Kurs ishi mavzu: Genomika va Proteomika. Bajardi: Komilova M. Qabul qildi : Do'sov X. Urganch-2023 Reja

II bob. Asosiy qism
2.1. Genomka asoslari fani haqida tushuncha.
O‘tgan asrning 60-yillar oxiri 70-yillar boshlarida biologiyada EHM (elektron hisoblash mashinalari) faol qo‘llanila boshlandi: shu bilan birgalikda ularning xotiralari va operatsion tezliklari oshdi va o‘lchamlari kichraytirildi. Shu bilan birgalikda biologiya sohasida informatsion tahlillarni talab etuvchi katta miqdordagi eksperimental ma’lumotlar to‘planib qoldi. Bunga misol qilib bir qancha davlat olimlari hamkorligida 2003 yildayoq odam genomining sekvenirlanishini keltirish mumkin.
XX –asrda genetika, molekulyar biologiya va bioximiya yutuqlari natijasida uchta yangi fanlar yuzaga kelib, ular biotexnologiyaning rivojlanishiga va insoniyatga kasalliklarni davolashda va yangi dori preparatlar yaratishda keng imkoniyatlarni ochdi. Ular:

• 
  Genomika
  
• 
  Proteomika
  
• 
  Metobolomika
  

Genomika asoslari fani biologiya fanlari tizimidagi eng yangi zamonaviyligi bilan ahamiyatlidir. Ushbu fan genomika tushunchasi va uning tarixi, barcha tirik organizmlarning irsiy axborotlarini saqlovchi DNK texnologiyasi, genom revolyusiyasi, genomni kartalashtirish, genomni sekvenslash (nukleotid ketma-ketligini aniqlash), genomni sharxlash (genlarni aniqlash) kabi vazifalarni chuqur o’rganish orqali yuqumli va irsiy kasalliklarni oldini olish, o’simlik va hayvonlarning zarakunandalarga va shu kabi salbiy oqibatlarga sabab bo’luvchi omillarga chidamli nav va zotlarni yaratish kabi muhim vazifalarni o’rganishni qamrab olgan.
"Genom" atamasi 1920-yilda Hans Vinkler tomonidan fanga kiritildi.
Genomika molekulyar genetikaning bir yo‘nalishi hisoblanib tirik organizmlar geni va genomini chuqurroq o‘rganishga qaratilgan. Genomika asoslari fanning yangi turi bo‘lib uning dolzarbligi turli organizmlar genomlarining xususan, odam, hayvon, mikroorganizmlar hamda o‘simliklar genomlarining shiddat bilan tadqiq qilinishi bilan belgilanadi. Odam genomining to‘liq hamda inson kasalliklarini keltirib chiqaruvchi 30 dan ortiq parazit va bakteriyalar genomlari to‘liq yoki qisman sekvens qilinganligi (ketma-ketligining o‘qilganligi) genomikaning asosiy yutuqlaridan hisoblanib ushbu ma’lumotlar kasalliklarga qarshi profilaktika va diagnostika ishlarida keng foydalanilmoqda.
Fan mazmuni oliy ta’limning normativ-huquqiy asoslari va qonunchilik normalari, ilg‘or ta’lim texnologiyalari va pedagogik mahorat, ta’lim jarayonlarida axborot-kommunikatsiya texnologiyalarini qo‘llash, amaliy xorijiy til, tizimli tahlil va qaror qabul qilish asoslari, maxsus fanlar negizida ilmiy va amaliy tadqiqotlar, texnologik taraqqiyot va o‘quv jarayonini tashkil etishning zamonaviy uslublari bo‘yicha so‘nggi yutuqlar, pedagogning kasbiy kompetentligi va kreativligi, global Internet tarmog‘i, multimedia tizimlari va masofadan o‘qitish usullarini o‘zlashtirish bo‘yicha yangi bilim, ko‘nikma va malakalarini shakllantirishni nazarda tutadi.
Shunday qilib XXI asr boshlariga kelib bioinformatika sohasi jadal sur’atda rivojlana boshladi. Bu esa o‘z navbatida biologik tadqiqotlar bo‘yicha olingan ma’lumotlarning shu qadar ko‘payib ketganligi va bunda har bir omilning eslab qolinishi va tahlil qilinishida inson imkoniyatlari chegaralanib qolganligi hamda tobora ko‘payib borayotgan axborot xajmini sahlash zaruriyati tug‘ilganligi bilan bog‘lanadi. Ilk ketma-ketliklari aniqlangan bir necha yuz oqsillar haqida ma’lumotlar kitob-atlas shaklida nashr qilingangan edi. 70 yillar boshlariga kelib aniqlangan ketma-ketliklar miqdori shu qadar ko‘paydiki, ularning hajmi tufayli bu ma’lumotlarni kitob shaklida nashr qilishning umuman iloji yo‘q edi. Inson miyasi bunday axborotlarni tahlil qila olmasligi va ketma-ketliklarni taqqoslash uchun maxsus dasturlar kerak bo‘la boshladi.
Genomika - bu genlarni tuzilishi va funktsiyalarini o'rganish, ularni hisobga olish va barcha organizmlarning genomik xaritalarini yaratish bilan shug'ullanadigan fan. Birinchidan, kasallik bilan bog'liq genlar o'rganilib, hisobga olinadi. Genomikaning kelib chiqishi "Inson genomi" loyihasi imzolangan 1990 yil oktyabrga to'g'ri keladi.
Loyihani yaratish g'oyasi AQSh Energetika vazirligining biologik dasturini amalga oshirishda ishtirok etgan bir guruh olimlarga tegishli bo'lib, ular DNK tartiblash usullarini takomillashtirish bilan molekulyar darajadagi mutatsiyalarni o'rganish imkoniga ega bo'lganini anglab etgan insonlardagi mutatsiya darajasini o'rganishga qaratilgan. Ammo, DNK darajasida mutatsiyalarni qidirish va o'rganish uchun, asl (normal) DNKning ketma-ketligini bilish kerak. Ushbu loyiha inson genomining boshlanishi edi, u rasmiy ravishda Energetika Vazirligi va Milliy Sog'liqni Saqlash Institutlarining birgalikdagi sa'y-harakatlari bilan boshlandi va boshqa tashkiliy choralar bilan bir qatorda, inson genomining maxsus milliy institutini yaratdi.
Loyiha AQShga eng katta hissa qo'shgan Buyuk Britaniya, Fransiya, Germaniya, Yaponiya va Xitoyning 16 ta olimlari tomonidan amalga oshirilgan. Bu mamlakatlar inson genomini tartibga solish bo'yicha xalqaro konsortsiumni tashkil etdi.
Akademik Aleksandr Aleksandrovich Baev (1904-1994) 1988 yilda inson genomini sekvenlash g'oyasi bilan so'zga chiqdi va 1989 yilda mamlakatimizda Inson Genomasi bo'yicha Ilmiy Kengash tashkil etildi. 1990 yilda Inson genomini o'rganish xalqaro tashkiloti (HUGO) yaratildi va bir necha yillar davomida vitse- prezident sifatida akademik Andrey Daryevich Mirzabekov (1937 - 2003 yillar) tashkil etildi.
Genomika loyiha ustida ishlashning boshidanoq olimlar, ishtirokchilar uchun olingan barcha ma'lumotlarning ochiqligi va ularning mavjudligi va millatiga qaramasdan kelishib olishdi. Ishtirok etuvchi davlatlar orasida barcha 23 xromosoma bo'yicha ish olib borildi. Charlz Kantr tomonidan ishlab chiqilgan "Inson genomi" ning asl vazifasi genomni tashkil qiluvchi barcha yirik DNK molekulalarining to'rtta nukleotidining aniq ketma-ketligini aniqlash uchun asos bo'lib, inson genomining genetik va jismoniy xaritalarini yaratishdan iborat edi, bu uchun maxsus DNK ketma-ketligi uslublari ishlab chiqildi ( ingliz tilidagi ketma- ketlikdan boshlab). Dastlab dastur 15 yilga rejalashtirilgan edi va uning narxi 3 milliard dollarga baholandi: bir qadamning narxi, ya'ni. DNK zanjirida bitta nukleotidin pozitsiyasini tashkil etish, keyinchalik taxminan 1 dollarni tashkil etdi. Biroq, jiddiy texnik va uslubiy takomillashtirish, sekunding jarayonini avtomatlashtirishga imkon berdi, uni yanada samarali, tezkor va tejamli qilish imkonini berdi (Baranov B.S, 2000 a, 2000 b). Natijada, 2000 yilning iyun oyida, dasturning birinchi bosqichi - inson genomining "loyiha versiyasini" yaratish (Ivanov V.I., 2005) e'lon qilindi. Shuni ta'kidlash joizki, jahon ilm-fani tarixi davrining sharafi, DNK navbati bo'yicha 100 dan ortiq markazlar va turli mamlakatlarning 1100 nafar olimini qamrab olgan "Inson genom" xalqaro dasturi bilan birgalikda 1998 yilda tashkil etilgan "Celera Genomics" xususiy kompaniyasiga taniqli olim Kreyg Venter rahbarligida genomik tadqiqotlar (TIGR) (Venter J.V. 2001). Inson genomining "loyihasi" ni tushunishning asosiy natijalari shu markazlar tomonidan "Tabiat" (409-son, 6822-son, 2001 yil 15-fevral) va "Fan" (fevral, 16-fevral) etakchi ilmiy jurnallarining fevral oylarida chiqarildi. Hozirgi kunga kelib bir qancha organizmlar, jumladan odam, sichqon, tovuq, qurbaqa, bir qancha baliq turlari, chuvalchanglar, yuzlab viruslar va bakteriyalar hamda yuzlab o‘simlik turlarining genom ketma-ketliklari aniqlandi. Bakteriya genomining o‘qilishi – bu 2-3 tadqiqotchidan tashkil topgan guruhning vaqt hisobida taxminan 1 yildan kam muddatga to‘g‘ri keladigan vazifasidir. Odam genomi qariyb 3 mlrd.ga teng xarflardan iborat bo‘lib bu esa 15000 kitob tomlariga to‘g‘ri keladi. Uni “o‘qib chiqish” esa biologlar uchun Mendeleevning ximiklar uchun yaratilgan davriylik qonunini ochish bilan tenglashtiriladi.
Shu boisdan ham bunday hajmdagi biologik ma’lumotlarni tahlil qilishda kompyuter texnologiyasidan foydalanila boshlandi. Gen ketma-ketliklarini tenglashtirish bo‘yicha birinchi algoritm 1970 yilda yaratildi. Kompyuterlar axborotlarni virtual ma’lumotlar bazasida saqlash va ular ustida yuqori tezlikda operatsiyalar o‘tkazish imkonini berdi. Bioinformatika ham boshqa zamonaviy fanlar singari bir qancha fanlar, ya’ni molekulyar biologiya, genetika, matematika va kompyuter texnologiyalari fanlari birlashuvi asosida vujudga keldi. Uning asosiy vazifasi bu biologik molekulalar, eng avvalo nuklein kislotalar va oqsillar struktura va funksiyalari bo‘yicha ma’lumotlarni tahlil qilish va tizimlashtirish uchun hisoblash algoritmlarini ishlab chiqishdir.
DNK nukleotid ketma-ketliklarini sekvenirlashning jadal usuli ishlab chiqilgandan so‘ng ma’lumotlar bazasida to‘planayotgan genetik axborotlar hajmi yuqori tezlik bilan orta boshladi. Informatika, lingvistika va informatsiya nazariyasi yutuqlari genetik matnlarni tahlil qilish imkoniyatlarini ochib berdi. Genomikaning boshqa fan sohalari bilan o‘zaro bog‘liq holdagi rivojlanishi organizm va xujayrada yuz berayotgan biologik jarayonlarni tushunishning yangi darajasi shakllantirishga imkon beradi.
Bugungi kunga qadar bioinformatikaga turlicha ta’riflar beriladi, biroq asosan bioinformatika deganda turli biologik axborotlarni tahlil qilishda kompyuterdan foydalanish tushuniladi. Shuningdek «bioinformatika» termini maydoni ham juda kengaydi va biologik ob’ektlar bilan bog‘liq barcha matematik algoritmlardan hamda biologik tadqiqotlarda qo‘llaniladigan axborot-kommunikatsiya texnologiyalaridan foydalanadi. Bioinformatikada informatikdagi singari amaliy matematik, statistika va boshqa aniq fanlar usullari qo‘llaniladi. Bioinformatika shuningdek biokimyo, biofizika, ekologiya, genetika va qator tabiiy fanlar sohalarida faydalaniladi.
Bioinformatika o‘z ichiga quyidagilarni oladi:
1) qiyosiy genomikada kompyuter tahlilining matematik usullari (genom bioinformatikasi);
2) oqsil strukturalarini bashorat qilish uchun algoritm va dasturlarni ishlab chiqish (strukturaviy bioinformatika);
3) muvofiq hisoblash uslubiyatlari strategiyasi tadqiqoti hamda informatsion murakkablikning biologik tizimlar tomonidan umumiy boshqarilishi.
Amaliy ma’noda bioinformatika – bu biologlar manfaatlari uchun xizmat qiladigan amaliy fandir. Ma’lumotlarni birlamchi tahlil qilish texnik bioinformatika sohasiga tegishlidir. Olingan ma’lumotlarni qaerdadir saqlash va ulardan foydalanish imkoniyatlarini ta’minlash lozim. Bioinformatiklarning eng murakkab va shuning bilan birga eng qiziqarli bo‘lgan mashg‘ulotlari bu genom haqidagi ma’lumotlar asosida aniq tasdiqlangan natijalar olish, ya’ni masalan; A oqsili qandaydir funksiya bajaradi, B geni qaysidir jarayonda qatnashadi bu esa bioinformatika fanining amaliy ahamiyatidan dalolat beradi.
Genomika va bioinformatika biologiya sohasining quyidagi yo‘nalishlarida qo‘llaniladi:
– genomika, transkriptomika va proteomika;
– rivojlanish biologiyasida kompyuter modellashtirish;
– gen tarmoqlarining kompyuter tahlili;
– populyatsion genetikada modellashtirish.
Genomika va bioinformatika dori preparatlarini loyihalashtirish muddatini 5-6 yildan bir necha oylarga qisqartish imkoniyatini yaratib farmakologiya sohasiga ham osongina kirib bordi. Shuningdek bu fan ko‘plab boshqa tibbiyotga va biologiyaga oid fanlar bilan integratsiyalandi.
Bugungi kunda genomikaning quyidagi bo‘limlari mavjud:
– Strukturaviy genomika;
– Funksional genomika;
– Farmakogenomika;
– Qiyosiy genomika;
– Evolyutsion genomika;
– Tibbiyot genomikasi.
Genomika va bioinformatika usullari yordamida katta hajmdagi biologik ma’lumotlarni shunchaki tahlil qilish emas, balki har doim ham oddiy tajribalarda aniqlab bo‘lmaydigan qonuniyatlarni isbotlash, genlar va ular kodlaydigan oqsillar funksiyalarini bashorat qilish, hujayradagi genlarning o‘zaro ta’siri modelini qurish, dori preparatlarini yaratish mumkin.
Genomikaning vazifasi - butun hujayraning to'liq genetik xususiyatlarini aniqlash-unda mavjud bo'lgan genlar soni va ularning ketma-ketligi, har bir gendagi nukleotidlar soni va ularning ketma-ketligi, tananing metabolizmi yoki umuman olganda uning hayotiy faoliyatiga nisbatan har bir genning funktsiyalarini aniqlash. Genomika tananing mohiyatini ifodalashga imkon beradi-uning potentsial imkoniyatlari, boshqa organizmlardan tur (va hatto individual) farqlari, tashqi ta'sirlarga reaktsiyani oldindan bilish, genlarning har birida nukleotidlar ketma-ketligini va genlar sonini bilish. Genomikaning maqsadi-hozirgi vaqtda amalga oshirilmaydigan hujayraning barcha potentsial xususiyatlari, masalan, "jimjimador genlar" haqida ma'lumot olish, proteomika ayni paytda hujayraning xususiyatlarini xarakterlash imkonini beradi, bu erda mavjud bo'lgan barcha oqsillarni hujayraning funktsional holatining "tezkor fotosurati" uning proteomasi darajasidagi hujayraning holati, ya’ni, ifoda etilmagan genlardan farqli o’laroq “ishlaydigan” barcha fermentativ va strukturaviy oqsillarning to’plamini o’rganadi.
Shu bilan birga, agar genomika birinchi navbatda sekvenirlash texnologiyasining rivojlanishi natijasida paydo bo’lgan bo’lsa, unda proteomika uchun ikki o’lchamli elektroforez texnikasi bir xil asosiy rolni o’ynaydi - oqsillarni bir yo’nalishda molekulyar og’irligi bo’yicha ajratish, ikkinchisida esa - izoelektrik nuqta uslubi qo’llaniladi. Bu usul yangi emas, ammo u sezilarli darajada takomillashtirildi, bu bir vaqtning o’zida yuzlab oqsillarni dinamikada kuzatish imkonini beradi. ya'ni. ferment va tarkibiy oqsillar, bu "ishlamaydigan" genlardan farqli o'laroq "ishlaydi". Shu bilan birga, Genomika, birinchi navbatda, ketma — ketlik texnikasi rivojlanishi natijasida paydo bo'lgan bo'lsa, proteomiklar uchun ikki o'lchovli elektroforez texnikasi — molekulyar og'irlikdagi bir yo'nalishda oqsillarni ajratish va boshqasida-izoelektrik nuqtada bir xil asosiy rol o'ynaydi.
Strukturaviy genomika 3 o'lchovli tuzilish berilgan tomonidan kodlangan har bir oqsildan genomni tasvirlashga intiladi. Ushbu genomga asoslangan yondoshuv kombinatsiyalashgan holda strukturani aniqlashning yuqori o'tkazuvchanlik usuliga imkon beradi eksperimental va modellashtirish yondashuvlari. Strukturaviy genomika bilan asosiy farq an'anaviy tarkibiy bashorat shundan iboratki, strukturaviy genomika ma'lum bir oqsilga e'tibor qaratish o'rniga, genom tomonidan kodlangan har bir oqsilning tuzilishini aniqlashga harakat qiladi. To'liq genomlar ketma-ketligi mavjud bo'lganda, strukturani bashorat qilish eksperimental va modellashtirish yondashuvlari yordamida tezroq amalga oshirilishi mumkin, ayniqsa, ko'p sonli ketma-ket genomlar va ilgari hal qilingan oqsil tuzilmalari mavjudligi olimlarga oqsil tuzilishini ilgari echilgan tuzilmalar bo'yicha modellashtirishga imkon beradi.