PADA Virus kecil terkait adeno (AAV) dianggap sebagai vektor potensial karena, tidak seperti adenovirus, virus ini tidak menyebabkan penyakit. Namun, itu tidak membawa gen juga. Untuk meningkatkannya sebagai vektor, sedang dilakukan percobaan iradiasi dan modifikasi kimia. Laboratorium lain sedang bereksperimen dengan Retrovirus CFTR, karena virus ini secara alami memasukkan genomnya ke dalam sel inang.

Namun, pertanyaannya tetap apakah sintesis normal protein CFTR akan menghilangkan infeksi bakteri pada paru-paru, yang merupakan 90% dari morbiditas dan mortalitas. Ada banyak alasan untuk berharap bahwa rekayasa genetika akan berhasil mengatasi tugas ini. Sebuah protein di paru-paru, yang fungsinya untuk menghancurkan sel-sel asing, tidak diaktifkan pada konsentrasi garam yang meningkat (yaitu, inilah yang menjadi ciri cystic fibrosis); tetapi segera setelah CFTR mulai memproduksi produknya, konsentrasi garam menurun dan protein diaktifkan.

PADA metode terapi gen saat ini sedang dikembangkan untuk pengobatan penyakit keturunan lainnya. Jadi, jika terjadi pelanggaran fungsi sel darah, mereka dapat diubah dalam media kultur dan dimasukkan ke dalam

sumsum tulang pasien, ke dalam lingkungan alami mereka. Tidak diragukan lagi, beberapa perkembangan akan dimahkotai dengan kesuksesan dan menjadi praktik medis umum di tahun-tahun mendatang.

Semua fakta ini adalah contoh dari apa yang disebut terapi gen somatik, yaitu, mereka diterapkan pada tubuh (soma) pasien dengan harapan akan diperoleh jumlah sel yang cukup yang mampu melakukan fungsi normal. Pasien mungkin sembuh, tetapi risiko mewariskan gen yang tidak diinginkan kepada keturunannya tetap ada, karena sel germinal tidak dimodifikasi dengan cara ini. terapi sel germinal bertujuan untuk memodifikasi seluruh organisme, termasuk kelenjar yang menghasilkan sel kelamin. Cara paling sederhana (secara teoritis) adalah dengan memodifikasi sel telur yang telah dibuahi dengan memasukkan transgen yang sesuai ke dalamnya. Prosedur semacam ini sudah dimungkinkan dan telah berhasil dilakukan pada hewan percobaan, seperti tikus. Tetapi bisakah itu diterapkan pada seseorang dan, yang paling penting, apakah itu sepadan? Ini adalah masalah etika yang serius, dan beberapa moralis berpendapat bahwa jika terapi gen somatik adalah etis, maka bermain dengan genom manusia dan mengubah set gen keturunan kita tidak dapat diterima, jadi prosedur seperti itu harus dilarang.

Genomics - studi tentang seluruh genom

Kemajuan terbaru dalam pengurutan dan pengembangan sarana teknis untuk memproses sejumlah besar klon di perpustakaan gen telah memungkinkan para ilmuwan untuk mempelajari seluruh genom suatu organisme sekaligus. Urutan lengkap dari banyak spesies sekarang telah ditentukan, termasuk sebagian besar yang disebut organisme genetik model seperti E. coli, cacing gelang Caenorhabditis elegans;

dan, tentu saja, objek klasik genetika, lalat buah Drosophila melanogaster. Pada 1990-an, terlepas dari sejumlah gejolak dan kontroversi, sebuah proyek untuk mempelajari genom manusia (“Human Genome”) diluncurkan, didanai oleh National Institutes of Health. Di bulan Februari

PERS, 2004. - 448 hal: sakit.

Pada tahun 2001, sekelompok besar peneliti yang dipimpin oleh J. Craig Venter dari laboratorium swasta Celera Genomics membuat pernyataan tentang decoding awal genom manusia. Hasil kerja mereka dipublikasikan pada 16 Februari 2001 di jurnal Science.

Versi lain, yang diajukan oleh kelompok dari International Human Genome Sequencing Consortium, diterbitkan pada 13 Februari 2001 di jurnal Nature.

Kelahiran genomik dapat dianggap sebagai pertengahan abad ke-20, ketika ahli genetika memetakan semua kromosom organisme model berdasarkan frekuensi rekombinasi (lihat Bab 8). Namun, peta-peta ini hanya menunjukkan gen-gen yang alel mutannya diketahui, dan oleh karena itu peta-peta tersebut tidak dapat disebut lengkap. Urutan DNA lengkap memungkinkan Anda untuk menemukan semua gen dalam suatu organisme, serta menetapkan urutan basa di antara mereka.

Genomik dibagi menjadi struktural dan fungsional. Genomik struktural bertujuan untuk mengetahui secara pasti letak gen tertentu dalam DNA kromosom. Program komputer mengenali awal dan akhir khas gen, memilih urutan yang paling mungkin menjadi gen. Urutan seperti itu disebut buka bingkai baca(membuka

kerangka baca, OFR). Program komputer yang sama juga dapat mengenali intron tipikal dalam urutan OFR. Setelah intron diisolasi dari gen potensial, komputer menggunakan kode yang tersisa untuk menentukan urutan asam amino dalam protein. Kemudian protein potensial tersebut dibandingkan dengan protein yang sudah diketahui fungsinya dan urutannya sudah masuk ke dalam database. Berkat program semacam ini, yang disebut konservatisme evolusioner: bahwa untuk sebagian besar gen dalam organisme yang berbeda terdapat gen yang serupa. Dari sudut pandang perkembangan evolusioner, kesamaan ini dapat dimengerti: jika protein dari satu spesies biologis beradaptasi dengan baik untuk fungsinya, maka gennya ditransmisikan dalam bentuk yang sama atau dengan sedikit perubahan pada spesies yang diturunkan dari yang awal. Konservatisme evolusioner memungkinkan identifikasi gen yang terkait dengan gen tertentu dalam organisme lain. Dengan membandingkan gen yang dihasilkan dengan gen yang telah diketahui, seringkali dimungkinkan untuk menentukan fungsinya, dengan memeriksanya dalam eksperimen berikutnya.

Setelah semua gen potensial telah diidentifikasi, pemetaan genetik dimulai. Peta genetik manusia adalah diagram yang agak membingungkan dan beraneka ragam, karena setiap gen ditandai dengan warna tertentu tergantung pada fungsinya, yang ditetapkan dibandingkan dengan gen lain yang diketahui. Sebagian besar gen manusia, seperti gen semua eukariota pada umumnya, memiliki intron yang besar. Menurut perkiraan kasar, di antara urutan yang diterbitkan, sekitar sepertiga atau seperempatnya adalah intron. Anehnya, hanya sekitar 1,5% dari total genom manusia (sekitar 2,9 x 109 pasang

basa) mengandung urutan (ekson) yang mengkode protein. Juga, DNA ini tampaknya hanya mengandung 35.000-45.000 gen, yang lebih sedikit dari yang diperkirakan. Kami belum memahami bagaimana sejumlah kecil kode gen untuk organisme kompleks seperti itu.

Dua pertiga hingga tiga perempat dari genom berada di wilayah yang luas

Genetika / Barton Guttman, Anthony Griffiths, David Suzuki, Tara Cullis. - M.: ADIL-

PERS, 2004. - 448 hal: sakit.

Jumlah salinan DNA berulang pada orang yang berbeda tidak sama, sehingga dapat digunakan untuk menentukan identitas, termasuk dalam kedokteran forensik.

genomik fungsional

genomik fungsional adalah studi tentang fungsi gen pada tingkat seluruh genom. Meskipun gen potensial dapat diidentifikasi melalui kesamaannya dengan gen yang melakukan fungsi yang diketahui pada organisme lain, semua tebakan harus diuji terhadap organisme yang diteliti. Dalam beberapa organisme model, seperti ragi nutrisi, dimungkinkan untuk mematikan fungsi gen secara bergantian.Mematikan gen terjadi dengan mengganti bentuk fungsionalnya dengan bentuk yang dihapus pada vektor khusus. Kemudian dapatkan strain dengan gen yang dinonaktifkan dan evaluasi fenotipenya. Dalam program yang sedang berlangsung untuk menganalisis genom ragi nutrisi, beberapa ribu gen telah dimatikan satu per satu.

Metode lain dari genomik fungsional adalah bahwa mereka mempelajari mekanisme transkripsi pada tingkat seluruh genom. Metode ini didasarkan pada asumsi bahwa sebagian besar fenomena biologis adalah proses kompleks yang melibatkan banyak gen. Yang menarik bagi para peneliti adalah proses yang terkait dengan perkembangan organisme, yang kami sebutkan di Bab. 11. Jika transkripsi gen dipelajari dalam kondisi pertumbuhan yang berbeda, maka orang dapat memperoleh gambaran tentang jalur genetik lengkap dari perkembangan suatu organisme.

Tetapi bagaimana transkripsi dapat dipelajari pada tingkat genom yang luas? Sekali lagi, teknologi baru membantu para ilmuwan dalam hal ini. DNA masing-masing gen dalam genom atau beberapa bagian genom ditempatkan pada permukaan pelat kaca kecil yang disusun secara berurutan. Kemudian mereka terkena semua jenis mRNA yang ditemukan di sel organisme ini. DNA di piring diperoleh dalam dua

cara. Dalam satu metode, semua mRNA ditranskripsi balik untuk menghasilkan molekul DNA komplementer pendek yang sesuai dengan satu gen. Dengan cara lain, gen (atau bagian dari gen) disintesis satu basa pada satu waktu di area pelat tertentu. Sintesis dilakukan oleh robot yang membuka dan menutup

Genetika / Barton Guttman, Anthony Griffiths, David Suzuki, Tara Cullis. - M.: ADIL-

PERS, 2004. - 448 hal: sakit.

permukaan kaca dalam urutan tertentu. Rekaman dengan genom banyak organisme dapat dibeli dari perusahaan kimia.

Untuk mempelajari mekanisme transkripsi, semua mRNA dari tahap perkembangan tertentu diberi label dengan label fluoresen dan didistribusikan di atas permukaan pelat. MRNA ini menempel pada DNA masing-masing dan dapat dikenali dari tambalan bercahayanya. Karena posisi masing-masing DNA gen individu pada pelat diketahui sebelumnya, komputer menentukan gen mana yang ditranskripsi pada tahap perkembangan tertentu.

Jadi, dengan bantuan teknologi ini dan teknologi lainnya, ahli genetika mulai menemukan model umum organisasi makhluk hidup dari sisi fungsional dan struktural. Untuk memproses sejumlah besar informasi, cabang ilmu khusus muncul - bioinformatika. Dekade mendatang menjanjikan untuk menjadi masa penemuan yang benar-benar hebat.

Genetika / Barton Guttman, Anthony Griffiths, David Suzuki, Tara Cullis. - M.: ADIL-

PERS, 2004. - 448 hal: sakit.

Studi tentang konfigurasi spasial DNA dalam kromosom telah mengungkapkan penyebab penyakit manusia yang serius yang sebelumnya tidak diketahui.

Munculnya genomik 3D

Selama beberapa dekade yang telah berlalu sejak bukti fungsi genetik DNA pada 1940-an, gagasan bahwa ukuran jarak antara bagian mana pun dari genom adalah panjang rantai DNA yang memisahkan mereka tetap tidak berubah. Hari ini kita tahu bahwa kemampuan DNA untuk membentuk loop dan struktur kompleks lainnya memungkinkan gen dan elemen genom yang mengontrol pekerjaan mereka (peningkat) untuk menjadi dekat satu sama lain dalam ruang inti sel, bahkan jika mereka dipisahkan oleh fragmen DNA yang diperluas (Gbr. satu).

Dalam beberapa tahun terakhir, pendekatan baru telah muncul yang memungkinkan mempelajari pelipatan DNA genom dalam inti sel. Ini menandai awal dari pengembangan arah ilmiah, yang kami sebut genomik 3D. Dengan menggunakan pendekatan ini, ditunjukkan bahwa kromosom dibagi menjadi blok struktural dan fungsional - domain yang terkait secara topologi (TAD). Daerah genom dari satu TAD lebih sering berhubungan satu sama lain dibandingkan dengan daerah dari TAD tetangga. Hal ini memungkinkan untuk merepresentasikan TAD sebagai gulungan untai DNA yang relatif padat. Hasil dari banyak percobaan menunjukkan bahwa penambah hanya dapat mengaktifkan gen yang terletak di dalam TAD tempat penambahnya berada.

Dengan demikian, TAD memainkan peran penting dalam mengendalikan aktivitas gen. Penghapusan atau kerusakan pada segmen DNA yang memisahkan TAD yang berdekatan memungkinkan penambah untuk mengaktifkan gen yang biasanya tidak berfungsi dalam jenis sel ini, yang dapat menyebabkan penyakit serius seperti kanker, pelanggaran pembentukan karakteristik seksual, dan malfungsi dalam perkembangan embrio (Gbr. .2).

Di mana perbatasan antara TAD

Tapi apa yang memastikan pembagian genom menjadi TAD? Pekerjaan laboratorium kami memberikan kontribusi yang signifikan terhadap solusi masalah ini. Kami menemukan bahwa organisasi DNA genom menjadi TAD sebagian besar spontan dan diatur oleh hukum fisika sederhana. Karya kami telah diterbitkan di jurnal internasional bergengsi Penelitian Genom(Sergey V. Ulianov et al. Kromatin aktif dan transkripsi memainkan peran kunci dalam partisi kromosom menjadi domain yang berasosiasi secara topologi // Penelitian Genom, 2016, 26, hal. 70–84, doi: 10.1101/gr.196006.115), dia banyak dibicarakan di pers dan di televisi.

Inti dari hasil kami adalah bahwa batas TAD adalah wilayah genom yang mengandung gen "pemeliharaan", yaitu, gen yang bekerja di semua jenis sel dan diperlukan untuk mempertahankan proses seluler dasar. Karena sejumlah fitur, wilayah genom seperti itu tidak dapat dilipat menjadi butiran padat, sehingga menciptakan "penandaan" batas TAD dalam genom.

Penting untuk dicatat bahwa, selain berbagai teknik biokimia, kami menggunakan pemodelan struktur genom pada superkomputer Lomonosov dari Universitas Negeri Moskow, dan hasil pemodelan ini dengan jelas menunjukkan bahwa pelipatan DNA dalam sel individu dapat sangat bervariasi. (Gbr. 3).

Dari populasi sel ke sel individu

Dalam sebagian besar kasus, ratusan ribu dan bahkan jutaan sel dalam setiap percobaan harus digunakan dalam penelitian biologi molekuler. Ini disebabkan oleh fakta bahwa ada sangat sedikit molekul yang dipelajari dalam satu sel, dan ini membuatnya sangat sulit untuk bekerja dengan mereka.

Misalnya, jumlah DNA genom dalam satu sel manusia adalah sekitar seratus ribu juta kali lebih sedikit dari satu gram. Bekerja dengan sejumlah besar sel mengarah pada fakta bahwa hasil yang diperoleh dalam percobaan, sebagai suatu peraturan, memungkinkan untuk menetapkan nilai rata-rata, paling khas dari parameter fisiologi sel tertentu. Dalam arti, informasi yang diperoleh dapat disamakan dengan "suhu rata-rata" pasien di rumah sakit.

Bekerja dengan sejumlah besar sel, sebagai suatu peraturan, memungkinkan Anda untuk mengatur rata-rata, nilai paling khas dari parameter fisiologi sel tertentu, seperti "suhu rata-rata" pasien di rumah sakit

Tidak diragukan lagi, hasil studi populasi sel telah memungkinkan untuk menetapkan banyak keteraturan penting. Namun, diketahui bahwa sel-sel dari jenis yang sama, yang terlihat persis sama di bawah mikroskop, dapat berbeda dalam banyak parameter biokimia yang berbeda. Studi tentang fungsi genom dalam satu sel tunggal menjadi "tren zaman" dan telah memberikan kontribusi yang signifikan untuk memahami bagaimana penyetelan genom kita dilakukan. Penelitian semacam itu juga mempengaruhi perkembangan kedokteran, karena, misalnya, peristiwa yang terjadi dalam proporsi sel yang sangat kecil dapat memicu perkembangan tumor. Saat mempelajari populasi sel yang besar, kejadian seperti itu sering tidak diperhatikan.

Bekerja sama dengan rekan-rekan Austria dan Amerika, kami telah mengembangkan pendekatan eksperimental baru yang memungkinkan kami menganalisis pelipatan genom dalam sel individu. Dengan menggunakan pendekatan ini, kami mampu membangun peta yang jauh lebih detail dari organisasi spasial genom tikus daripada dalam karya rekan Inggris kami sebelumnya. Analisis data yang diperoleh, baru-baru ini diterbitkan dalam jurnal Alam(Ilya M. Flyamer et al. Hi-C inti tunggal mengungkapkan reorganisasi kromatin yang unik pada transisi oosit-ke-zigot // Alam, 544, hal. 110–114, doi: 10.1038/nature21711 ), memberikan bukti kuat bahwa pelipatan genom berbeda secara signifikan dalam sel individu (Gbr. 4). Menurut pendapat kami, ini menunjukkan bahwa ada penghitungan konstan berbagai konfigurasi genom dalam sel, dan ini memberikan kemungkinan adaptasi cepat terhadap perubahan kondisi lingkungan.

Meskipun dalam kebanyakan kasus lebih mudah untuk mempelajari populasi sel daripada sel individu, untuk beberapa jenis sel, pendekatan populasi tidak dapat digunakan sama sekali, karena sel-sel ini, seperti yang mereka katakan, adalah barang-barang kecil. Menggunakan pendekatan eksperimental kami, kami dapat mempelajari lipatan genom ayah dan ibu dalam telur tikus yang dibuahi (zigot).

Secara tidak terduga bagi kami sendiri, kami menemukan bahwa pelipatan DNA genom dalam nukleus ibu di dalam zigot pada dasarnya berbeda dari pelipatan genom dalam nukleus jenis sel lainnya. Dalam inti semua jenis sel yang dipelajari lainnya, daerah genom yang aktif dan "diam" diisolasi secara spasial satu sama lain. Dalam nukleus ibu zigot, sebaliknya, ini tidak diamati. Hasil kami menunjukkan bahwa konfigurasi genom dalam nukleus ibu adalah yang paling mendasar, sesuai dengan apa yang disebut keadaan totipotensi, yang memungkinkan untuk memperoleh berbagai jenis sel organisme dewasa dari satu zigot selama perkembangan embrionik.

Konfigurasi spasial genom dalam nukleus ibu adalah yang paling dasar dan memungkinkan Anda untuk mendapatkan berbagai jenis sel organisme dewasa dari satu telur yang dibuahi.

genomik dan kedokteran 3D

Ketika membahas berita biologi molekuler, sebagai aturan, mereka berbicara tentang "genom manusia", atau "DNA genom manusia", atau hanya tentang DNA. Tetapi penting untuk diingat bahwa inti sel dalam tubuh kita biasanya mengandung 23 molekul DNA yang berbeda, yang masing-masing membentuk kromosom terpisah, dan bersama-sama disebut genom.

Setiap kromosom dilipat dengan cara tertentu yang unik dan terletak di inti sel sedemikian rupa sehingga wilayah yang ditempati olehnya praktis tidak tumpang tindih dengan wilayah kromosom tetangga. Dalam pengertian ini, inti sel menyerupai bola dunia, di mana ada banyak negara bagian yang menempati wilayah tertentu dan dipisahkan oleh perbatasan.

Sejarah mengetahui banyak contoh bagaimana peristiwa di satu negara secara langsung mempengaruhi kehidupan di negara tetangga dan politik dunia pada umumnya. Dalam inti sel, situasinya kira-kira sama. Setiap perubahan dalam kerja genom, apakah itu awal atau penekanan ekspresi gen individu, atau munculnya salinan tambahan dari kromosom tertentu, dapat mempengaruhi kerja gen yang tidak terpengaruh secara langsung oleh perubahan ini dan terletak di keadaan kromosom lainnya.

Sebagai contoh, kami dapat menunjukkan hasil pekerjaan yang telah kami lakukan dengan rekan-rekan Prancis kami dari Institut Gustave Roussy. Hasil karya ini diterbitkan dalam jurnal hematologi bergengsi Darah(Jeanne Allinne et al. Relokalisasi perinukleolar dan nukleolin sebagai peristiwa penting dalam aktivasi transkripsi gen kunci dalam limfoma sel mantel // Darah, V.123, 13, hal. 2044–2053 doi:10.1182/darah-2013-06-510511). Kami telah menunjukkan dengan meyakinkan bahwa pergerakan sederhana dari gen tertentu dari satu wilayah nukleus ke yang lain dapat menyebabkannya diaktifkan dalam sel yang biasanya tidak berfungsi. Ini memicu seluruh rangkaian proses yang pada akhirnya mengarah pada perkembangan leukemia, akar penyebabnya akan sulit dipahami tanpa memperhitungkan struktur spasial genom.

Hanya memindahkan gen tertentu dari satu wilayah nukleus ke yang lain dapat memicu seluruh rangkaian proses yang akhirnya mengarah pada perkembangan leukemia.

Penting untuk dicatat bahwa penemuan mekanisme fundamental baru untuk terjadinya leukemia menciptakan dasar untuk mengembangkan cara untuk memerangi penyakit ini. Dengan demikian, studi pelipatan DNA genom dalam nukleus menarik tidak hanya untuk ilmu dasar, tetapi juga untuk kedokteran, berkontribusi pada pemahaman yang lebih dalam tentang mekanisme berbagai patologi.

Evolusi organisasi 3D genom

Karena organisasi tiga dimensi genom adalah salah satu alat untuk mengatur ekspresi gen, itu harus menjadi objek evolusi. Dalam pekerjaan baru-baru ini yang dilakukan di laboratorium kami, yang hasilnya diterbitkan dalam jurnal internasional berperingkat tinggi (Anastasia P. Kovina et al. Evolusi Organisasi 3D Genom: Perbandingan Gugus Gen Globin yang Menyatu dan Terpisah // Biologi dan Evolusi Molekuler, ay. 34, 6, hal. 1492–1504, doi: 10.1093/molbev/msx100), kami telah menunjukkan bahwa memang demikian.

Dengan menggunakan contoh evolusi kluster gen globin vertebrata, kami telah menunjukkan bahwa, saat mereka bergerak ke atas tangga evolusi, segmen linier kromosom hilang, sementara segmen yang disusun menjadi globul (kumparan) dipertahankan (Gbr. 5).

Kemungkinan besar, ini disebabkan oleh fakta bahwa pada mamalia peran penambah jarak jauh dalam regulasi aktivitas gen meningkat secara signifikan. Pembentukan kontak antara enhancer tersebut dan gen yang dikendalikan oleh mereka dipastikan dengan pembentukan loop DNA, yang mengarah pada pembentukan globules.

Pada vertebrata, saat mereka menaiki tangga evolusi, segmen linier kromosom hilang, sedangkan segmen yang disusun menjadi gumpalan (kusut) dipertahankan.

Catatan Akhir

Dalam beberapa tahun terakhir, ilmu pengetahuan dalam negeri sering dan dalam banyak kasus dikritik karena produktivitasnya yang rendah dan kurangnya pekerjaan tingkat internasional. Di atas, kami menunjukkan bagaimana satu laboratorium domestik yang relatif kecil berhasil bekerja di garis depan sains dunia, secara sistematis menerbitkan hasil karyanya di jurnal internasional paling bergengsi.

Implementasi semua pekerjaan di atas dimungkinkan berkat hibah besar dari Yayasan Sains Rusia. Nilai dukungan tersebut tidak dapat ditaksir terlalu tinggi, bukan hanya karena memberikan kesempatan untuk melakukan pekerjaan yang mahal, seperti pengurutan DNA besar-besaran. Tetapi yang lebih penting, hibah ini memberikan kesempatan untuk menarik peneliti muda untuk bekerja, memberikan alternatif yang masuk akal untuk pergi ke luar negeri. Setidaknya dalam biologi eksperimental, dukungan yang ditargetkan untuk tim yang bekerja di tingkat dunia (yang dapat dinilai dari keberadaan publikasi di jurnal internasional terkemuka), menurut kami, adalah cara paling langsung untuk kebangkitan sains di negara kita.

(dalam bahasa Inggris - genomics) adalah ilmu yang mempelajari genom. Jumlah informasi genom telah meningkat secara dramatis dalam beberapa tahun terakhir karena perbaikan dalam teknologi sekuensing DNA. GenBank, database NIH (US National Institutes of Health), per April 2011, berisi 135.440.924 sekuens DNA.

Tahun 1956 menjadi dasar dalam proses penelitian genetika manusia, sejak ilmu kromosom diciptakan pada tahun ini, dan kongres genetika manusia diadakan di Kopenhagen.

Evolusi ilmu apapun adalah karena penyempurnaan model dan teori, tetapi asumsi baru tidak membatalkan kebenaran lama, sehingga apa yang benar kemarin belum tentu salah hari ini. Hanya ilmu semu yang tidak berubah selama berabad-abad dan bangga akan hal ini seolah-olah itu semacam jaminan kualitas.

Kami dikepung di semua sisi oleh berbagai disiplin ilmu, lama dan baru, yang mengajarkan praktik medis dengan hasil yang luar biasa, perangkat revolusioner untuk mengukur kemampuan negatif dan positif.

Saat ini, tidak ada sektor dalam sains yang belum dieksplorasi di suatu tempat dan oleh seseorang di dunia: setiap hari, pusat penelitian raksasa di universitas, lembaga swasta, dan bahkan laboratorium kecil, menyebarkan sejumlah besar informasi baru tentang penelitian dan tambahan terbaru. .untuk mereka. Terkadang informasi ini cukup eksentrik, seperti di area seperti tembus pandang, perilaku seksual lalat di China, atau berat molekul bau, dan di area yang menyisakan ruang untuk skenario menarik, seperti yang terkait dengan konstruksi kehidupan di laboratorium atau penemuan planet baru yang bisa mengambil kehidupan baru ini.

Pelopor perlombaan untuk memperpanjang umur manusia adalah Craig Venter, ahli genetika, pengusaha, dan dermawan di balik Proyek Genom Manusia, yang mengatakan pada bulan Maret tahun ini bahwa proyek genomik terbarunya akan menggunakan modal $70 juta untuk membuat perusahaan baru bernama Human Longevity Inc ( HLI). Venter tidak sendirian dalam ambisinya. Misalnya, perusahaan Calico (California Life Company) memiliki tujuan untuk meningkatkan kesehatan masyarakat, memecahkan masalah penuaan dan penyakit terkait, dan Universitas California, San Diego - di mana mereka akan membagi genom kanker dan tumor HLI untuk semua pasien yang menderita. dari kanker dan siapa yang akan memberikan persetujuan Anda.

Sejak pengurutan pertama pada tahun 2011, genomik telah berkembang pesat, dan sekarang para ilmuwan kanker akan bergerak ke “perbatasan berikutnya dalam sains”, kata Lipman, direktur California Institute. "Sekarang kita berada dalam periode yang akan disamakan secara historis untuk genomik pembelahan sel kanker dengan periode 90-an untuk pengembangan Internet. Kami sedang mempelajari teknologi genom dan pembelahan dengan harapan hasil yang cepat dapat dicapai pada skala ini. 15-20 tahun sekarang dapat dicapai secara realistis dalam 1-2 tahun. Perang melawan kanker berkembang pesat dan ini hanyalah puncak gunung es."

Fakta dari bidang genomik:

. Pada April 2003, Proyek Genom Manusia selesai setelah 13 tahun penelitian. 2,7 miliar dolar diinvestasikan dalam proyek ini.
. Pada bulan Desember 2005, Cancer Genome Atlas, proyek percontohan selama 3 tahun senilai $100 juta, diluncurkan untuk mempelajari susunan genetik sel kanker.
. Pada Mei 2007, genom James Watson, salah satu penemu DNA, "diurutkan" secara keseluruhan dengan biaya hingga satu juta dolar.
. Sejak akhir tahun lalu, 23andMe telah menyediakan pengurutan genom hanya dengan $1.000.
. Saat ini, Proyek Genom Manusia sedang berlangsung. Setelah pengurutan, sekitar tiga miliar pasangan basa ditemukan yang membentuk DNA. Proyek ENCODE (Encyclopedia of DNA Elements), lahir dari kolaborasi internasional lebih dari 80 negara dan 35 kelompok penelitian, menjanjikan interpretasi informasi pertama untuk menggambarkan perilaku genom.

Para peneliti telah mampu memahami bagaimana dan di mana fungsi biologis tertentu muncul, menantang berbagai dogma dan evaluasi ulang tentang apa yang sampai kemarin dianggap DNA "tidak diinginkan" atau DNA non-kode (tidak aktif). "Data baru menunjukkan bahwa genom berisi sangat sedikit bagian yang tidak digunakan," menurut pernyataan dari Konsorsium dan Laboratorium Biologi Molekuler Eropa (EMBL-EBI), yang memimpin penelitian bersama dengan National Human Genome Research Institute. (NHGRI). ), Institut Kesehatan Nasional (NIH) di Amerika Serikat. Sanggahan mitos determinisme genetik oleh Proyek Genom Manusia menandai dimulainya era baru pasca-genomik.

Situasi budaya baru

Sampai saat ini, "rancangan" manusia, yaitu penciptaan semua karakteristiknya, dipercayakan kepada alam, tidak ada yang bisa campur tangan untuk memperbaiki manusia.
Setiap organisme baru lahir dari sel kecil. Dia mewarisi program leluhur dalam bentuk DNA, tetapi tidak mewarisi tubuh fisik leluhurnya. Dia mewarisi hati orang tuanya, tetapi dia memiliki hati yang baru. Semuanya dimulai dari awal, dari satu sel, tetapi dengan setiap kehidupan baru, program DNA bisa meningkat dan memburuk.
Sebelum menilai efek genomik, perlu dicatat bahwa tidak mungkin, dan bahkan tidak bertanggung jawab, mengabaikan metode manipulasi genetik hanya karena metode ini dapat digunakan oleh orang yang tidak bermoral dan egois untuk tujuan mereka sendiri.

Tidak ada lembaga pemerintah yang memiliki tongkat ajaib yang dapat membuat semua teknologi genomik menghilang. Masalah utama dalam pengembangan genomik bukanlah bagaimana menghalangi kemajuan ini, melainkan bagaimana memaksimalkan manfaat dan meminimalkan risiko.

Evaluasi kemungkinan genomik untuk kemungkinan terapeutik dan di bidang peningkatan latar belakang genetik tergantung pada prinsip-prinsip etika, yang akan diambil sebagai panduan.

Bagi mereka yang mendukung reproduksi manusia "di bawah pengawasan" dan yang bersedia menerima sebagai fakta, kemungkinan menggunakan metode buatan akan sangat mudah diterima dan manipulasi genetik, tetapi bagi seseorang, ini tidak dapat diterima.

Melampaui prinsip-prinsip yang menjadi dasar sains, umat manusia harus mengingat bahwa semua teknologi genomik yang digunakan pada manusia memiliki manusia di latar depan. Faktor ini menimbulkan banyak tanda tanya, termasuk pertanyaan tentang apa pengaruh rekayasa genetika terhadap keseimbangan ekosistem dan moralitas orang itu sendiri, yang pada akhirnya adalah penerima manfaat dari ilmu seperti genomik.

Sebelum berbicara langsung tentang konsekuensi yang dapat ditimbulkan oleh manipulasi genetik, kami mengklarifikasi bahwa keinginan untuk meningkatkan desain manusia, sebelum kelahiran, terutama merupakan pengaruh langsung pada seleksi, yaitu, "penghapusan apa yang berbeda, apa yang tidak sempurna, gagal". Ini seperti membuang embrio yang gagal ke tempat sampah selama prosedur IVF.

Dalam lingkungan ilmu seperti genomik, kita dapat berbicara tentang kemungkinan mendirikan jenis layanan baru, "layanan gen", yang harus memuaskan keinginan manusia untuk meningkatkan kumpulan gennya. Layanan ini, kemungkinan besar, akan dibayar dengan dukungan negara atau sangat komersial, di mana setiap orang, asalkan ia pelarut, akan dapat memperbaiki informasi genetiknya.

Tetapi keberadaan "layanan" ini tidak mungkin terjadi tanpa kemajuan teknis dan beberapa perubahan dalam mentalitas manusia.

Seperti obat apa pun, teknologi genomik baru dapat digunakan untuk "serum ke gen" di mana ada risiko jangka pendek atau jangka panjang. Selalu ada risiko bahwa gen yang memiliki aspek positif yang belum diketahui dan mungkin muncul di lingkungan yang berbeda akan dieliminasi. Misalnya, gen yang sama yang menyebabkan anemia sel sabit membuat tubuh lebih tahan terhadap malaria.

Sehubungan dengan terapi gen, kita harus mengasumsikan perubahan sel germinal sebagai konsekuensi dari terapi gen somatik. Dalam keadaan tertentu mungkin sah (harus dinilai apakah orang tersebut dapat diizinkan untuk bereproduksi setelah pengobatan atau tidak), karena modifikasi sel benih untuk pengobatan dapat menyebabkan perubahan warisan genetik generasi mendatang. Terapi gen embrio juga berkembang dan ada kebutuhan untuk melakukan eksperimen pada embrio. Wajar saja, sebelum kesuksesan dicapai dalam studi tersebut, akan banyak terjadi kegagalan, yang menyiratkan bahwa objek studi akan mati. Ya, atas nama ilmu pengetahuan dan untuk kepentingan generasi mendatang, pengorbanan ini dapat dibenarkan, tetapi ini tidak dapat dibenarkan dari sudut pandang etika.

Ini adalah bagian 1 dari sejarah genomik, yang disebut "Proyek Genomik". Pada bagian ini, saya akan mencoba berbicara secara populer tentang bagaimana metode pertama membaca urutan genetik muncul, terdiri dari apa, dan bagaimana genomik berpindah dari membaca gen individu ke membaca genom lengkap, termasuk genom lengkap orang tertentu.

Segera setelah penemuan Watson dan Crick (Gbr. 1), ilmu genomik lahir. Genomics adalah ilmu yang mempelajari genom organisme, yang melibatkan pembacaan intensif sekuens DNA lengkap (sequencing) dan pemetaannya ke dalam peta genetik. Ilmu ini juga mempertimbangkan interaksi antara gen dan alel gen dan keragamannya, pola dalam evolusi dan struktur genom. Perkembangan bidang ini begitu pesat sehingga hingga baru-baru ini editor teks seperti Microsoft Word tidak mengetahui kata "genome" dan mencoba mengoreksinya menjadi kata "gnome".

Beras. satuJames Watson (kiri) dan Francis Crick (kanan) - ilmuwan yang menemukan heliks ganda DNA

Pembacaan gen pertama adalah gen cangkang bakteriofag MS2, dipelajari di laboratorium Walter Fyers pada tahun 1972. Pada tahun 1976, gen bakteriofag lain juga dikenal - replikanya, gen yang bertanggung jawab untuk reproduksi partikel virus. Molekul RNA pendek sudah relatif mudah dibaca, tetapi molekul DNA besar belum bisa membaca dengan baik. Misalnya, urutan 24 huruf dari urutan gen operon laktosa yang diperoleh pada tahun 1973 oleh Walter Gilbert dan Allen Max dianggap sebagai terobosan signifikan dalam sains. Berikut urutannya:

5"—TGGAATTGTGAGCGGATAACAATT 3"
3"—ACCTTAACACTCGCCTATTGTTAA 5"

Teknik pembacaan DNA awal sangat tidak efisien dan menggunakan label DNA radioaktif dan metode kimia untuk membedakan nukleotida. Misalnya, seseorang dapat mengambil enzim yang memotong urutan nukleotida dengan probabilitas yang berbeda setelah huruf yang berbeda. Molekul DNA terdiri dari 4 huruf (nukleotida) A, T, G dan C, yang merupakan bagian dari heliks anti paralel ganda (dua rantai diarahkan berlawanan arah). Di dalam heliks ini, nukleotida berlawanan satu sama lain sesuai dengan aturan komplementaritas: berlawanan A dalam rantai lainnya adalah T, berlawanan G adalah C dan sebaliknya.

Gilbert dan Maxam menggunakan 4 jenis enzim. Satu potong setelah A atau G, tetapi lebih baik setelah A (A>G), potongan kedua lebih baik setelah G (G>A), yang ketiga setelah C, dan yang keempat setelah C atau T (C+T). Reaksi dilakukan dalam 4 tabung reaksi dengan masing-masing jenis enzim, kemudian produk ditempatkan pada gel. DNA adalah molekul bermuatan dan ketika arus dihidupkan itu berjalan dari minus ke plus. Molekul yang lebih kecil berjalan lebih cepat, sehingga molekul DNA yang dipotong berbaris panjang. Melihat 4 jalur gel, orang bisa tahu di urutan apa nukleotida berada.

Sebuah terobosan di bidang sekuensing DNA datang ketika ahli biokimia Inggris Frederick Sanger pada tahun 1975 mengusulkan apa yang disebut "metode terminasi untai" untuk membaca sekuens DNA. Tetapi sebelum berbicara tentang metode ini, perlu untuk memperkenalkan proses yang terjadi selama sintesis molekul DNA baru. Untuk sintesis DNA, diperlukan enzim - DNA-dependent DNA polymerase, yang mampu menyelesaikan konstruksi molekul DNA untai tunggal menjadi untai ganda. Untuk melakukan ini, enzim membutuhkan "benih" - primer, urutan DNA pendek yang dapat mengikat molekul beruntai tunggal panjang, yang ingin kita bangun menjadi molekul beruntai ganda. Nukleotida itu sendiri juga dibutuhkan dalam bentuk nukleotida trifosfat dan kondisi tertentu, seperti kandungan ion magnesium tertentu dalam medium dan suhu tertentu. Sintesis selalu berjalan satu arah dari ujung yang disebut 5' ke ujung yang disebut 3'. Tentu saja, untuk membaca DNA, Anda memerlukan sejumlah besar matriks - yaitu, salinan DNA yang akan dibaca.

Pada tahun 1975, Sanger datang dengan yang berikut. Dia mengambil nukleotida khusus (pengakhiran), yang, setelah bergabung dengan rantai molekul DNA yang sedang tumbuh, mengganggu perlekatan nukleotida berikutnya, yaitu, mereka "memecah" rantai. Kemudian dia mengambil 4 tabung reaksi, yang masing-masing dia menambahkan semua 4 jenis nukleotida dan satu jenis nukleotida terminasi dalam jumlah kecil. Jadi, dalam tabung reaksi di mana nukleotida pengakhiran "A" berada, sintesis setiap molekul DNA baru dapat terputus di tempat di mana "A" seharusnya berdiri, dalam tabung reaksi dengan pengakhiran "G" - di mana saja G harus berdiri, dan seterusnya. 4 jalur dari 4 tabung diaplikasikan pada gel (Gbr. 2) dan sekali lagi molekul terpendek "berlari" ke depan, dan yang terpanjang tetap di awal, dan dengan perbedaan pita dimungkinkan untuk membedakan nukleotida mana yang mengikuti. Untuk melihat pita, salah satu dari empat nukleotida (A, T, G, atau C) diberi label, tanpa mengubah sifat kimia, menggunakan isotop radioaktif.

Beras. 2Metode Sanger. Tiga seri dari 4 trek ditampilkan.

Dengan menggunakan metode ini, genom berbasis DNA pertama dibaca, genom bakteriofag X174, panjang 5,386 nukleotida (genom fag MS2 yang dibaca sebelumnya berbasis RNA dan memiliki genom 3,569 nukleotida).

Metode Sanger ditingkatkan secara signifikan di laboratorium Leroy Hood, di mana pada tahun 1985 label radioaktif diganti dengan label bercahaya dan berpendar. Ini memungkinkan untuk membuat pengurutan otomatis pertama: setiap molekul DNA sekarang dicat dengan warna berbeda tergantung pada huruf terakhirnya (nukleotida berlabel warna yang mengakhiri rantai). Fragmen dipisahkan berdasarkan ukuran pada gel, dan mesin secara otomatis membaca spektrum pendaran pita yang masuk, mengeluarkan hasilnya ke komputer. Sebagai hasil dari prosedur ini, kromatogram diperoleh (Gbr. 2), yang dengannya mudah untuk membuat urutan DNA hingga 1000 huruf, dengan jumlah kesalahan yang sangat kecil.

Beras. 3 Contoh kromatogram, pada pengurutan modern, menggunakan metode pemutusan rantai Sanger dan label bercahaya.

Selama bertahun-tahun, metode Sanger yang ditingkatkan akan menjadi metode utama pengurutan genom massal dan akan digunakan untuk banyak proyek genom, dan Sanger akan menerima Hadiah Nobel kedua dalam Kimia pada tahun 1980 (ia menerima yang pertama pada tahun 1958 untuk membaca asam amino urutan protein insulin, protein yang dibaca pertama). Genom lengkap pertama dari organisme seluler adalah genom bakteri yang menyebabkan beberapa bentuk pneumonia dan meningitis - Haemophilus influenzae pada tahun 1995. Genom bakteri ini panjangnya 1.830.137 nukleotida. Pada tahun 1998, genom pertama dari hewan multiseluler, cacing gelang, muncul Caenorhabditis elegans(Gbr. 4 di sebelah kanan), dengan 98 juta nukleotida, dan kemudian pada tahun 2000 genom tanaman pertama muncul - Arabidopsis thaliana(Gbr. 4 di sebelah kiri), kerabat lobak dan mustard. Genom tanaman ini panjangnya 157 juta nukleotida. Kecepatan dan skala sekuensing tumbuh pada tingkat yang mencengangkan, dan basis data sekuens nukleotida yang muncul diisi ulang lebih cepat dan lebih cepat.

Beras. 4 Arabidopsis thaliana(kiri) dan Caenorhabditis elegans(di kanan).

Akhirnya, giliran genom mamalia: genom tikus dan manusia. Ketika, pada tahun 1990, James Watson memimpin proyek pembacaan genom manusia secara penuh di National Institutes of Health (NIH) di AS, banyak ilmuwan yang skeptis terhadap gagasan tersebut. Proyek semacam itu membutuhkan investasi uang dan waktu yang sangat besar dan, mengingat kemampuan terbatas dari mesin yang ada untuk membaca genom, bagi banyak orang tampaknya tidak layak. Di sisi lain, proyek tersebut menjanjikan perubahan revolusioner dalam kedokteran dan pemahaman tentang struktur tubuh manusia, tetapi bahkan di sini ada masalah. Faktanya adalah bahwa pada saat itu tidak ada perkiraan pasti tentang jumlah gen dalam diri seseorang. Banyak yang percaya bahwa kompleksitas struktur tubuh manusia menunjukkan adanya ratusan ribu gen, dan mungkin beberapa juta, dan, oleh karena itu, memilah sejumlah gen, bahkan jika urutannya dapat dibaca, akan menjadi tugas yang mustahil. Di hadapan sejumlah besar gen, banyak yang menganggap perbedaan mendasar antara manusia dan hewan lain - pandangan yang kemudian dibantah oleh proyek genom manusia.

Gagasan membaca genom manusia lahir pada tahun 1986 atas inisiatif Departemen Energi AS, yang kemudian mendanai proyek tersebut bersama dengan NIH. Biaya proyek diperkirakan mencapai 3 miliar dolar, dan proyek itu sendiri dirancang selama 15 tahun dengan partisipasi sejumlah negara dalam proyek: Cina, Jerman, Prancis, Inggris Raya, dan Jepang. Untuk membaca genom manusia, apa yang disebut "kromosom bakteri buatan" (BAC - kromosom buatan bakteri) digunakan. Dalam pendekatan ini, genom dipotong menjadi beberapa bagian, panjangnya sekitar 150.000 ribu nukleotida. Fragmen ini dimasukkan ke dalam cincin kromosom buatan yang dimasukkan ke dalam bakteri. Dengan bantuan bakteri, kromosom ini berkembang biak, dan para ilmuwan mendapatkan banyak salinan dari fragmen yang sama dari molekul DNA. Setiap fragmen tersebut kemudian dibaca secara terpisah, dan potongan baca dari 150.000 nukleotida diplot pada peta kromosom. Metode ini memungkinkan pengurutan genom yang cukup akurat, tetapi sangat memakan waktu.

Tetapi proyek genom manusia telah bergerak dengan kecepatan yang sangat lambat. Ilmuwan Craig Venter dan perusahaannya Celera Genomics, yang didirikan pada tahun 1998, telah memainkan peran yang hampir sama dalam sejarah genomik sebagaimana Uni Soviet mempengaruhi Amerika ke bulan. Venter mengatakan perusahaannya akan menyelesaikan proyek genom manusia sebelum proyek pemerintah selesai. Proyek ini hanya akan membutuhkan $300 juta - sebagian kecil dari biaya proyek pemerintah yang menggunakan teknologi pengurutan "whole genome shotgun" yang baru - membaca fragmen pendek acak dari genom. Ketika Francis Collins, yang menggantikan James Watson sebagai kepala Proyek Membaca Genom Manusia pada tahun 1993, mengetahui niat Venter, dia terkejut. “ Kami akan membuat genom manusia, dan Anda dapat membuat tikus Venter menyarankan. Komunitas ilmiah khawatir, dan karena sejumlah alasan. Pertama, Venter berjanji akan menyelesaikan proyeknya pada 2001, 4 tahun lebih cepat dari jadwal proyek pemerintah. Kedua, Celera Genomics akan memanfaatkan proyek tersebut dengan membuat database absolut yang akan dibayar oleh perusahaan farmasi komersial.

Pada tahun 2000, Celera membuktikan keefektifan metode pengurutannya dengan menerbitkan genom lalat buah Drosophila, bersama dengan laboratorium ahli genetika Gerald Rubin (sebelumnya, seluruh genom shotgun digunakan untuk membaca genom pertama bakteri, tetapi hanya sedikit yang percaya bahwa metode ini cocok untuk genom besar). Tendangan dari perusahaan komersial inilah yang mendorong pengembangan metode pembacaan genom yang lebih baik dan lebih modern dalam Proyek Genom Manusia. Pada tahun 2001, versi awal genom diterbitkan oleh State Genomic Project dan Celera. Kemudian dibuat perkiraan awal jumlah gen dalam genom manusia, 30-40 ribu. Pada tahun 2004, versi final genom keluar, hampir dua tahun lebih cepat dari jadwal. Pada artikel terakhir, dikatakan bahwa jumlah gen pada seseorang seharusnya hanya 20-25 ribu. Jumlah ini sebanding dengan hewan lain, khususnya dengan cacing C.elegan.

Hampir tidak ada yang menduga bahwa jumlah gen yang memastikan kerja tubuh kita bisa begitu kecil. Kemudian, rincian lain diketahui: genom manusia memiliki panjang sekitar tiga miliar nukleotida, sebagian besar genom terdiri dari urutan non-coding, termasuk semua jenis pengulangan. Hanya sebagian kecil dari genom yang benar-benar mengandung gen - bagian DNA dari mana molekul RNA fungsional dibaca. Fakta menarik adalah bahwa ketika pengetahuan tentang genom manusia meningkat, jumlah gen yang diduga hanya menurun: banyak gen potensial ternyata adalah pseudogen (gen yang tidak berfungsi), dalam kasus lain, beberapa gen ternyata menjadi bagian yang sama. gen.

Tingkat pengurutan lebih lanjut meningkat secara eksponensial. Pada tahun 2005, genom Simpanse diterbitkan, yang mengkonfirmasi kesamaan yang menakjubkan antara monyet dan manusia, yang dilihat oleh ahli zoologi di masa lalu. Pada tahun 2008, genom 32 vertebrata telah dibaca sepenuhnya, termasuk kucing, anjing, kuda, kera, orangutan dan gajah, 3 genom deuterostome invertebrata, 15 genom serangga, 7 genom cacing, dan ratusan genom bakteri.

Akhirnya, pada tahun 2007, umat manusia mendekati kemungkinan pengurutan genom setiap orang. Orang pertama yang membaca genom individu secara lengkap adalah Craig Venter (Gbr. 4). Pada saat yang sama, genom dibaca sedemikian rupa sehingga memungkinkan untuk membandingkan kromosom Venter, yang diwarisi dari kedua orang tuanya. Dengan demikian, ditemukan bahwa antara satu dan set kromosom lainnya dalam satu orang terdapat sekitar tiga juta perbedaan nukleotida satu huruf, tidak termasuk sejumlah besar daerah yang bervariasi. Setahun kemudian, genom diploid lengkap James Watson diterbitkan (Gbr. 5). Genom Watson berisi 3,3 juta substitusi satu huruf dibandingkan dengan genom manusia beranotasi, yang lebih dari 10.000 mengakibatkan perubahan protein yang mengkode gennya. Genom Watson berharga $ 1 juta, yaitu, harga membaca genom telah turun lebih dari 3.000 kali dalam 10 tahun, tetapi ini bukan batasnya. Saat ini, para ilmuwan dihadapkan dengan tugas '1 genom - $1.000 - 1 hari', dan tampaknya tidak lagi mustahil dengan munculnya teknologi pengurutan baru. Bagian selanjutnya dari "cerita" akan menceritakan tentang mereka.

Beras. 5 James Watson dan Craig Venter adalah orang pertama yang membaca genom secara individual.

1. Watson J, Crick F: Struktur untuk Asam Nukleat Deoksiribosa. Alam 1953(171):737-738.
2. Min Jou W, Haegeman G, Ysebaert M, Fiers W. Urutan nukleotida dari pengkodean gen untuk protein mantel MS2 bakteriofag. Alam 1972, 237(5350):82-88.
3. Fiers W, Contreras R, Duerinck F, Haegeman G, Iserentant D, Merregaert J, Min Jou W, Molemans F, Raeymaekers A, Van den Berghe A dkk: Urutan nukleotida lengkap bakteriofag MS2 RNA: struktur primer dan sekunder dari replika gen. Alam 1976, 260(5551):500-507.
   
4. Gilbert W, Maxam A. Urutan nukleotida dari operator lac. Proc Natl Acad Sci USA 1973, 70(12):3581-3584.
   
5. Maxam AM, Gilbert W. Metode baru untuk pengurutan DNA. Proc Natl Acad Sci USA 1977, 74(2):560-564.
   
6. Sanger F, Nicklen S, Coulson AR. Pengurutan DNA dengan penghambat pemutus rantai. Proc Natl Acad Sci USA 1977, 74(12):5463-5467.
   
7. Smith LM, Sanders JZ, Kaiser RJ, Hughes P, Dodd C, Connell CR, Heiner C, Kent SB, Hood LE: Deteksi fluoresensi dalam analisis urutan DNA otomatis. Alam 1986, 321(6071):674-679.
   
8. Fleischmann RD, Adams MD, White O, Clayton RA, Kirkness EF, Kerlavage AR, Bult CJ, Tomb JF, Dougherty BA, Merrick JM dkk: Urutan acak seluruh genom dan perakitan Haemophilus influenzae Rd. Sains 1995, 269(5223):496-512.
   
9. Urutan genom dari nematoda C. elegans: platform untuk menyelidiki biologi. Sains 1998, 282(5396):2012-2018.
   
10. Analisis urutan genom tanaman berbunga Arabidopsis thaliana. Alam 2000, 408 (6814): 796-815.
    
11. Adams MD, Celniker SE, Holt RA, Evans CA, Gocayne JD, Amanatides PG, Scherer SE, Li PW, Hoskins RA, Galle RF dkk: Urutan genom Drosophila melanogaster. Sains 2000, 287(5461):2185-2195.
    
12. Venter JC, Adams MD, Myers EW, Li PW, Mural RJ, Sutton GG, Smith HO, Yandell M, Evans CA, Holt RA et al: Urutan genom manusia. Sains 2001, 291(5507):1304-1351.
    
13. Lander ES, Linton LM, Birren B, Nusbaum C, Zody MC, Baldwin J, Devon K, Dewar K, Doyle M, FitzHugh W et al: Urutan awal dan analisis genom manusia. Alam 2001, 409(6822):860-921.
    
14. Menyelesaikan urutan eukromatik genom manusia. Alam 2004, 431(7011)::931-945.
    
15. Urutan awal genom simpanse dan perbandingannya dengan genom manusia. Alam 2005, 437 (7055): 69-87.
    
16. Levy S, Sutton G, Ng PC, Feuk L, Halpern AL, Walenz BP, Axelrod N, Huang J, Kirkness EF, Denisov G et al: Urutan genom diploid dari individu manusia. PLoS Biol 2007, 5(10):e254.
17. Wheeler DA, Srinivasan M, Egholm M, Shen Y, Chen L, McGuire A, He W, Chen YJ, Makhijani V, Roth GT et al: Genom lengkap individu dengan sekuensing DNA paralel besar-besaran. Alam 2008, 452(7189):872-876.

Bagian 2 - di sini

Genomics biasanya disebut sebagai salah satu cabang dari biologi molekuler. Tugas utamanya terletak pada apa yang disebut sekuensing genom - studi tentang urutan nukleotida DNA dan RNA. Jangan bingung antara kata genetika dan genomik. Genetika berkaitan dengan studi tentang mekanisme hereditas dan variabilitas, dan genomik dirancang untuk mempraktekkan pengetahuan yang diperoleh.

Dari sejarah ilmu pengetahuan

Sebagai bidang khusus, genomik dibentuk pada 1980-1990 seiring dengan munculnya proyek pertama untuk pengurutan (analisis molekuler) genom spesies organisme hidup tertentu.

Struktur genomik

Dalam genomik modern, ada banyak subbagian:

• genomik komparatif atau evolusioner, didasarkan pada perbandingan organisasi dan isi genom berbagai organisme hidup;
• genomik fungsional - mempelajari secara rinci fungsi gen, dampaknya terhadap aktivitas gen;
• genomik struktural berkaitan dengan pengurutan, analisis molekuler DNA, atas dasar peta genomik yang dibuat dan dapat dibandingkan.

Mengapa kita membutuhkan genomik

Sejumlah besar genom dari berbagai mikroorganisme (terutama patogen) telah diuraikan. Hal ini memungkinkan untuk mencari gen target obat di sini dan untuk menghasilkan obat baru.

Genomik dianggap sebagai bagian integral dan penting dari biologi umum. Ia mampu memberikan kontribusi yang signifikan bagi pengembangan bioteknologi, pertanian, dan perawatan kesehatan.

Di sebuah rumah sakit di Wisconsin, seorang balita berusia tiga tahun membuat para dokter bingung untuk waktu yang lama. Pada anak ini, ususnya bengkak, dan hampir seluruhnya penuh dengan abses. Anak ini telah bertahan lebih dari seratus operasi pada usia tiga tahun. Bayi itu diberi urutan lengkap daerah pengkodean DNA-nya, dan penyebab penyakit itu diidentifikasi - protein XIAP, yang terlibat dalam rantai sinyal kematian sel terprogram, memainkan peran yang sangat penting dalam sistem kekebalan tubuh. Karena diagnosis, ahli fisiologi merekomendasikan transplantasi sumsum tulang. Bayi itu diselamatkan.

Kasus lain melibatkan kanker atipikal pada wanita berusia tiga puluh sembilan tahun yang menderita leukemia promyelocytic akut. Saat menggunakan metode diagnostik standar, penyakit ini tidak dapat dideteksi. Tetapi ketika menguraikan dan menganalisis genom sel kanker, adalah mungkin untuk mengetahui bahwa sebagian besar kromosom kelima belas pindah ke ketujuh belas, yang memicu interaksi gen tertentu. Pasien diberikan pengobatan yang memadai.