გენომიკა - მთელი გენომის შესწავლა

უახლესი მიღწევები თანმიმდევრობასა და განვითარებაში ტექნიკური საშუალებებიგადამუშავებისთვის დიდი რიცხვიკლონებმა გენთა ბიბლიოთეკაში მეცნიერებს საშუალება მისცეს ერთდროულად შეესწავლათ ორგანიზმის მთელი გენომი. ახლა უკვე დადგენილია მრავალი სახეობის სრული თანმიმდევრობა, მათ შორის ე.წ. სამოდელო გენეტიკური ორგანიზმების უმეტესობა, როგორიცაა E. coli;მრგვალი ჭია Caenorhabditis elegans;და, რა თქმა უნდა, გენეტიკის კლასიკური ობიექტი, ხილის ბუზი დროზოფილა მელანოგასტერი. 1990-იან წლებში, მთელი რიგი უსიამოვნებებისა და უთანხმოების მიუხედავად, დაიწყო ადამიანის გენომის შესწავლის პროექტი („ადამიანის გენომი“), რისთვისაც თანხები გამოიყო. ეროვნული ინსტიტუტიჯანმრთელობა. 2001 წლის თებერვალში დიდი ჯგუფიკერძო ლაბორატორიის Celera Genemix-ის მკვლევარებმა J. Craig Venter-ის ხელმძღვანელობით გააკეთეს განცხადება ადამიანის გენომის წინასწარი დეკოდირების შესახებ. მათი მუშაობის შედეგი გამოქვეყნდა 2001 წლის 16 თებერვალს ჟურნალში Science.

კიდევ ერთი ვერსია, წარმოდგენილი ჯგუფის მიერ საერთაშორისო ადამიანის გენომის თანმიმდევრობის კონსორციუმის მიერ, გამოქვეყნდა 2001 წლის 13 თებერვალს ჟურნალში Nature.

გენომიკის დაბადება შეიძლება ჩაითვალოს მე-20 საუკუნის შუა ხანად, როდესაც გენეტიკოსებმა შეადგინეს მოდელი ორგანიზმების ყველა ქრომოსომა რეკომბინაციების სიხშირის საფუძველზე (იხ. თავი 8). თუმცა, ამ რუქებზე ნაჩვენები იყო მხოლოდ ის გენები, რომლებისთვისაც ცნობილი იყო მუტანტური ალელები და, შესაბამისად, ასეთ რუქებს არ შეიძლება ეწოდოს სრული. დნმ-ის სრული თანმიმდევრობა საშუალებას გაძლევთ დაადგინოთ ორგანიზმის ყველა გენი, ასევე დაადგინოთ მათ შორის ფუძეების თანმიმდევრობა.

გენომიკა იყოფა სტრუქტურულ და ფუნქციურ. სტრუქტურული გენომიკა მიზნად ისახავს ზუსტად გაარკვიოს, თუ სად მდებარეობს გარკვეული გენები ქრომოსომულ დნმ-ში. კომპიუტერული პროგრამები აღიარებენ გენების ტიპურ საწყისს და დასასრულს, ირჩევენ იმ თანმიმდევრობებს, რომლებიც, სავარაუდოდ, გენებია. ასეთ თანმიმდევრობას ე.წ ღია კითხვის ჩარჩო (OFR).Იგივე კომპიუტერული პროგრამებიასევე შეუძლია ტიპიური ინტრონების ამოცნობა OFR თანმიმდევრობებში. მას შემდეგ, რაც ინტრონები იზოლირებულია პოტენციური გენიდან, კომპიუტერი იყენებს დარჩენილ კოდს ცილაში ამინომჟავების თანმიმდევრობის დასადგენად. შემდეგ ეს პოტენციური ცილები შედარებულია იმ პროტეინებთან, რომელთა ფუნქციები უკვე ცნობილია და რომელთა თანმიმდევრობაც უკვე შეყვანილია მონაცემთა ბაზაში. ამგვარი პროგრამების წყალობით ე.წ ევოლუციური კონსერვატიზმი:რომ სხვადასხვა ორგანიზმის გენების უმეტესობისთვის არის მსგავსი გენები. ევოლუციური განვითარების თვალსაზრისით, ეს მსგავსება გასაგებია: თუ ერთი ბიოლოგიური სახეობის ცილა კარგად არის ადაპტირებული თავის ფუნქციებზე, მაშინ მისი გენი გადაეცემა იმავე ფორმით ან მცირე ცვლილებებისაწყისიდან წარმოებულ სახეობებს. ევოლუციური კონსერვატიზმი იძლევა მოცემულ გენთან დაკავშირებული გენების იდენტიფიცირების საშუალებას სხვა ორგანიზმებში. მიღებული გენის უკვე ცნობილებთან შედარებით, ხშირად შესაძლებელია მისი ფუნქციის დადგენა, რაც აუცილებლად უნდა შემოწმდეს შემდგომ ექსპერიმენტებში.

მას შემდეგ, რაც ყველა პოტენციური გენი იდენტიფიცირებულია, გენეტიკური რუქა იწყება. ადამიანის გენეტიკური რუკა საკმაოდ დამაბნეველი და ჭრელი დიაგრამაა, რადგან თითოეული გენი აღინიშნება გარკვეული ფერით, მისი ფუნქციიდან გამომდინარე, რომელიც დადგენილია სხვა ცნობილ გენებთან შედარებით. ადამიანის გენების უმეტესობას, ისევე როგორც ზოგადად ყველა ევკარიოტის გენს, აქვს დიდი ინტრონები. უხეში შეფასებით, გამოქვეყნებულ თანმიმდევრობებს შორის დაახლოებით მესამედი ან მეოთხედია ინტრონები. საინტერესოა, რომ მთელი ადამიანის გენომის მხოლოდ 1,5% (დაახლოებით 2,9 x 109 ბაზის წყვილი) შეიცავს თანმიმდევრობებს (ეგზონებს), რომლებიც კოდირებენ ცილებს. ასევე, როგორც ჩანს, ეს დნმ შეიცავს მხოლოდ 35,000-45,000 გენს, რაც ნავარაუდევზე ნაკლებია. ჩვენ ჯერ კიდევ არ უნდა გავიგოთ, თუ როგორ იწერს გენების შედარებით მცირე რაოდენობა ასეთი რთული ორგანიზმისთვის.

განმეორებადი დნმ-ის ასლების რაოდენობა განსხვავებული ხალხიარ არის იგივე, ამიტომ მათი გამოყენება შესაძლებელია პირადობის დასადგენად, მათ შორის სასამართლო მედიცინაში.

ფუნქციური გენომიკაარის გენის ფუნქციის შესწავლა მთელი გენომის დონეზე. მიუხედავად იმისა, რომ პოტენციური გენების იდენტიფიცირება შესაძლებელია გენებთან მათი მსგავსებით, რომლებიც ასრულებენ ცნობილ ფუნქციებს სხვა ორგანიზმებში, ყველა ვარაუდი უნდა შემოწმდეს შესასწავლი ორგანიზმის წინააღმდეგ. ზოგიერთ მოდელ ორგანიზმში, როგორიცაა კვების საფუარი, შესაძლებელია გენების ფუნქციის სისტემატური გამორთვა სათითაოდ. გენის გამორთვახდება მისი ფუნქციური ფორმის შეცვლით წაშლილი ფორმით სპეციალურ ვექტორზე. შემდეგ მიიღეთ ინვალიდი გენის მქონე შტამი და შეაფასეთ მისი ფენოტიპი. კვების საფუარის გენომის ანალიზის მიმდინარე პროგრამაში რამდენიმე ათასი გენი სათითაოდ გამორთულია.

ფუნქციური გენომიკის კიდევ ერთი მეთოდი არის ის, რომ ისინი სწავლობენ ტრანსკრიპციის მექანიზმს მთელი გენომის დონეზე. ეს მეთოდიიმ ვარაუდზე დაყრდნობით, რომ უმეტესობა ბიოლოგიური მოვლენებიწარმოდგენა რთული პროცესებიბევრ გენს მოიცავს. მკვლევარებისთვის განსაკუთრებით საინტერესოა ორგანიზმის განვითარებასთან დაკავშირებული პროცესები, რომლებიც აღვნიშნეთ თავში. 11. თუ გენის ტრანსკრიფცია შესწავლილია ქ სხვადასხვა პირობებიზრდა, მაშინ შეგიძლიათ მიიღოთ წარმოდგენა ორგანიზმის განვითარების სრულ გენეტიკურ გზებზე.

მაგრამ როგორ შეიძლება ტრანსკრიფციის შესწავლა გენომის მასშტაბით? ისევ ახალი ტექნოლოგიები ეხმარება მეცნიერებს ამაში. გენომის თითოეული გენის დნმ ან გენომის ზოგიერთი ნაწილი მოთავსებულია თანმიმდევრულად მოწყობილი პატარა შუშის ფირფიტების ზედაპირზე. შემდეგ ისინი ექვემდებარებიან უჯრედში ნაპოვნი mRNA-ს ყველა ტიპს მოცემული ორგანიზმი. ფირფიტებზე დნმ მიიღება ორი გზით. ერთი გზით, ყველა mRNA-ს ექვემდებარება საპირისპირო ტრანსკრიფციაერთი გენის შესაბამისი დნმ-ის მოკლე დამატებითი მოლეკულების მისაღებად. სხვა გზით, გენები (ან გენების ნაწილები) სინთეზირდება თითო ფუძეზე, ფირფიტების გარკვეულ ადგილებში. სინთეზს ახორციელებენ რობოტები, რომლებიც ხსნიან და ხურავენ შუშის ზედაპირს გარკვეული თანმიმდევრობით. მრავალი ორგანიზმის გენომის მქონე ჩანაწერების შეძენა შესაძლებელია ქიმიური კომპანიებისგან.

გენომიკას ჩვეულებრივ ერთ-ერთ ტოტს უწოდებენ მოლეკულური ბიოლოგია. მისი მთავარი ამოცანაა ეგრეთ წოდებული გენომის თანმიმდევრობა - დნმ-ისა და რნმ-ის ნუკლეოტიდური თანმიმდევრობების შესწავლა. არ აურიოთ სიტყვები გენეტიკა და გენომიკა. გენეტიკა ეხება მემკვიდრეობისა და ცვალებადობის მექანიზმების შესწავლას, გენომიკა კი შექმნილია მიღებული ცოდნის პრაქტიკაში გამოსაყენებლად.

მეცნიერების ისტორიიდან

როგორც განსაკუთრებული სფერო, გენომიკა ჩამოყალიბდა 1980-1990 წლებში გენომების თანმიმდევრობის (მოლეკულური ანალიზის) პირველი პროექტების გაჩენასთან ერთად. გარკვეული ტიპებიცოცხალი ორგანიზმები.

გენომიკის სტრუქტურა

თანამედროვე გენომიკაში მრავალი ქვეგანყოფილებაა:

• შედარებითი ან ევოლუციური გენომიკა, იგი ეფუძნება სხვადასხვა ცოცხალი ორგანიზმის გენომის ორგანიზაციისა და შინაარსის შედარებას;
• ფუნქციური გენომიკა - დეტალურად შეისწავლის გენების ფუნქციებს, მათ გავლენას გენის აქტივობაზე;
• სტრუქტურული გენომიკა ეხება თანმიმდევრობას, დნმ-ის მოლეკულურ ანალიზს, რომლის საფუძველზეც იქმნება გენომიური რუქები და შესაძლებელია მათი შედარება.

რატომ გვჭირდება გენომიკა?

გაშიფრულია სხვადასხვა მიკროორგანიზმების (ძირითადად პათოგენური) გენომის დიდი რაოდენობა. ეს შესაძლებელს ხდის აქ წამლის სამიზნე გენების მოძიებას და ახალი წამლების წარმოებას.

გენომიკა აღიქმება როგორც განუყოფელი, აუცილებელი ნაწილი ზოგადი ბიოლოგია. მას შეუძლია მნიშვნელოვანი წვლილი შეიტანოს ბიოტექნოლოგიის განვითარებაში, სოფლის მეურნეობა, ჯანმრთელობის დაცვა.

ვისკონსინის საავადმყოფოში სამი წლის ბავშვი ექიმებს დიდი ხნის განმავლობაში აწუხებდა. ამ ბავშვში ნაწლავები შეშუპებული იყო და თითქმის მთლიანად იყო გაჟღენთილი აბსცესებით. ამ ბავშვს სამი წლის ასაკში ასზე მეტი ოპერაცია გადაურჩა. ბავშვს გადაეცა მისი დნმ-ის კოდირების რეგიონების სრული თანმიმდევრობა, გამოვლინდა დაავადების დამნაშავე - XIAP ცილა, რომელიც ჩართულია დაპროგრამებული უჯრედების სიკვდილის სასიგნალო ჯაჭვებში, ძალიან თამაშობს. მნიშვნელოვანი როლიიმუნურ სისტემაში. დიაგნოზიდან გამომდინარე, ფიზიოლოგებმა რეკომენდაცია გაუწიეს ძვლის ტვინის გადანერგვას. ბავშვი გადაარჩინა.

კიდევ ერთი შემთხვევა ეხებოდა ატიპიურ კიბოს ოცდაცხრამეტი წლის ქალში, რომელსაც აწუხებდა პრომიელოციტური ლეიკემიის მწვავე ფორმა. სტანდარტული დიაგნოსტიკური მეთოდების გამოყენებისას, დაავადება ვერ გამოვლინდა. მაგრამ გენომის გაშიფვრისა და ანალიზის დროს კიბოს უჯრედებიშესაძლებელი გახდა იმის გარკვევა, რომ მეთხუთმეტე ქრომოსომის დიდი ნაწილი გადავიდა მეჩვიდმეტეზე, რამაც გამოიწვია გარკვეული გენის ურთიერთქმედება. პაციენტს დაუნიშნა ადეკვატური მკურნალობა.

პირველი პროექტი, 2003 წელი - პროექტის დასრულება). მისი განვითარება შესაძლებელი გახდა არა მხოლოდ ბიოქიმიური მეთოდების გაუმჯობესების, არამედ უფრო მძლავრი გაჩენის გამო. კომპიუტერული მეცნიერებარამაც შესაძლებელი გახადა უზარმაზარ მოცულობის მონაცემებთან მუშაობა. ცოცხალ ორგანიზმებში გენომის სიგრძე ზოგჯერ იზომება მილიარდობით ბაზის წყვილში. მაგალითად, ადამიანის გენომი არის დაახლოებით 3 მილიარდი ბაზის წყვილი. ყველაზე დიდი ცნობილი (2010 წლის დასაწყისში) გენომი მიეკუთვნება ფილტვის თევზის ერთ-ერთ სახეობას (დაახლოებით 110 მილიარდი წყვილი).

გენომიკის სექციები

სტრუქტურული გენომიკა

სტრუქტურული გენომიკა – გენომიური ინფორმაციის შინაარსი და ორგანიზაცია. ის მიზნად ისახავს ცნობილი სტრუქტურის მქონე გენების შესწავლას მათი ფუნქციის გასაგებად, ასევე დადგენის მიზნით სივრცითი სტრუქტურა"საკვანძო" ცილის მოლეკულების მაქსიმალური რაოდენობა და მისი გავლენა ურთიერთქმედებებზე.

ფუნქციური გენომიკა

ფუნქციური გენომიკა არის გენომში ჩაწერილი ინფორმაციის იმპლემენტაცია გენიდან თვისებამდე.

შედარებითი გენომიკა

შედარებითი გენომიკა (ევოლუციური) - გენომების შინაარსისა და ორგანიზაციის შედარებითი კვლევები სხვადასხვა ორგანიზმები.

სრული გენომის თანმიმდევრობების მიღებამ ნათელი მოჰფინა სხვადასხვა ცოცხალი ორგანიზმის გენომებს შორის განსხვავებების ხარისხს. ქვემოთ მოცემულ ცხრილში მოცემულია წინასწარი მონაცემები სხვადასხვა ორგანიზმების გენომის ადამიანის გენომთან მსგავსების შესახებ. მსგავსება მოცემულია პროცენტულად (ასახავს ბაზის წყვილების პროპორციას, რომლებიც იდენტურია ორ შედარებულ სახეობაში).

ხედი	მსგავსება	შენიშვნები და წყაროები
კაცი	99,9 %	ადამიანის გენომის პროექტი
	100 %	იდენტური ტყუპები
შიმპანზე	98,4 %	ამერიკელები სამედიცინო პროგრესისთვის;
	98,7 %	რიჩარდ მიურალი Celera Genomics-დან, ციტირებულია MSNBC-ზე
ბონობო, ან პიგმეი შიმპანზე		იგივეა რაც შიმპანზეებისთვის.
გორილა	98,38 %	ინტერგენური არაგანმეორებადი დნმ-ის კვლევის საფუძველზე (American Journal of Human Genetics, 2001 წლის თებერვალი, 682, გვ. 444-456)
მაუსი	98 %
	85 %	ცილების კოდირების ყველა თანმიმდევრობის შედარებისას, NHGRI
ძაღლი	95 %	ჯონ ენტინი სან-ფრანცისკოს ექსამინერზე
C.elegans	74 %	ჯონ ენტინი სან-ფრანცისკოს ექსამინერზე
ბანანი	50 %	ამერიკელები სამედიცინო პროგრესისთვის
ნარცისი	35 %	სტივენ როუზი The Guardian-ში 22 იანვარს

მედიცინაში გენომიკის გამოყენების მაგალითები

ვისკონსინის საავადმყოფოში სამი წლის ბავშვი ექიმებს დიდი ხნის განმავლობაში აწუხებდა, ნაწლავები შეშუპებული და მთლიანად აბსცესებით იყო გაჟღენთილი. სამი წლის ასაკში ამ ბავშვს ასზე მეტი ცალკე ოპერაცია განიცადა. მისთვის დაეკვეთა მისი დნმ-ის კოდირების რეგიონების სრული თანმიმდევრობა, შედეგების მიხედვით, იმპროვიზირებული საშუალებების დახმარებით, გამოვლინდა დაავადების დამნაშავე - XIAP ცილა, რომელიც მონაწილეობს დაპროგრამებული უჯრედების სიკვდილის სასიგნალო ჯაჭვებში. ზე ნორმალური ოპერაციაის ძალიან მნიშვნელოვან როლს ასრულებს იმუნურ სისტემაში. ამ დიაგნოზიდან გამომდინარე, ფიზიოლოგებმა რეკომენდაცია გაუწიეს ძვლის ტვინის ტრანსპლანტაციას 2010 წლის ივნისში. ივნისის შუა რიცხვებისთვის ბავშვს უკვე შეეძლო ცხოვრებაში პირველად ჭამა.

კიდევ ერთი შემთხვევა ასოცირდება ატიპიურთან კიბო 39 წლის ქალში დაავადებული მწვავე ფორმაპრომიელოციტური ლეიკემია. ზე სტანდარტული მეთოდებიდიაგნოზი, თუმცა დაავადება არ იყო გამოვლენილი. მაგრამ კიბოს უჯრედების გენომის გაშიფვრისა და ანალიზის დროს აღმოჩნდა, რომ მე-15 ქრომოსომის დიდი ნაწილი გადავიდა მე-17-ში, რამაც გამოიწვია გარკვეული გენის ურთიერთქმედება. შედეგად ქალმა მიიღო საჭირო მკურნალობა.

შენიშვნები

იხილეთ ასევე

ბმულები

• ტიშჩენკო P.D. გენომიკა: მეცნიერების ახალი ტიპი ახალ კულტურულ სიტუაციაში.
• სრული მიკრობული გენომები (ბაქტერიების და არქეების სრულად გაშიფრული გენომები).

გენომიკა
გენომის პროექტი პალეოპოლიპლოიდი გლიკომიკა ადამიანის გენომი პროექტი პროტეომიკა მეტაბოლომიკა ქიმიოგენომიკა სტრუქტურული გენომიკა ფარმაკოგენეტიკა ფარმაკოგენომიკა ტოქსიკოგენომიკა გამოთვლითი გენომიკა ბიოინფორმატიკა ქიმიოინფორმატიკის სისტემები ბიოლოგია

ფონდი ვიკიმედია. 2010 წ.

სინონიმები:

ნახეთ, რა არის „გენომიკა“ სხვა ლექსიკონებში:

გენომიკა- * გენომიკა * გენომიკა არის გენეტიკის ახალი მიმართულება, გენომის მეცნიერება, მათ შორის მათი სტრუქტურის, ფუნქციონირებისა და ევოლუციის შესწავლა მოლეკულურ, ქრომოსომულ, ბიოქიმიურ, ფიზიოლოგიური დონეები. სტრუქტურული გ-ის ერთ-ერთი ამოცანაა ... ... გენეტიკა. ენციკლოპედიური ლექსიკონი

არსებობს, სინონიმების რაოდენობა: 1 გენეტიკა (11) ASIS სინონიმების ლექსიკონი. ვ.ნ. ტრიშინი. 2013... სინონიმური ლექსიკონი

გენომიკა- მეცნიერება, რომელიც სწავლობს ყველა გენს და მათ როლს სხეულის სტრუქტურაში, როგორც ნორმალური მდგომარეობადა დაავადების შემთხვევაში ბიოტექნოლოგიის საგნები EN გენომიკა… ტექნიკური მთარგმნელის სახელმძღვანელო

გენომიკა- პიროვნების, კერძოდ, გენომის კითხვა და მასთან დაკავშირებული სამეცნიერო და ტექნიკური აქტივობები: ஐ აშკარაა, რომ ტექნობიოლოგიის მიმართულებების დიფერენცირება დაუსჯელობით უფრო ადვილი იყო, რადგან მოწოდებული იყო პლაგიატზე და გაუმჯობესებაზეც კი... .. . ლემის სამყარო - ლექსიკონი და გზამკვლევი

გენომიკა- გენომიკა გენომიკა გენების მთელი ნაკრების შესწავლა, რომლებიც ქმნიან ორგანიზმს... ნანოტექნოლოგიის ინგლისურ-რუსული განმარტებითი ლექსიკონი. - მ.

გენომიკა- გენომიკის სტატუსის T sritis augalininkystė apibrėžtis Nauja geneticos kryptis, kuri apima genomo genomo individualių genų molekulių lygyje, geno sandaros, jo raiškos, aktyvume reguliavimo mechanizmo ir genų panaudojime… Žemės ūkio augalų selekcijos ir sėklininkystės terminų žodynas

გენეტიკის ფილიალი, რომელიც სწავლობს გენომის სტრუქტურას და ფუნქციონირებას. ორგანიზმების დახმარებით ბიოლ., ფიზი. ქიმ. და კომპიუტერული მეთოდები … ბუნებისმეტყველება. ენციკლოპედიური ლექსიკონი

გენომიკა- გენის ომიკა და... რუსული მართლწერის ლექსიკონი

გენომიკა- გენეტიკის განყოფილება, რომლის საგანია გენომის აგების პრინციპებისა და მათი სტრუქტურის შესწავლა. ფუნქციური ორგანიზაცია … ფსიქოგენეტიკის ლექსიკონი

ცდილობს აღწეროს მოცემული გენომის მიერ კოდირებული თითოეული ცილის სამგანზომილებიანი სტრუქტურა. გამოიყენება ექსპერიმენტული და მოდელირების მიდგომების კომბინაცია. ფუნდამენტური განსხვავება სტრუქტურულ გენომიკასა და ტრადიციულ სტრუქტურულ ... ... ვიკიპედიას შორის

წიგნები

• კლინიკური გენეტიკა. მემკვიდრეობითი პათოლოგიის გენომიკა და პროტეომიკა. სახელმძღვანელო. Vulture UMO კლასიკური საუნივერსიტეტო განათლების შესახებ, მუტოვინი გენადი რომანოვიჩი. წიგნში განხილულია კლინიკური გენეტიკის ძირითადი დებულებები და ცნებები საერთაშორისო სამეცნიერო პროგრამის `ადამიანის გენომის~ (1988-2005) შედეგების გათვალისწინებით. ისტორია, დებულებები,…

მე-20 საუკუნის ბოლოს მოლეკულური ტექნოლოგიები იმდენად ინტენსიურად განვითარდა, რომ შეიქმნა წინაპირობები გენომის სტრუქტურის სისტემატური შესწავლისთვის. განსხვავებული ტიპებიცოცხალი არსებები, მათ შორის ადამიანები. ამ პროექტების ერთ-ერთი ყველაზე მნიშვნელოვანი მიზანია გენომიური დნმ-ის სრული ნუკლეოტიდური თანმიმდევრობის დადგენა. ამრიგად, ახალი მეცნიერება დაიბადა - გენომიკა.

ახალი ათასწლეულის დასაწყისი აღინიშნა გენომიკის სფეროში ყველაზე დიდი აღმოჩენით - გაიშიფრა ადამიანის გენომის სტრუქტურა. სიახლე იმდენად მნიშვნელოვანი აღმოჩნდა, რომ მსოფლიოს წამყვანი ქვეყნების პრეზიდენტების განხილვის საგანი გახდა. თუმცა, ბევრს არ მოეწონა ეს შეტყობინება. უპირველეს ყოვლისა, ეს გამოწვეულია იმის გაუგებრობით, თუ რა არის გენომი, როგორია მისი სტრუქტურა და რას ნიშნავს მისი გაშიფვრა? აქვს თუ არა რაიმე კავშირი ამ სიახლეს მედიცინასთან და შეიძლება თუ არა ის თითოეულ ჩვენგანს შეეხოს? რა არის მოლეკულური მედიცინა და უკავშირდება თუ არა მისი განვითარება გენომის სტრუქტურის გაშიფვრას? უფრო მეტიც, ზოგიერთს ამის შიში აქვს კიდევ ერთხელმეცნიერთა ახალი აღმოჩენა კაცობრიობისთვის? გამოყენებული იქნება თუ არა ეს მონაცემები სამხედრო მიზნებისთვის? ამას მოჰყვება თუ არა ზოგადი სავალდებულო გენეტიკური გამოკვლევა - მოსახლეობის ერთგვარი გენეტიკური პასპორტიზაცია? იქნება თუ არა ჩვენი გენომი ანალიზის საგანი და რამდენად კონფიდენციალური იქნება მიღებული ინფორმაცია? ყველა ეს საკითხი ამჟამად აქტიურად განიხილება სამეცნიერო საზოგადოებაში.

რა თქმა უნდა, გენომიკა არ დაიწყო ადამიანებით, არამედ ბევრად უფრო მარტივად ორგანიზებული ცოცხალი არსებებით. ამჟამად გაშიფრულია მრავალი ასეული სახეობის მიკროორგანიზმების გენომის დნმ-ის ნუკლეოტიდური თანმიმდევრობა, რომელთა უმეტესობა პათოგენურია. პროკარიოტებისთვის ანალიზის სისრულე აბსოლუტური აღმოჩნდა, ანუ არც ერთი ნუკლეოტიდი არ რჩება გაუშიფრავი! შედეგად, იდენტიფიცირებულია არა მხოლოდ ამ მიკროორგანიზმების ყველა გენი, არამედ განისაზღვრება მათ მიერ დაშიფრული ცილების ამინომჟავების თანმიმდევრობა. ჩვენ არაერთხელ აღვნიშნეთ, რომ ცილის ამინომჟავების თანმიმდევრობის ცოდნა შესაძლებელს ხდის მისი სტრუქტურისა და ფუნქციების საკმაოდ ზუსტად პროგნოზირებას. ეს ხსნის ამ პროგნოზირებადი ცილის მიმართ ანტისხეულების მოპოვების შესაძლებლობას, მიკროორგანიზმებისგან მის იზოლაციას და უშუალო ბიოქიმიურ ანალიზს. მოდით ვიფიქროთ, რას ნიშნავს ეს ინფექციებთან ბრძოლის ფუნდამენტურად ახალი მეთოდების შემუშავებისთვის, თუ ექიმმა იცის არა მხოლოდ როგორ არის მოწყობილი ინფიცირებული მიკროორგანიზმის გენები, არამედ როგორია მისი ყველა ცილის სტრუქტურა და ფუნქცია? მიკრობიოლოგია ახლა უზარმაზარ ცვლილებებს განიცდის უზარმაზარი ახალი ცოდნის გაჩენის გამო, რომლის მნიშვნელობა ამჟამად ჩვენ ბოლომდე არ გვესმის. ამის კორექტირებას ალბათ ათწლეულები დასჭირდება ახალი ინფორმაციაკაცობრიობის საჭიროებებზე, პირველ რიგში, მედიცინისა და სოფლის მეურნეობის სფეროში.

გენომის სტრუქტურის გაშიფვრის თვალსაზრისით პროკარიოტებიდან ევკარიოტებზე გადასვლას თან ახლავს დიდი სირთულეები და არა მხოლოდ იმიტომ, რომ უმაღლესი დნმ-ის სიგრძე ათასობით და ზოგჯერ ასობით ათასჯერ მეტია, არამედ მისი სტრუქტურა უფრო რთული ხდება. შეგახსენებთ, რომ არაკოდიციური დნმ-ის დიდი რაოდენობა ჩნდება უმაღლესი ცხოველების გენომში, რომლის მნიშვნელოვანი ნაწილია განმეორებადი თანმიმდევრობები. ისინი ქმნიან მნიშვნელოვან დაბნეულობას უკვე გაშიფრული დნმ-ის ფრაგმენტების სწორად დამაგრებაში. გარდა ამისა, თავად ტანდემის გამეორება რთულია გაშიფრული. ასეთი გამეორებების ლოკალიზაციის არეალში დნმ-ს შეიძლება ჰქონდეს უჩვეულო კონფიგურაცია, რაც ართულებს მის ანალიზს. მაშასადამე, მიკროსკოპული მრგვალი ჭიის (ნემატოდის) ერთ-ერთი სახეობის გენომში - პირველი მრავალუჯრედიანი ორგანიზმი, რომლისთვისაც შესაძლებელი გახდა დნმ-ის ნუკლეოტიდური თანმიმდევრობის დადგენა - უკვე რჩება მრავალი ბუნდოვანი ადგილი. მართალია, მათი სპეციფიკური სიმძიმეარის დნმ-ის მთლიანი სიგრძის პროცენტის მეასედზე ნაკლები და ეს გაურკვევლობა არ ეხება გენებს ან მარეგულირებელ ელემენტებს. ამ ჭიის 19099-ვე გენის ნუკლეოტიდური თანმიმდევრობა, რომელიც განაწილებულია 97 მილიონი ბაზის წყვილის ფართობზე, მთლიანად განისაზღვრა. ამიტომ, ნემატოდის გენომის გაშიფვრაზე მუშაობა ძალიან წარმატებულად უნდა იქნას აღიარებული.

კიდევ უფრო დიდი წარმატება ასოცირდება დროზოფილას გენომის გაშიფვრასთან, რომელიც მხოლოდ 2-ჯერ მცირეა ადამიანის დნმ-ზე და 20-ჯერ აღემატება ნემატოდის დნმ-ს. დროზოფილას გენეტიკური ცოდნის მაღალი ხარისხის მიუხედავად, მისი გენების დაახლოებით 10% იმ მომენტამდე უცნობი იყო. მაგრამ ყველაზე პარადოქსული ის ფაქტია, რომ დროზოფილას, ნემატოდზე ბევრად უფრო ორგანიზებული, აღმოჩნდა, რომ ნაკლები გენი აქვს, ვიდრე მიკროსკოპული მრგვალი ჭია! ძნელია ახსნა თანამედროვე ბიოლოგიური პოზიციებიდან. უფრო მეტი გენი, ვიდრე დროზოფილაშია, ასევე გვხვდება ჯვარცმული ოჯახის მცენარის დეკოდირებულ გენომში - Arabidopsis, რომელსაც ფართოდ იყენებენ გენეტიკოსები, როგორც კლასიკური ექსპერიმენტული ობიექტი.

გენომიური პროექტების განვითარებას თან ახლდა მეცნიერებისა და ტექნოლოგიების მრავალი სფეროს ინტენსიური განვითარება. ასე რომ, მისი განვითარების ძლიერი სტიმული მიიღო ბიოინფორმატიკა. შეიქმნა ახალი მათემატიკური აპარატი უზარმაზარი ინფორმაციის შესანახად და დასამუშავებლად; დაპროექტებულია სუპერკომპიუტერული სისტემები უპრეცედენტო სიმძლავრით; დაიწერა ათასობით პროგრამა, რომელიც რამდენიმე წუთში შესაძლებელს ხდის ინფორმაციის სხვადასხვა ბლოკის შედარებითი ანალიზის ჩატარებას, მსოფლიოს სხვადასხვა ლაბორატორიებში მოპოვებული ახალი მონაცემების ყოველდღიურად შეტანას კომპიუტერულ მონაცემთა ბაზაში და ახალი ინფორმაციის ადაპტირებას. ადრე დაგროვილი. ამავდროულად, შემუშავდა სისტემები გენომის სხვადასხვა ელემენტების ეფექტური იზოლაციისთვის და ავტომატური თანმიმდევრობისთვის, ანუ დნმ-ის ნუკლეოტიდური თანმიმდევრობების განსაზღვრისთვის. ამის საფუძველზე შეიქმნა მძლავრი რობოტები, რომლებიც მნიშვნელოვნად აჩქარებენ თანმიმდევრობას და აძვირებენ მას.

გენომიკის განვითარებამ, თავის მხრივ, გამოიწვია უამრავი ახალი ფაქტის აღმოჩენა. ბევრი მათგანის მნიშვნელობა მომავალში ჯერ კიდევ არ არის შეფასებული. მაგრამ ახლაც აშკარაა, რომ ეს აღმოჩენები ბევრის გადახედვას გამოიწვევს თეორიული პოზიციებიდედამიწაზე სიცოცხლის სხვადასხვა ფორმის წარმოშობისა და ევოლუციის შესახებ. ისინი დაგეხმარებიან უკეთ გაგებაში მოლეკულური მექანიზმებიცალკეული უჯრედების მუშაობისა და მათი ურთიერთქმედების საფუძველი; ბევრი აქამდე უცნობი ბიოქიმიური ციკლის დეტალური გაშიფვრა; ფუნდამენტთან მათი კავშირის ანალიზი ფიზიოლოგიური პროცესები. ამრიგად, ხდება გადასვლა სტრუქტურულიდან ფუნქციურ გენომიკაზე, რაც თავის მხრივ ქმნის კვლევის წინაპირობებს. მოლეკულური ბაზებიუჯრედის და მთლიანად ორგანიზმის ფუნქციონირებას. უკვე დაგროვილი ინფორმაცია იქნება ანალიზის საგანი მომდევნო რამდენიმე ათწლეულის განმავლობაში. მაგრამ ყოველი შემდეგი ნაბიჯი სხვადასხვა სახეობის გენომის სტრუქტურის გაშიფვრისკენ წარმოშობს ახალ ტექნოლოგიებს, რომლებიც ხელს უწყობს ინფორმაციის მოპოვების პროცესს. ამრიგად, ცოცხალი არსებების ქვედა ორგანიზებული სახეობების გენების სტრუქტურისა და ფუნქციის შესახებ მონაცემების გამოყენებამ შეიძლება მნიშვნელოვნად დააჩქაროს უფრო მაღალი გენების კონკრეტული გენების ძიება. ახლაც კი, კომპიუტერული ანალიზის მეთოდები, რომლებიც გამოიყენება ახალი გენების იდენტიფიცირებისთვის, ხშირად ცვლის საკმაოდ შრომატევადს მოლეკულური მეთოდებიგენების ძიება.

გენომის სტრუქტურის გაშიფვრის ყველაზე მნიშვნელოვანი შედეგი გარკვეული სახისარის მისი ყველა გენის იდენტიფიცირების შესაძლებლობა და, შესაბამისად, ტრანსკრიბირებული რნმ-ის მოლეკულების და მისი ყველა ცილის მოლეკულური ბუნების იდენტიფიცირება და განსაზღვრა. გენომის ანალოგიით, ცნებები დაიბადა ტრანსკრიპტომი, რომელიც აერთიანებს ტრანსკრიპციის შედეგად წარმოქმნილ რნმ-ის მოლეკულების აუზს და პროტეომი, რომელიც შეიცავს გენების მიერ დაშიფრულ ბევრ ცილას. ამრიგად, გენომიკა ქმნის საფუძველს ახალი მეცნიერებების ინტენსიური განვითარებისთვის - პროტეომიკადა ტრანსკრიპტომიკა. Proteomics ეხება თითოეული ცილის სტრუქტურისა და ფუნქციის შესწავლას; ანალიზი ცილის შემადგენლობაუჯრედები; ერთი უჯრედის ფუნქციონირების მოლეკულური საფუძვლის განსაზღვრა, რომელიც არის მრავალი ასეული ცილის კოორდინირებული მუშაობის შედეგი, და ორგანიზმის ფენოტიპური ნიშან-თვისების ფორმირების შესწავლა, რომელიც არის კოორდინირებული მუშაობის შედეგი. მილიარდობით უჯრედი. ძალიან მნიშვნელოვანი ბიოლოგიური პროცესები ასევე ხდება რნმ-ის დონეზე. მათი ანალიზი ტრანსკრიპტომიკის საგანია.

გენომიკის სფეროში მომუშავე მსოფლიოს მრავალი ქვეყნის მეცნიერთა უდიდესი ძალისხმევა მიმართულია ამოხსნისკენ საერთაშორისო პროექტი"ადამიანის გენომი". ამ სფეროში მნიშვნელოვანი პროგრესი ასოცირდება J.S. Venter-ის მიერ შემოთავაზებული იდეის განხორციელებასთან, გამოხატული დნმ-ის თანმიმდევრობების მოძიება და ანალიზი, რომელიც მოგვიანებით შეიძლება გამოყენებულ იქნას როგორც ერთგვარი „ეტიკეტები“ ან მარკერები გენომის გარკვეული ნაწილებისთვის. კიდევ ერთი დამოუკიდებელი და არანაკლებ ნაყოფიერი მიდგომა იყო ჯგუფის მუშაობამ, რომელსაც ხელმძღვანელობდა ფრ. კოლინზი. იგი ეფუძნება ადამიანის მემკვიდრეობითი დაავადებების გენების პირველად იდენტიფიკაციას.

ადამიანის გენომის სტრუქტურის გაშიფვრამ გამოიწვია სენსაციური აღმოჩენა. აღმოჩნდა, რომ ადამიანის გენომი შეიცავს მხოლოდ 32000 გენს, რაც რამდენჯერმე ნაკლებია ცილების რაოდენობაზე. ამავდროულად, არსებობს მხოლოდ 24000 პროტეინის კოდირების გენი; დარჩენილი გენების პროდუქტები რნმ-ის მოლეკულებია. დნმ-ის ნუკლეოტიდური თანმიმდევრობების მსგავსების პროცენტული მაჩვენებელი სხვადასხვა ინდივიდებს, ეთნიკურ ჯგუფებსა და რასებს შორის არის 99,9%. სწორედ ეს მსგავსება გვაქცევს ადამიანებად - ჰომო საპიენსი! მთელი ჩვენი ცვალებადობა ნუკლეოტიდის დონეზე ჯდება ძალიან მოკრძალებულ ფიგურაში - 0,1%. ამრიგად, გენეტიკა არ ტოვებს ადგილს ეროვნული ან რასობრივი უპირატესობის იდეებისთვის.

მაგრამ, შეხედეთ ერთმანეთს - ჩვენ ყველა განსხვავებულები ვართ. ეროვნული და მით უმეტეს, რასობრივი განსხვავებები კიდევ უფრო შესამჩნევია. მაშ, რამდენი მუტაცია განსაზღვრავს ადამიანის ცვალებადობას არა პროცენტული, არამედ აბსოლუტური თვალსაზრისით? ამ შეფასების მისაღებად, თქვენ უნდა გახსოვდეთ, რა არის გენომის ზომა. ადამიანის დნმ-ის მოლეკულის სიგრძეა 3,2 x 10 9 ბაზის წყვილი. აქედან 0,1% შეადგენს 3,2 მილიონ ნუკლეოტიდს. მაგრამ გახსოვდეთ, რომ გენომის კოდირების ნაწილი იკავებს დნმ-ის მოლეკულის მთლიანი სიგრძის 3%-ზე ნაკლებს და მუტაციები ამ რეგიონის გარეთ, ყველაზე ხშირად, არ ახდენს გავლენას ფენოტიპურ ცვალებადობაზე. ამრიგად, ფენოტიპზე მოქმედი მუტაციების რაოდენობის ინტეგრალური შეფასების მისაღებად საჭიროა 3,2 მილიონი ნუკლეოტიდის 3% მიიღოს, რაც დაახლოებით 100000-ს მოგვცემს. ანუ დაახლოებით 100 ათასი მუტაცია ქმნის ჩვენს ფენოტიპურ ცვალებადობას. თუ ამ ფიგურას შევადარებთ საერთო რაოდენობაგენები, გამოდის, რომ თითო გენზე საშუალოდ 3-4 მუტაციაა.

რა არის ეს მუტაციები? მათი აბსოლუტური უმრავლესობა (მინიმუმ 70%) განაპირობებს ჩვენს ინდივიდუალურ არაპათოლოგიურ ცვალებადობას, რაც გვასხვავებს, მაგრამ არ გვაუარესებს ერთმანეთთან მიმართებაში. ეს მოიცავს ისეთ მახასიათებლებს, როგორიცაა თვალების ფერი, თმა, კანი, სხეულის ტიპი, სიმაღლე, წონა, ქცევის ტიპი, რომელიც ასევე დიდწილად გენეტიკურად არის განსაზღვრული და მრავალი სხვა. მუტაციების დაახლოებით 5% დაკავშირებულია მონოგენურ დაავადებებთან. დარჩენილი მუტაციების დაახლოებით მეოთხედი ეკუთვნის ფუნქციური პოლიმორფიზმების კლასს. ისინი მონაწილეობენ ფართოდ გავრცელებული მულტიფაქტორული პათოლოგიისადმი მემკვიდრეობითი მიდრეკილების ფორმირებაში. რა თქმა უნდა, ეს შეფასებები საკმაოდ უხეშია, მაგრამ ისინი შესაძლებელს ხდის ადამიანის მემკვიდრეობითი ცვალებადობის სტრუქტურის მსჯელობას.



ეს არის გენომიკის ისტორიის პირველი ნაწილი, სახელწოდებით "გენომიკური პროექტები". ამ ნაწილში შევეცდები პოპულარულად ვისაუბრო იმაზე, თუ როგორ გაჩნდა გენეტიკური მიმდევრობების წაკითხვის პირველი მეთოდები, რისგან შედგებოდა ისინი და როგორ გადავიდა გენომიკა ცალკეული გენების წაკითხვიდან სრული გენომის, მათ შორის სრული გენომის კითხვაზე. კონკრეტული ადამიანები.

უოტსონისა და კრიკის აღმოჩენიდან მალევე (ნახ. 1) დაიბადა მეცნიერება გენომიკის შესახებ. გენომიკა არის ორგანიზმების გენომის შესწავლის მეცნიერება, რომელიც გულისხმობს დნმ-ის სრული თანმიმდევრობების ინტენსიურ კითხვას (sequencing) და მათ გენეტიკურ რუქებში შეყვანას. ეს მეცნიერება ასევე განიხილავს გენებსა და გენების ალელებს შორის ურთიერთქმედებას და მათ მრავალფეროვნებას, ევოლუციის ნიმუშებს და გენომის სტრუქტურას. ამ სფეროს განვითარება იმდენად სწრაფი იყო, რომ ბოლო დროს ტექსტის რედაქტორებს მოსწონთ Microsoft wordარ იცოდა სიტყვა „გენომი“ და ცდილობდა გამოესწორებინა სიტყვა „ჯუჯა“.

ბრინჯი. ერთიჯეიმს უოტსონი (მარცხნივ) და ფრენსის კრიკი (მარჯვნივ) - მეცნიერები, რომლებმაც აღმოაჩინეს დნმ-ის ორმაგი სპირალი

პირველივე წაკითხული გენი იყო ბაქტერიოფაგის MS2-ის გარსის გენი, რომელიც შეისწავლეს უოლტერ ფიერსის ლაბორატორიაში 1972 წელს. 1976 წელს ცნობილი იყო სხვა ბაქტერიოფაგის გენებიც - მისი რეპლიკაზა, გენი, რომელიც პასუხისმგებელია ვირუსული ნაწილაკების გამრავლებაზე. რნმ-ის მოკლე მოლეკულები უკვე შედარებით ადვილად იკითხებოდა, მაგრამ დნმ-ის დიდ მოლეკულებს ჯერ კიდევ არ შეეძლოთ სწორად წაკითხვა. მაგალითად, ლაქტოზას ოპერონის გენის თანმიმდევრობის 24-ასოიანი თანმიმდევრობა, რომელიც მიღებული იყო 1973 წელს უოლტერ გილბერტისა და ალენ მაკსამის მიერ, მეცნიერების მნიშვნელოვან მიღწევად იქნა მიჩნეული. აქ არის თანმიმდევრობა:

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

დნმ-ის წაკითხვის პირველი ტექნიკა ძალიან არაეფექტური იყო და იყენებდა რადიოაქტიურ ეტიკეტებს დნმ-ისთვის და ქიმიური მეთოდებინუკლეოტიდების გარჩევის მიზნით. მაგალითად, შეიძლება ავიღოთ ფერმენტები, რომლებიც წყვეტენ ნუკლეოტიდის თანმიმდევრობას სხვადასხვა ალბათობით სხვადასხვა ასოები. დნმ-ის მოლეკულა შედგება 4 ასოსგან (ნუკლეოტიდები) A, T, G და C, რომლებიც ორმაგი ანტიპარალელის ნაწილია (ორი ჯაჭვი მიმართულია მოპირდაპირე მხარეები) სპირალები. ამ სპირალის შიგნით ნუკლეოტიდები ერთმანეთის საპირისპიროა კომპლემენტარობის წესის შესაბამისად: A-ს საპირისპიროდ მეორე ჯაჭვში არის T, G-ის საპირისპიროდ არის C და პირიქით.

გილბერტმა და მაქსამმა გამოიყენეს 4 სახის ფერმენტი. ერთი გაჭრა A-ს ან G-ს შემდეგ, მაგრამ უკეთესია A-ს შემდეგ (A>G), მეორე მოჭრილი უკეთესია G (G>A), მესამე C-ის შემდეგ და მეოთხე C ან T (C+T) შემდეგ. რეაქცია ჩატარდა 4 საცდელ მილში თითოეული ტიპის ფერმენტით, შემდეგ კი პროდუქცია მოათავსეს გელზე. დნმ არის დამუხტული მოლეკულა და როდესაც დენი ჩართულია, ის მინუსიდან პლიუსამდე გადის. მცირე მოლეკულები უფრო სწრაფად მოძრაობენ, ამიტომ მოჭრილი დნმ-ის მოლეკულები სიგრძით რიგდებიან. გელის 4 ზოლის დათვალიერებისას შეიძლება ითქვას, რა თანმიმდევრობით არიან განლაგებული ნუკლეოტიდები.

გარღვევა დნმ-ის თანმიმდევრობის დარგში მოხდა, როდესაც ინგლისელმა ბიოქიმიკოსმა ფრედერიკ სენგერმა 1975 წელს შემოგვთავაზა ეგრეთ წოდებული „ჯაჭვის შეწყვეტის მეთოდი“ დნმ-ის თანმიმდევრობის წასაკითხად. მაგრამ სანამ ამ მეთოდზე ვისაუბრებთ, აუცილებელია გააცნოთ დნმ-ის ახალი მოლეკულების სინთეზის დროს მიმდინარე პროცესები. დნმ-ის სინთეზისთვის საჭიროა ფერმენტი - დნმ-დამოკიდებული დნმ პოლიმერაზა, რომელსაც შეუძლია დაასრულოს ერთჯაჭვიანი დნმ-ის მოლეკულა ორჯაჭვიანამდე. ამისთვის ფერმენტს სჭირდება „თესლი“ – პრაიმერი, დნმ-ის მოკლე თანმიმდევრობა, რომელსაც შეუძლია მიბმა გრძელ ერთჯაჭვიან მოლეკულასთან, რომელიც გვინდა ორჯაჭვიანამდე ავაშენოთ. თავად ნუკლეოტიდები ასევე საჭიროა ნუკლეოტიდური ტრიფოსფატების სახით და გარკვეული პირობებით, როგორიცაა მაგნიუმის იონების გარკვეული შემცველობა გარემოში და გარკვეულ ტემპერატურაზე. სინთეზი ყოველთვის ერთი მიმართულებით მიდის ბოლოდან, რომელსაც ეწოდება 5' ბოლოდან, რომელსაც ეწოდება 3'. რა თქმა უნდა, დნმ-ის წასაკითხად საჭიროა დიდი რაოდენობით მატრიცა – ანუ დნმ-ის ასლები, რომლის წაკითხვაც იგეგმება.

1975 წელს სანჯერმა გამოაქვეყნა შემდეგი. მან აიღო სპეციალური (დამთავრებული) ნუკლეოტიდები, რომლებიც დნმ-ის მოლეკულის მზარდ ჯაჭვს შეუერთდნენ, ხელს უშლიდნენ შემდგომ ნუკლეოტიდების მიმაგრებას, ანუ მათ "გატეხეს" ჯაჭვი. შემდეგ მან აიღო 4 საცდელი მილი, რომელთაგან თითოეულს დაუმატა ოთხივე ტიპის ნუკლეოტიდი და ერთი ტიპის ტერმინალური ნუკლეოტიდი მცირე რაოდენობით. ამგვარად, სინჯარაში, სადაც ტერმინალური ნუკლეოტიდი "A" იყო განთავსებული, ყოველი ახალი დნმ-ის მოლეკულის სინთეზი შეიძლება შეწყდეს ნებისმიერ ადგილას, სადაც "A" უნდა მდგარიყო, სინჯარაში ბოლო "G" - სადმე. G უნდა დადგეს და ასე შემდეგ. 4 მილიდან 4 ზოლი დაიტანეს გელზე (ნახ. 2) და ისევ უმოკლეს მოლეკულები „მირბოდნენ“ წინ, ხოლო ყველაზე გრძელი დარჩა დასაწყისში და ზოლების განსხვავებებით შესაძლებელი იყო იმის დადგენა, რომელი ნუკლეოტიდი რომელს მოჰყვება. ზოლების სანახავად, ოთხი ნუკლეოტიდიდან ერთ-ერთი (A, T, G ან C) იყო მარკირებული, ქიმიური თვისებების შეცვლის გარეშე, გამოყენებით რადიოაქტიური იზოტოპები.

ბრინჯი. 2სანჯერის მეთოდი. ნაჩვენებია 4 ტრეკის სამი სერია.

ამ მეთოდის გამოყენებით წაიკითხეს დნმ-ზე დაფუძნებული პირველი გენომი, ბაქტერიოფაგის φX174 გენომი, 5,386 ნუკლეოტიდის სიგრძის (ადრე წაკითხული MS2 ფაგის გენომი იყო რნმ-ზე დაფუძნებული და ჰქონდა 3,569 ნუკლეოტიდის სიგრძის გენომი).

სანგერის მეთოდი მნიშვნელოვნად გაუმჯობესდა ლეროი ჰუდის ლაბორატორიაში, სადაც 1985 წელს რადიოაქტიური ეტიკეტი შეიცვალა მანათობელი, ფლუორესცენტური ეტიკეტით. ამან შესაძლებელი გახადა პირველი ავტომატური სეკვენსერის შექმნა: დნმ-ის თითოეული მოლეკულა ახლა ფერადი იყო განსხვავებული ფერიდამოკიდებულია იმაზე, თუ რა იყო ბოლო ასო (ფერადი ნუკლეოტიდი, რომელიც წყვეტს ჯაჭვს). ფრაგმენტები გამოყოფილი იყო ზომით გელზე და მანქანა ავტომატურად კითხულობდა შემომავალი ზოლების ლუმინესცენციის სპექტრს და შედეგებს კომპიუტერში აწვდიდა. ამ პროცედურის შედეგად მიიღება ქრომატოგრამა (ნახ. 2), რომლის მიხედვითაც ადვილია 1000 ასომდე სიგრძის დნმ-ის თანმიმდევრობის დადგენა, ძალიან მცირე რაოდენობის შეცდომებით.

ბრინჯი. 3ქრომატოგრამის მაგალითი, თანამედროვე სეკვენსერზე, სანგერის ჯაჭვის შეწყვეტის მეთოდისა და მბზინავი ეტიკეტის გამოყენებით.

მრავალი წლის განმავლობაში, Sanger-ის გაუმჯობესებული მეთოდი გახდება მასიური გენომის თანმიმდევრობის მთავარი მეთოდი და გამოყენებული იქნება მრავალი მთლიანი გენომის პროექტებისთვის, ხოლო Sanger 1980 წელს მიიღებს მეორეს. ნობელის პრემიაქიმიაში (პირველი მან მიიღო 1958 წელს ინსულინის ცილის ამინომჟავების თანმიმდევრობის წაკითხვისთვის - პირველი წაკითხული ცილა). პირველი სრული გენომი ფიჭური ორგანიზმიგახდა ბაქტერიის გენომი, რომელიც იწვევს პნევმონიის და მენინგიტის ზოგიერთ ფორმას - ჰემოფილუს გრიპი 1995 წელს. ამ ბაქტერიის გენომის სიგრძე იყო 1,830,137 ნუკლეოტიდი. 1998 წელს გამოჩნდა მრავალუჯრედიანი ცხოველის პირველი გენომი, მრგვალი ჭია Caenorhabditis elegans(ნახ. 4 მარჯვნივ), 98 მილიონი ნუკლეოტიდით, შემდეგ კი 2000 წელს ჩნდება პირველი მცენარის გენომი - Arabidopsis thaliana(ნახ. 4 მარცხნივ), ცხენის და მდოგვის ნათესავები. ამ მცენარის გენომის სიგრძე 157 მილიონი ნუკლეოტიდია. თანმიმდევრობის სიჩქარე და მასშტაბი გაიზარდა გასაოცარი ტემპით და ნუკლეოტიდური თანმიმდევრობების მონაცემთა ბაზები უფრო და უფრო სწრაფად ივსებოდა.

ბრინჯი. 4 Arabidopsis thaliana(მარცხნივ) და Caenorhabditis elegans(მარჯვნივ).

დაბოლოს, ჯერი დადგა ძუძუმწოვრების გენომის: თაგვისა და ადამიანის გენომის. როდესაც 1990 წელს ჯეიმს უოტსონი ხელმძღვანელობდა ადამიანის გენომის სრული კითხვის პროექტს აშშ-ში ჯანმრთელობის ეროვნულ ინსტიტუტში (NIH), ბევრი მეცნიერი სკეპტიკურად უყურებდა ამ იდეას. ასეთი პროექტი მოითხოვდა ფულისა და დროის კოლოსალურ ინვესტიციას და, მოცემული შეზღუდული შესაძლებლობებიგენომის კითხვის არსებული მანქანები, ბევრს უბრალოდ შეუძლებელი ჩანდა. მეორეს მხრივ, პროექტი გვპირდებოდა რევოლუციურ ცვლილებებს მედიცინაში და მოწყობილობის გაგებაში. ადამიანის სხეულიმაგრამ აქაც იყო პრობლემები. ფაქტია, რომ იმ მომენტში არ არსებობდა ადამიანში გენების რაოდენობის ზუსტი შეფასება. ბევრს სჯეროდა, რომ ადამიანის სხეულის სტრუქტურის სირთულე მიუთითებს ასობით ათასი გენის და შესაძლოა რამდენიმე მილიონის არსებობაზე და, შესაბამისად, ასეთი რაოდენობის გენების დახარისხება, თუნდაც მათი თანმიმდევრობის წაკითხვა, იქნება შეუძლებელი ამოცანა. გენების დიდი რაოდენობის თანდასწრებით ბევრმა ივარაუდა ფუნდამენტური განსხვავება ადამიანსა და სხვა ცხოველებს შორის - შეხედულება, რომელიც შემდგომში უარყო ადამიანის გენომის პროექტი.

ადამიანის გენომის წაკითხვის იდეა 1986 წელს დაიბადა აშშ-ს ენერგეტიკის დეპარტამენტის ინიციატივით, რომელმაც შემდგომში დააფინანსა პროექტი NIH-თან ერთად. პროექტის ღირებულება 3 მილიარდ დოლარად იყო შეფასებული, თავად პროექტი კი 15 წლის განმავლობაში იყო გათვლილი პროექტში არაერთი ქვეყნის მონაწილეობით: ჩინეთი, გერმანია, საფრანგეთი, დიდი ბრიტანეთი და იაპონია. ადამიანის გენომის წასაკითხად გამოიყენეს ეგრეთ წოდებული „ხელოვნური ბაქტერიული ქრომოსომა“ (BAC - ბაქტერიული ხელოვნური ქრომოსომა). ამ მიდგომით, გენომი იჭრება ბევრ ნაწილად, დაახლოებით 150,000 ათასი ნუკლეოტიდის სიგრძით. ეს ფრაგმენტები შეჰყავთ ხელოვნურ რგოლის ქრომოსომებში, რომლებიც შეჰყავთ ბაქტერიებში. ბაქტერიების დახმარებით ეს ქრომოსომა მრავლდება და მეცნიერები იღებენ დნმ-ის მოლეკულის ერთი და იგივე ფრაგმენტის ბევრ ასლს. ყოველი ასეთი ფრაგმენტი იკითხება ცალ-ცალკე და 150000 ნუკლეოტიდის წაკითხული ნაწილაკები გამოსახულია ქრომოსომულ რუკაზე. ეს მეთოდი გენომის საკმაოდ ზუსტი თანმიმდევრობის საშუალებას იძლევა, მაგრამ ძალიან შრომატევადია.

მაგრამ ადამიანის გენომის პროექტი უკიდურესად მოძრაობდა ნელა. მეცნიერმა კრეიგ ვენტერმა და მისმა კომპანიამ Celera Genomics, დაარსებულმა 1998 წელს, ითამაშეს დაახლოებით იგივე როლი გენომიკის ისტორიაში, როგორც საბჭოთა კავშირიგავლენა მოახდინა ამერიკელების მთვარეზე გაფრენაზე. ვენტერმა თქვა, რომ მისი კომპანია დაასრულებს ადამიანის გენომის პროექტს სამთავრობო პროექტის დასრულებამდე. პროექტს დასჭირდება მხოლოდ $300 მილიონი, რაც სამთავრობო პროექტის ღირებულების მცირე ნაწილია ახალი ტექნოლოგია"მთელი გენომის თოფის" თანმიმდევრობა - გენომის შემთხვევითი მოკლე ფრაგმენტების კითხვა. როდესაც ფრენსის კოლინზმა, რომელმაც შეცვალა ჯეიმს უოტსონი ადამიანის გენომის წაკითხვის პროექტის ხელმძღვანელად 1993 წელს, შეიტყო ვენტერის განზრახვების შესახებ, ის შოკირებული იყო. " ჩვენ შევქმნით ადამიანის გენომს, თქვენ კი შეგიძლიათ თაგვის გაკეთებავენტერმა შესთავაზა. სამეცნიერო საზოგადოებააღფრთოვანებული ვიყავი და ამას მრავალი მიზეზი ჰქონდა. პირველ რიგში, ვენტერმა პირობა დადო, რომ დაასრულებდა თავის პროექტს 2001 წელს, 4 წლის განმავლობაში ვადაზე ადრედაგეგმილია სახელმწიფო პროექტისთვის. მეორეც, Celera Genomics აპირებდა პროექტის კაპიტალიზაციას აბსოლუტური მონაცემთა ბაზის შექმნით, რომელსაც გადაიხდიან კომერციული ფარმაცევტული კომპანიები.

2000 წელს სელერამ დაამტკიცა თავისი თანმიმდევრობის მეთოდის ეფექტურობა დროზოფილას ბუზის გენომის გამოქვეყნებით გენეტიკოს ჯერალდ რუბინის ლაბორატორიასთან ერთად (ადრე ბაქტერიის პირველი გენომის წასაკითხად მთელი გენომის თოფი გამოიყენებოდა, მაგრამ ცოტას სჯეროდა, რომ ეს მეთოდი შესაფერისი იყო დიდი გენომებისთვის). კომერციული კომპანიის ამ დარტყმამ ხელი შეუწყო გაუმჯობესების განვითარებას და უფრო მეტს გამოყენებას თანამედროვე მეთოდებიგენომების კითხვა ადამიანის გენომის პროექტში. 2001 წელს გენომის წინასწარი ვერსია გამოქვეყნდა State Genomic Project-ისა და Celera-ს მიერ. შემდეგ გაკეთდა წინასწარი შეფასებაგენების რაოდენობა ადამიანის გენომში, 30-40 ათასი. 2004 წელს გამოვიდა გენომის საბოლოო ვერსია, დაგეგმილზე თითქმის ორი წლით ადრე. ბოლო სტატიაში ითქვა, რომ ადამიანში გენების რაოდენობა სავარაუდოდ მხოლოდ 20-25 ათასია. ეს რიცხვი შედარებულია სხვა ცხოველებთან, კერძოდ ჭიასთან C.elegans.

თითქმის არავინ გამოიცნო, რომ გენების რაოდენობა, რომლებიც უზრუნველყოფენ ჩვენი სხეულის მუშაობას, შეიძლება იყოს ასეთი მცირე. მოგვიანებით სხვა დეტალები გახდა ცნობილი: ადამიანის გენომის სიგრძე დაახლოებით სამი მილიარდი ნუკლეოტიდია. ყველაზეგენომი შედგება არაკოდირების თანმიმდევრობებისაგან, მათ შორის ყველა სახის გამეორებისგან. გენომის მხოლოდ მცირე ნაწილი შეიცავს რეალურად გენებს - დნმ-ის ნაწილებს, საიდანაც იკითხება ფუნქციური რნმ-ის მოლეკულები. Საინტერესო ფაქტირომ ადამიანის გენომის შესახებ ცოდნა გაიზარდა, სავარაუდო გენების რაოდენობა მხოლოდ შემცირდა: ბევრი პოტენციური გენი აღმოჩნდა ფსევდოგენები (არასამუშაო გენები), სხვა შემთხვევებში, რამდენიმე გენი აღმოჩნდა ერთი და იგივე გენის ნაწილი.

შემდგომი თანმიმდევრობის სიხშირე ექსპონენტურად გაიზარდა. 2005 წელს გამოქვეყნდა შიმპანზეს გენომი, რომელმაც დაადასტურა საოცარი მსგავსება მაიმუნებსა და ადამიანებს შორის, რაც ნახეს წარსულის ზოოლოგებმა. 2008 წლისთვის სრულად იყო წაკითხული 32 ხერხემლიანის გენომი, მათ შორის კატა, ძაღლი, ცხენი, მაკაკი, ორანგუტანი და სპილო, 3 უხერხემლო დეიტეროსტომის გენომი, 15 მწერის გენომი, 7 ჭიის გენომი და ასობით ბაქტერიული გენომი.

საბოლოოდ, 2007 წელს კაცობრიობა მიუახლოვდა ცალკეული ადამიანების გენომის თანმიმდევრობის დადგენის შესაძლებლობას. პირველი ვინც წაიკითხა სრული ინდივიდუალური გენომი, იყო კრეიგ ვენტერი (სურ. 4). ამავდროულად, გენომი ისე იკითხებოდა, რომ შესაძლებელი იყო ორივე მშობლისგან მემკვიდრეობით მიღებული ვენტერის ქრომოსომების შედარება. ასე რომ, გაირკვა, რომ ქრომოსომების ერთსა და მეორე ჯგუფს შორის ერთი ადამიანის შიგნით არის დაახლოებით სამი მილიონი ერთასოიანი ნუკლეოტიდური განსხვავება, არ ჩავთვლით დიდი რაოდენობით სხვადასხვა რეგიონებს. ერთი წლის შემდეგ გამოქვეყნდა ჯეიმს უოტსონის სრული დიპლოიდური გენომი (სურ. 5). უოტსონის გენომი შეიცავდა 3,3 მილიონ ერთ ასოს ჩანაცვლებას ადამიანის ანოტირებულ გენომთან შედარებით, საიდანაც 10000-ზე მეტმა გამოიწვია მისი გენების კოდირების პროტეინებში ცვლილებები. უოტსონის გენომი 1 მილიონი დოლარი დაჯდა, ანუ გენომის წაკითხვის ფასი 10 წელიწადში 3000-ზე მეტჯერ დაეცა, მაგრამ ეს არ არის ზღვარი. დღეს მეცნიერთა წინაშე დგას ამოცანა „1 გენომი - $1000 - 1 დღე“ და ეს შეუძლებელი აღარ ჩანს ახალი თანმიმდევრობის ტექნოლოგიების მოსვლასთან ერთად. მათ შესახებ მოგვითხრობს „ამბის“ შემდეგი ნაწილი.

ბრინჯი. 5 ჯეიმს უოტსონი და კრეიგ ვენტერი არიან პირველი ადამიანები, რომლებმაც ინდივიდუალურად წაიკითხეს გენომი.

1. უოტსონ ჯ, კრიკ ფ: დეოქსირიბოზის ნუკლეინის მჟავის სტრუქტურა. ბუნება 1953(171):737-738.
2. Min Jou W, Haegeman G, Ysebaert M, Fiers W: გენის კოდირების ნუკლეოტიდური თანმიმდევრობა სთვისბაქტერიოფაგის MS2 საფარის ცილა. Nature 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 და სხვები: ბაქტერიოფაგის MS2 რნმ-ის სრული ნუკლეოტიდური თანმიმდევრობა: რეპლიკაზის პირველადი და მეორადი სტრუქტურა გენი. Nature 1976, 260(5551):500-507.
   
4. Gilbert W, Maxam A: Lac ოპერატორის ნუკლეოტიდური თანმიმდევრობა. Proc Natl Acad Sci U S A 1973, 70(12):3581-3584.
   
5. Maxam AM, Gilbert W: ახალი მეთოდი დნმ-ის თანმიმდევრობისთვის. Proc Natl Acad Sci U S A 1977, 74 (2): 560-564.
   
6. Sanger F, Nicklen S, Coulson AR: დნმ-ის თანმიმდევრობა ჯაჭვის შეწყვეტის ინჰიბიტორებით. Proc Natl Acad Sci U S A 1977, 74(12):5463-5467.
   
7. სმიტი LM, Sanders JZ, Kaiser RJ, Hughes P, Dodd C, Connell CR, Heiner C, Kent SB, Hood LE: ფლუორესცენციის გამოვლენა დნმ-ის თანმიმდევრობის ავტომატურ ანალიზში. ბუნება 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 et al: მთელი გენომის შემთხვევითი თანმიმდევრობა და აწყობა Haemophilus influenzae Rd. Science 1995, 269(5223):496-512.
   
9. ნემატოდის C. elegans-ის გენომის თანმიმდევრობა: ბიოლოგიის გამოკვლევის პლატფორმა. მეცნიერება 1998, 282(5396):2012-2018 წ.
   
10. აყვავებული მცენარის Arabidopsis thaliana გენომის თანმიმდევრობის ანალიზი. ბუნება 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 et al: Drosophila melanogaster-ის გენომის თანმიმდევრობა. Science 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: ადამიანის გენომის თანმიმდევრობა. Science 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 და სხვები: ადამიანის გენომის საწყისი თანმიმდევრობა და ანალიზი. ბუნება 2001, 409(6822):860-921.
    
14. ადამიანის გენომის ევქრომატული თანმიმდევრობის დასრულება. ბუნება 2004, 431(7011):931-945.
    
15. შიმპანზეს გენომის საწყისი თანმიმდევრობა და შედარება ადამიანის გენომთან. ბუნება 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: ინდივიდუალური ადამიანის გენომის დიპლოიდური თანმიმდევრობა. 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 და სხვები: ინდივიდის სრული გენომი მასიურად პარალელური დნმ-ის თანმიმდევრობით. ბუნება 2008, 452(7189):872-876.

ნაწილი 2 - აქ