nechta, qismlarga bo'lingan ketma-ketlik ko'rsatkichlari bir-birining ustiga tushgan joylari asosida yig'ilishi kerak.Ketma-ket yig'ish ga tegishli tekislash va ancha uzunroq bo'laklarni birlashtirish DNK dastlabki ketma-ketlikni tiklash uchun ketma-ketlik.[6] Bu hozirgi kabi kerak DNKning ketma-ketligi texnologiya butun genomlarni doimiy ketma-ketlik sifatida o'qiy olmaydi, aksincha ishlatilgan texnologiyaga qarab 20 dan 1000 tagacha bo'lgan kichik qismlarni o'qiydi. PacBio yoki Oksford Nanopore kabi uchinchi avlod sekvensiya texnologiyalari muntazam ravishda> 10 kb uzunlikdagi ketma-ketlikni o'qiydi; ammo, ular yuqori xato darajasi taxminan 15 foizni tashkil etadi.[61][62] Odatda o'qishlar deb nomlangan qisqa qismlar natijadan kelib chiqadi ov miltig'ini ketma-ketligi genomik DNK yoki genlarning transkriptlari (ESTlar). Assambleyaga yaqinlashish Assambleyani keng ma'noda ikkita yondashuvga bo'lish mumkin: de novo o'tmishda biron bir ketma-ketlikka o'xshash bo'lmagan genomlar uchun va yig'ilish paytida bir- biriga yaqin bo'lgan organizm mavjud bo'lgan ketma-ketlikni ishlatadigan taqqoslash assambleyasi.[50] Qiyosiy majlisga nisbatan, de novo yig'ish hisoblash qiyin (Qattiq-qattiq), bu qisqa o'qiladigan NGS texnologiyalari uchun unchalik qulay emas. Ichida de novo montaj paradigmasi yig'ilish uchun ikkita asosiy strategiya, Evleriya yo'llari strategiyasi va bir-biriga mos kelish-kelishuv (OLC) strategiyalari mavjud. OLC strategiyalari oxir-oqibat NP-ning qiyin muammosi bo'lgan bir-biriga o'xshash grafik orqali Hamilton yo'lini yaratishga harakat qilmoqda. Eulerian yo'l strategiyalari hisoblash uchun ko'proq traktable, chunki ular DeBruijn grafigi orqali Eulerian yo'lini topishga harakat qilishadi.Faqatgina DNK ketma-ketligi yig'ilishi qo'shimcha tahlillarsiz juda oz ahamiyatga ega.Genom izohi biologik ma'lumotni biriktirish jarayonidir ketma-ketliklarva uchta asosiy bosqichdan iborat: - oqsillarni kodlamaydigan genomning qismlarini aniqlash - elementlarini aniqlash genom, deb nomlangan jarayon genlarni bashorat qilishva - biologik ma'lumotni ushbu elementlarga biriktirish. Avtomatik izohlash vositalari ushbu amallarni bajarishga harakat qiladi silikonda, inson tajribasi va potentsial eksperimental tekshirishni o'z ichiga olgan qo'lda izohlashdan (a. a. kuratsiya) farqli o'laroq.[65] Ideal holda, ushbu yondashuvlar bir xil izohda mavjud bo'lib, bir-birini to'ldiradi quvur liniyasi (shuningdek qarang quyida). An'anaviy ravishda izohlashning asosiy darajasi foydalaniladi Portlash o'xshashliklarni topish uchun va keyin gomologlar asosida genomlarni izohlash uchun.[6] Yaqinda annotatsiya platformasiga qo'shimcha ma'lumotlar qo'shildi. Qo'shimcha ma'lumotlar qo'lda izoh beruvchilarga bir xil izoh berilgan genlar o'rtasidagi kelishmovchiliklarni aniqlashtirishga imkon beradi. Ba'zi ma'lumotlar bazalarida genom izohlarini o'zlarining quyi tizimlari yondashuvi bilan ta'minlash uchun genom kontekst ma'lumotlari, o'xshashlik ballari, eksperimental ma'lumotlar va boshqa resurslarning integratsiyasidan foydalaniladi. Boshqa ma'lumotlar bazalari (masalan: Ansambl) o'zlarining avtomatlashtirilgan genom izohlash liniyasida har ikkala ma'lumot manbalariga va bir qator dasturiy vositalarga tayanishi kerak.[66] Strukturaviy izoh birinchi navbatda, genomik elementlarni aniqlashdan iborat ORFlar va ularning lokalizatsiyasi yoki gen tuzilishi. Funktsional izoh biologik ma'lumotlarni genomik elementlarga biriktirishdan iborat. Quvur liniyalari va ma'lumotlar bazalarini tartiblashtirishGenom loyihalari bilan bog'liq katta hajmdagi ma'lumotlarni takroriy takrorlash va samarali boshqarish zarurati shuni anglatadi hisoblash quvurlari genomikada muhim dasturlarga ega.Funktsional genomika maydonidir molekulyar biologiya genomik loyihalar tomonidan ishlab chiqarilgan juda ko'p ma'lumotlardan foydalanishga urinishlar (masalan genomlarni tartiblashtirish bo'yicha loyihalar) tasvirlash gen (va oqsil) funktsiyalar va o'zaro ta'sirlar. Funktsional genomika gen kabi dinamik jihatlarga e'tibor beradi transkripsiya, tarjimava oqsil va oqsillarning o'zaro ta'sirikabi genomik ma'lumotlarning statik jihatlaridan farqli o'laroq DNK ketma-ketligi yoki inshootlar. Funktsional genomika genlar, RNK transkriptlari va oqsil moddalari darajasida DNKning faoliyati haqidagi savollarga javob berishga harakat qiladi. Funktsional genomika tadqiqotlarining asosiy xarakteristikasi ularning ushbu savollarga genomika bo'yicha yondoshishidir, odatda an'anaviy "genlar bo'yicha gen" ga emas, balki yuqori samaradorlik usullarini o'z ichiga oladi. |
