AT მცირე ადენო-ასოცირებული ვირუსი (AAV) განიხილება, როგორც პოტენციური ვექტორი, რადგან ადენოვირუსებისგან განსხვავებით, ის არ იწვევს დაავადებას. თუმცა, ის ასევე არ ატარებს გენს. მისი, როგორც ვექტორის გასაუმჯობესებლად, ტარდება ექსპერიმენტები დასხივებაზე და ქიმიურ მოდიფიკაციაზე. სხვა ლაბორატორიები ატარებენ ექსპერიმენტებს CFTR რეტროვირუსები, რადგან ეს ვირუსები ბუნებრივად ნერგავენ მათ გენომს მასპინძელ უჯრედებში.

თუმცა, რჩება კითხვა, აღმოფხვრის თუ არა CFTR ცილის ნორმალური სინთეზი ფილტვების ბაქტერიულ ინფექციებს, რომლებიც განაპირობებს ავადობისა და სიკვდილიანობის 90%-ს. არსებობს ყველა საფუძველი ვიმედოვნებთ, რომ გენეტიკური ინჟინერია წარმატებით გაუმკლავდება ამ ამოცანას. ფილტვებში ცილა, რომლის ფუნქციაა უცხო უჯრედების განადგურება, არ აქტიურდება მარილის მომატებული კონცენტრაციით (კერძოდ, ეს არის ის, რაც ახასიათებს კისტოზურ ფიბროზს); მაგრამ როგორც კი CFTR იწყებს თავისი პროდუქტის გამომუშავებას, მარილის კონცენტრაცია მცირდება და ცილა აქტიურდება.

AT ამჟამად მუშავდება გენური თერაპიის მეთოდები სხვა მემკვიდრეობითი დაავადებების სამკურნალოდ. ასე რომ, სისხლის უჯრედების ფუნქციის დარღვევის შემთხვევაში, ისინი შეიძლება გარდაიქმნას კულტურის გარემოში და შევიდეს

პაციენტის ძვლის ტვინი, მათ ბუნებრივ გარემოში. ეჭვგარეშეა, რომ ზოგიერთი განვითარება წარმატებით დაგვირგვინდება და უახლოეს წლებში გახდება ჩვეულებრივი სამედიცინო პრაქტიკა.

ყველა ეს ფაქტი მაგალითია ე.წ სომატური გენური თერაპია,ანუ ისინი გამოიყენება პაციენტის სხეულზე (სომაზე) იმ იმედით, რომ მიიღება საკმარისი რაოდენობის უჯრედები, რომლებსაც შეუძლიათ ნორმალური ფუნქციების შესრულება. პაციენტი შეიძლება გამოჯანმრთელდეს, მაგრამ შთამომავლებისთვის არასასურველი გენების გადაცემის რისკი კვლავ რჩება, რადგან ჩანასახები ამ გზით არ იცვლება. ჩანასახოვანი უჯრედების თერაპიამიზნად ისახავს შეცვალოს მთელი ორგანიზმი, მათ შორის სასქესო უჯრედების წარმომქმნელი ჯირკვლები. უმარტივესი (თეორიულად) გზაა განაყოფიერებული კვერცხუჯრედის მოდიფიკაცია მასში შესაბამისი ტრანსგენის შეყვანით. ასეთი პროცედურა უკვე შესაძლებელია და წარმატებით განხორციელდა ექსპერიმენტულ ცხოველებში, როგორიცაა თაგვები. მაგრამ შეიძლება თუ არა მისი გამოყენება ადამიანზე და, რაც მთავარია, ღირს? ეს სერიოზული ეთიკური საკითხია და ზოგიერთი მორალისტი ამტკიცებს, რომ თუ სომატური გენური თერაპია ეთიკურია, მაშინ ადამიანის გენომთან თამაში და ჩვენი შთამომავლების გენის ნაკრების შეცვლა მიუღებელია, ამიტომ ასეთი პროცედურები უნდა აიკრძალოს.

გენომიკა - მთელი გენომის შესწავლა

ბოლოდროინდელმა მიღწევებმა თანმიმდევრობა და ტექნიკური საშუალებების შემუშავება გენთა ბიბლიოთეკაში დიდი რაოდენობით კლონების დასამუშავებლად, მეცნიერებს საშუალება მისცა ერთდროულად შეესწავლათ ორგანიზმის მთელი გენომი. ახლა უკვე დადგენილია მრავალი სახეობის სრული თანმიმდევრობა, მათ შორის ეგრეთ წოდებული მოდელი გენეტიკური ორგანიზმების უმეტესობა, როგორიცაა E. coli, მრგვალი ჭია Caenorhabditis elegans;

და, რა თქმა უნდა, გენეტიკის კლასიკური ობიექტი, ბუზ Drosophila melanogaster. 1990-იან წლებში, მიუხედავად არაერთი არეულობისა და დაპირისპირებისა, დაიწყო ადამიანის გენომის შესწავლის პროექტი („ადამიანის გენომი“), რომელიც დაფინანსებულია ჯანმრთელობის ეროვნული ინსტიტუტის მიერ. Თებერვალში

პრესა, 2004. - 448 გვ: ავად.

2001 წელს მკვლევართა დიდმა ჯგუფმა ჯ. კრეიგ ვენტერის ხელმძღვანელობით კერძო ლაბორატორია Celera Genomics-დან გააკეთა 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 იპოვოთ ორგანიზმში არსებული 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(ღია

კითხვის ჩარჩო, OFR). იგივე კომპიუტერულ პროგრამებს შეუძლიათ ასევე ამოიცნონ ტიპიური ინტრონები 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 მის ფუნქციებზე, მაშინ მისი გენი გადაეცემა იმავე ფორმით ან მცირე ცვლილებებით იმ სახეობებს, რომლებიც წარმოიშვა საწყისიდან. 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 ადამიანის მთლიანი გენომის მხოლოდ 1,5% (დაახლოებით 2,9 x 109 წყვილი

ფუძეები) 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.

გენომის ორი მესამედიდან სამ მეოთხედამდე არის უზარმაზარ ნაწილში

გენეტიკა / ბარტონ გუტმანი, ენტონი გრიფიტსი, დევიდ სუზუკი, ტარა კულისი. - მ.: სამართლიანი-

პრესა, 2004. - 448 გვ: ავად.

განმეორებადი დნმ-ის ასლების რაოდენობა სხვადასხვა ადამიანში არ არის ერთნაირი, ამიტომ მათი გამოყენება შესაძლებელია იდენტობის დასადგენად, მათ შორის სასამართლო მედიცინაში.

ფუნქციური გენომიკა

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 სისტემატიურად გამორთვა თავის მხრივ, გენის გამორთვა ხდება მისი ფუნქციური ფორმის სპეციალურ ვექტორზე წაშლილი ფორმის ჩანაცვლებით. 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 მეთოდი ემყარება იმ ვარაუდს, რომ ბიოლოგიური ფენომენების უმეტესობა არის რთული პროცესები, რომლებიც მოიცავს ბევრ გენს. მკვლევარებისთვის განსაკუთრებით საინტერესოა ორგანიზმის განვითარებასთან დაკავშირებული პროცესები, რომლებიც აღვნიშნეთ თავში. 11. თუ გენების ტრანსკრიფცია შეისწავლება ზრდის სხვადასხვა პირობებში, მაშინ შეიძლება წარმოდგენა მივიღოთ 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 ყველა სახის mRNA-ს, რომელიც გვხვდება ამ ორგანიზმის უჯრედში. ფირფიტებზე დნმ მიიღება ორად

გზები. ერთი მეთოდით, ყველა mRNA-ს საპირისპირო ტრანსკრიბცია ხდება ერთი გენის შესაბამისი მოკლე დამატებითი დნმ-ის მოლეკულების წარმოქმნით. სხვა გზით, გენები (ან გენების ნაწილები) სინთეზირდება თითო ფუძეზე, ფირფიტების გარკვეულ ადგილებში. სინთეზს ახორციელებენ რობოტები, რომლებიც იხსნება და ხურავს

გენეტიკა / ბარტონ გუტმანი, ენტონი გრიფიტსი, დევიდ სუზუკი, ტარა კულისი. - მ.: სამართლიანი-

პრესა, 2004. - 448 გვ: ავად.

შუშის ზედაპირი გარკვეული თანმიმდევრობით. მრავალი ორგანიზმის გენომის მქონე ჩანაწერების შეძენა შესაძლებელია ქიმიური კომპანიებისგან.

ტრანსკრიფციის მექანიზმის შესასწავლად, განვითარების გარკვეული ეტაპის ყველა mRNA-ს ეტიკეტდება ფლუორესცენტური ეტიკეტით და ნაწილდება ფირფიტების ზედაპირზე. ეს mRNA-ები მიმაგრებულია მათ შესაბამის დნმ-ზე და მათი ამოცნობა შესაძლებელია მათი მბზინავი ლაქებით. ვინაიდან თითოეული ცალკეული გენის დნმ-ის მდებარეობა ფირფიტებზე წინასწარ არის ცნობილი, კომპიუტერი განსაზღვრავს რომელი გენების ტრანსკრიფცია ხდება განვითარების მოცემულ ეტაპზე.

ამრიგად, ამ და სხვა ტექნოლოგიების დახმარებით, გენეტიკოსები იწყებენ ცხოვრების ორგანიზაციის ზოგადი მოდელების გარკვევას ფუნქციური და სტრუქტურული მხრიდან. უზარმაზარი ინფორმაციის დასამუშავებლად გაჩნდა მეცნიერების სპეციალური ფილიალი - ბიოინფორმატიკა. მომავალი ათწლეულები გვპირდება, რომ იქნება მართლაც დიდი აღმოჩენების დრო.

გენეტიკა / ბარტონ გუტმანი, ენტონი გრიფიტსი, დევიდ სუზუკი, ტარა კულისი. - მ.: სამართლიანი-

პრესა, 2004. - 448 გვ: ავად.

ქრომოსომებში დნმ-ის სივრცითი კონფიგურაციის კვლევებმა აჩვენა ადამიანის სერიოზული დაავადებების მოულოდნელი, ადრე უცნობი მიზეზები.

3D გენომიკის გაჩენა

1940-იან წლებში დნმ-ის გენეტიკური ფუნქციის დადასტურებიდან გასული ათწლეულების განმავლობაში, იდეა უცვლელი დარჩა, რომ გენომის რომელიმე ნაწილს შორის მანძილის საზომი არის დნმ-ის ჯაჭვის სიგრძე, რომელიც ჰყოფს მათ. დღეს ჩვენ ვიცით, რომ დნმ-ის უნარი შექმნას მარყუჟები და სხვა რთული სტრუქტურები შესაძლებელს ხდის გენებსა და გენომის ელემენტებს, რომლებიც აკონტროლებენ მათ მუშაობას (გამაძლიერებლები) ერთმანეთთან ახლოს იყვნენ უჯრედის ბირთვის სივრცეში, თუნდაც ისინი განცალკევებულნი იყვნენ. გაფართოებული დნმ-ის ფრაგმენტი (ნახ. პირველი).

ბოლო წლებში გაჩნდა ახალი მიდგომები, რომლებიც უჯრედის ბირთვში გენომიური დნმ-ის დაკეცვის შესწავლის საშუალებას იძლევა. ამით დაიწყო მეცნიერული მიმართულების განვითარება, რომელსაც ჩვენ 3D გენომიკას ვუწოდებთ. ამ მიდგომების გამოყენებით ნაჩვენები იქნა, რომ ქრომოსომა იყოფა სტრუქტურულ და ფუნქციურ ბლოკებად - ტოპოლოგიურად ასოცირებულ დომენებად (TADs). ერთი TAD-ის გენომის რეგიონები უფრო ხშირად ეკონტაქტებიან ერთმანეთს, ვიდრე მეზობელი TAD-ის რეგიონებთან. ეს შესაძლებელს ხდის TAD-ების წარმოდგენას დნმ-ის ჯაჭვების შედარებით მკვრივ ხვეულებად. მრავალი ექსპერიმენტის შედეგები აჩვენებს, რომ გამაძლიერებელს შეუძლია გაააქტიუროს მხოლოდ TAD-ში მდებარე გენები, სადაც მისი გამაძლიერებელი მდებარეობს.

ამრიგად, TAD-ები მნიშვნელოვან როლს ასრულებენ გენის აქტივობის კონტროლში. მეზობელი TAD-ების გამოყოფის დნმ-ის სეგმენტის მოცილება ან დაზიანება საშუალებას აძლევს გამაძლიერებელს გაააქტიუროს გენები, რომლებიც ჩვეულებრივ არ მუშაობენ ამ ტიპის უჯრედში, რამაც შეიძლება გამოიწვიოს სერიოზული დაავადებები, როგორიცაა კიბო, სექსუალური მახასიათებლების ფორმირების დარღვევა და ემბრიონის განვითარებაში გაუმართაობა (ნახ. 2).

სად არის საზღვრები TAD-ებს შორის

მაგრამ რა უზრუნველყოფს გენომის TAD-ად დაყოფას? ჩვენი ლაბორატორიის მუშაობამ მნიშვნელოვანი წვლილი შეიტანა ამ პრობლემის გადაჭრაში. ჩვენ აღმოვაჩინეთ, რომ გენომიური დნმ-ის ორგანიზება TAD-ებად ძირითადად სპონტანურია და რეგულირდება მარტივი ფიზიკური კანონებით. ჩვენი ნამუშევარი გამოქვეყნებულია პრესტიჟულ საერთაშორისო ჟურნალში გენომის კვლევა(სერგეი ვ. ულიანოვი და სხვები. აქტიური ქრომატინი და ტრანსკრიფცია მთავარ როლს თამაშობს ქრომოსომის ტოპოლოგიურად ასოცირებულ დომენებად დაყოფაში // გენომის კვლევა, 2016, 26, გვ. 70–84, doi: 10.1101/gr.196006.115), მასზე ბევრს საუბრობდნენ პრესაში და ტელევიზიაში.

ჩვენი შედეგების არსი იმაში მდგომარეობს, რომ TAD-ების საზღვრები არის გენომის რეგიონები, რომლებიც შეიცავს "სახლის" გენებს, ანუ გენები, რომლებიც მუშაობენ ყველა ტიპის უჯრედში და აუცილებელია ძირითადი უჯრედული პროცესების შესანარჩუნებლად. მრავალი მახასიათებლის გამო, გენომის ასეთი რეგიონები ვერ იკეცება მკვრივ გლობულებად, რითაც ქმნის გენომში TAD-ების საზღვრების „ნიშანს“.

მნიშვნელოვანია აღინიშნოს, რომ სხვადასხვა ბიოქიმიური ტექნიკის გარდა, ჩვენ გამოვიყენეთ გენომის სტრუქტურის მოდელირება მოსკოვის სახელმწიფო უნივერსიტეტის ლომონოსოვის სუპერკომპიუტერზე და ამ მოდელირების შედეგები ნათლად მიუთითებს, რომ ცალკეულ უჯრედებში დნმ-ის დაკეცვა შეიძლება საკმაოდ განსხვავდებოდეს. (ნახ. 3).

უჯრედის პოპულაციებიდან ცალკეულ უჯრედებამდე

შემთხვევების აბსოლუტურ უმრავლესობაში, ასობით ათასი და თუნდაც მილიონობით უჯრედი თითოეულ ექსპერიმენტში უნდა იქნას გამოყენებული მოლეკულურ ბიოლოგიურ კვლევაში. ეს გამოწვეულია იმით, რომ ერთ უჯრედში ძალიან ცოტაა შესწავლილი მოლეკულები და ეს უკიდურესად ართულებს მათთან მუშაობას.

მაგალითად, გენომიური დნმ-ის რაოდენობა ადამიანის ერთ უჯრედში დაახლოებით ასი ათასი მილიონი ჯერ ნაკლებია ერთ გრამზე. უჯრედების დიდ რაოდენობასთან მუშაობა მივყავართ იმ ფაქტს, რომ ექსპერიმენტში მიღებული შედეგები, როგორც წესი, შესაძლებელს ხდის დადგინდეს უჯრედის ფიზიოლოგიის გარკვეული პარამეტრების საშუალო, ყველაზე ტიპიური მნიშვნელობები. გარკვეული გაგებით, მიღებული ინფორმაცია შეიძლება შევადაროთ საავადმყოფოში მყოფი პაციენტების „საშუალო ტემპერატურას“.

დიდი რაოდენობით უჯრედებთან მუშაობა, როგორც წესი, საშუალებას გაძლევთ დააყენოთ უჯრედის ფიზიოლოგიის გარკვეული პარამეტრების საშუალო, ყველაზე ტიპიური მნიშვნელობები, როგორიცაა საავადმყოფოში პაციენტების "საშუალო ტემპერატურა".

უდავოა, რომ უჯრედების პოპულაციების კვლევების შედეგებმა მრავალი მნიშვნელოვანი კანონზომიერების დადგენა შესაძლებელი გახადა. თუმცა, ცნობილია, რომ ერთი და იგივე ტიპის უჯრედები, რომლებიც მიკროსკოპის ქვეშ ზუსტად ერთნაირად გამოიყურება, შეიძლება განსხვავდებოდეს მრავალი განსხვავებული ბიოქიმიური პარამეტრით. გენომის ფუნქციონირების კვლევები ერთ უჯრედში ხდება „დროის ტრენდი“ და უკვე მნიშვნელოვანი წვლილი შეიტანა იმის გაგებაში, თუ როგორ ხდება ჩვენი გენომის დახვეწილი რეგულირება. ასეთი კვლევა ასევე მოქმედებს მედიცინის განვითარებაზე, ვინაიდან, მაგალითად, უჯრედების ძალიან მცირე ნაწილში მომხდარმა მოვლენებმა შეიძლება გამოიწვიოს სიმსივნეების განვითარება. უჯრედების დიდი პოპულაციების შესწავლისას, ასეთი მოვლენები ხშირად შეუმჩნეველი რჩება.

ავსტრიელ და ამერიკელ კოლეგებთან თანამშრომლობით, ჩვენ შევიმუშავეთ ახალი ექსპერიმენტული მიდგომა, რომელიც საშუალებას გვაძლევს გავაანალიზოთ გენომის დაკეცვა ცალკეულ უჯრედებში. ამ მიდგომის გამოყენებით ჩვენ შევძელით თაგვის გენომის სივრცითი ორგანიზაციის მნიშვნელოვნად უფრო დეტალური რუქების აგება, ვიდრე ჩვენი ინგლისელი კოლეგების წინა ნაშრომში. მიღებული მონაცემების ანალიზი, რომელიც ახლახან გამოქვეყნდა ჟურნალში Ბუნება(ილია მ. ფლამერი და სხვები. ერთბირთვიანი Hi-C ავლენს ქრომატინის უნიკალურ რეორგანიზაციას კვერცხუჯრედიდან ზიგოტში გადასვლისას // Ბუნება, 544, გვ. 110–114, doi: 10.1038/nature21711), წარმოადგინა ძლიერი მტკიცებულება იმისა, რომ გენომის დაკეცვა მნიშვნელოვნად განსხვავდება ცალკეულ უჯრედებში (ნახ. 4). ჩვენი აზრით, ეს მიუთითებს იმაზე, რომ უჯრედში ხდება სხვადასხვა გენომიური კონფიგურაციის მუდმივი დათვლა და ეს იძლევა ცვალებად გარემო პირობებთან სწრაფი ადაპტაციის შესაძლებლობას.

მიუხედავად იმისა, რომ უმეტეს შემთხვევაში უჯრედის პოპულაციის შესწავლა უფრო ადვილია, ვიდრე ცალკეული უჯრედები, ზოგიერთი ტიპის უჯრედებისთვის პოპულაციის მიდგომის გამოყენება საერთოდ შეუძლებელია, რადგან ეს უჯრედები, როგორც ამბობენ, ცალი პროდუქტია. ჩვენი ექსპერიმენტული მიდგომის გამოყენებით, ჩვენ შევძელით შეგვესწავლა მამის და დედის გენომის დაკეცვა თაგვის განაყოფიერებულ კვერცხებში (ზიგოტები).

ჩვენთვის სრულიად მოულოდნელად აღმოვაჩინეთ, რომ ზიგოტაში დედის ბირთვში გენომიური დნმ-ის დაკეცვა ფუნდამენტურად განსხვავდება ნებისმიერი სხვა ტიპის უჯრედის ბირთვებში გენომის დაკეცვისგან. ყველა სხვა შესწავლილი უჯრედის ტიპის ბირთვებში გენომის აქტიური და „მდუმარე“ რეგიონები ერთმანეთისგან სივრცით იზოლირებულია. ზიგოტის დედის ბირთვში, პირიქით, ეს არ შეინიშნება. ჩვენი შედეგები ვარაუდობს, რომ დედის ბირთვში გენომის კონფიგურაცია არის ყველაზე ძირითადი, რომელიც შეესაბამება ეგრეთ წოდებულ ტოტიპოტენციის მდგომარეობას, რაც შესაძლებელს ხდის ემბრიონის განვითარებისას ერთი ზიგოტიდან ერთი ზიგოტიდან მივიღოთ ზრდასრული ორგანიზმის მრავალი სხვადასხვა ტიპის უჯრედი.

გენომის სივრცითი კონფიგურაცია დედის ბირთვში არის ყველაზე ძირითადი და საშუალებას გაძლევთ მიიღოთ მრავალი სხვადასხვა ტიპის უჯრედი ზრდასრულ ორგანიზმში ერთი განაყოფიერებული კვერცხუჯრედიდან.

3D გენომიკა და მედიცინა

მოლეკულური ბიოლოგიის სიახლეების განხილვისას, როგორც წესი, ისინი საუბრობენ „ადამიანის გენომზე“, ანუ „ადამიანის გენომურ დნმ-ზე“, ან უბრალოდ დნმ-ზე. მაგრამ მნიშვნელოვანია გვახსოვდეს, რომ ჩვენი სხეულის უჯრედების ბირთვები ჩვეულებრივ შეიცავს 23 განსხვავებულ დნმ-ის მოლეკულას, რომელთაგან თითოეული ქმნის ცალკეულ ქრომოსომას და მათ ერთად უწოდებენ გენომს.

თითოეული ქრომოსომა იკეცება მისთვის გარკვეული, უნიკალური გზით და განლაგებულია უჯრედის ბირთვში ისე, რომ მის მიერ დაკავებული ტერიტორია პრაქტიკულად არ ემთხვევა მეზობელი ქრომოსომების ტერიტორიებს. ამ თვალსაზრისით, უჯრედის ბირთვი წააგავს გლობუსს, რომელზედაც არის მრავალი სახელმწიფო, რომლებიც იკავებს გარკვეულ ტერიტორიებს და გამოყოფილია საზღვრებით.

ისტორიამ იცის მრავალი მაგალითი იმისა, თუ როგორ იმოქმედა ერთ სახელმწიფოში მომხდარმა მოვლენებმა მეზობელ ქვეყნებში და ზოგადად მსოფლიო პოლიტიკაზე. უჯრედის ბირთვში დაახლოებით იგივე სიტუაციაა. გენომის მუშაობაში ნებისმიერი ცვლილება, იქნება ეს ცალკეული გენების გამოხატვის დაწყება ან ჩახშობა, ან გარკვეული ქრომოსომის დამატებითი ასლების გამოჩენა, შეიძლება გავლენა იქონიოს იმ გენების მუშაობაზე, რომლებიც უშუალოდ არ განიცდიან ამ ცვლილებებს და მდებარეობენ სხვა ქრომოსომული მდგომარეობები.

მაგალითად, შეგვიძლია მივუთითოთ იმ სამუშაოს შედეგებზე, რაც ჩვენ გავაკეთეთ გუსტავ რუსის ინსტიტუტის ფრანგ კოლეგებთან ერთად. ამ სამუშაოს შედეგები გამოქვეყნდა პრესტიჟულ ჰემატოლოგიურ ჟურნალში სისხლი(Jeanne Allinne et al. პერინუკლეოლარული რელოკალიზაცია და ნუკლეოლინი, როგორც გადამწყვეტი მოვლენები მანტიის უჯრედის ლიმფომაში ძირითადი გენების ტრანსკრიპციულ აქტივაციაში // სისხლი, V. 123, 13, გვ. 2044–2053 წწ doi:10.1182/blood-2013-06-510511). ჩვენ დამაჯერებლად ვაჩვენეთ, რომ კონკრეტული გენის მარტივმა მოძრაობამ ბირთვის ერთი რეგიონიდან მეორეში შეიძლება გამოიწვიოს მისი გააქტიურება უჯრედებში, სადაც ის ჩვეულებრივ არ იმუშავებს. ეს იწვევს პროცესების მთელ კასკადს, რომელიც საბოლოოდ იწვევს ლეიკემიის განვითარებას, რომლის ძირითადი მიზეზების გაგება რთული იქნება გენომის სივრცითი სტრუქტურის გათვალისწინების გარეშე.

უბრალოდ კონკრეტული გენის გადაადგილება ბირთვის ერთი რეგიონიდან მეორეში შეიძლება გამოიწვიოს პროცესების მთელი კასკადი, რომელიც საბოლოოდ იწვევს ლეიკემიის განვითარებას.

მნიშვნელოვანია აღინიშნოს, რომ ლეიკემიის გაჩენის ფუნდამენტურად ახალი მექანიზმის აღმოჩენა ქმნის ამ დაავადებებთან ბრძოლის გზების შემუშავების საფუძველს. ამრიგად, ბირთვში გენომიური დნმ-ის დაკეცვის კვლევები საინტერესოა არა მხოლოდ ფუნდამენტური მეცნიერებისთვის, არამედ მედიცინისთვისაც, რაც ხელს უწყობს სხვადასხვა პათოლოგიის მექანიზმების უფრო ღრმა გაგებას.

გენომის 3D ორგანიზაციის ევოლუცია

ვინაიდან გენომის სამგანზომილებიანი ორგანიზაცია გენის ექსპრესიის რეგულირების ერთ-ერთი ინსტრუმენტია, ის ევოლუციის ობიექტი უნდა იყოს. ჩვენს ლაბორატორიაში ჩატარებულ ბოლო სამუშაოში, რომლის შედეგებიც გამოქვეყნდა მაღალრეიტინგულ საერთაშორისო ჟურნალში (ანასტასია პ. კოვინა და სხვები. გენომის 3D ორგანიზაციის ევოლუცია: შერწყმული და სეგრეგირებული გლობინის გენების კლასტერების შედარება // მოლეკულური ბიოლოგია და ევოლუცია, ტ. 34, 6, გვ. 1492–1504, doi: 10.1093/molbev/msx100), ჩვენ ვაჩვენეთ, რომ ეს მართლაც ასეა.

ხერხემლიანთა გლობინის გენების კლასტერების ევოლუციის მაგალითის გამოყენებით, ჩვენ ვაჩვენეთ, რომ როდესაც ისინი ევოლუციური კიბეზე მაღლა მოძრაობენ, ქრომოსომების წრფივი სეგმენტები იკარგება, ხოლო გლობულებად (ხვეულებად) ორგანიზებული სეგმენტები შენარჩუნებულია (ნახ. 5).

სავარაუდოდ, ეს გამოწვეულია იმით, რომ ძუძუმწოვრებში მნიშვნელოვნად იზრდება დისტანციური გამაძლიერებლების როლი გენის აქტივობის რეგულირებაში. ასეთ გამაძლიერებლებსა და მათ მიერ კონტროლირებად გენებს შორის კონტაქტების დამყარება უზრუნველყოფილია დნმ-ის მარყუჟების წარმოქმნით, რაც იწვევს გლობულების წარმოქმნას.

ხერხემლიანებში ევოლუციური კიბეზე ასვლისას ქრომოსომების ხაზოვანი სეგმენტები იკარგება, ხოლო გლობულებად ორგანიზებული სეგმენტები შენარჩუნებულია.

დასკვნითი შენიშვნები

ბოლო წლებში საშინაო მეცნიერება ხშირად და ხშირ შემთხვევაში გამართლებულად აკრიტიკებდა დაბალი პროდუქტიულობისა და საერთაშორისო დონის სამუშაოს ნაკლებობას. ზემოთ, ჩვენ ვაჩვენეთ, როგორ წარმატებით მუშაობს ერთი შედარებით პატარა შიდა ლაბორატორია მსოფლიო მეცნიერების წინა პლანზე, სისტემატიურად აქვეყნებს თავისი მუშაობის შედეგებს ყველაზე პრესტიჟულ საერთაშორისო ჟურნალებში.

ყველა ზემოაღნიშნული სამუშაოს განხორციელება შესაძლებელი გახდა რუსეთის სამეცნიერო ფონდის დიდი გრანტის წყალობით. ასეთი მხარდაჭერის ღირებულება არ შეიძლება გადაჭარბებული იყოს, არა მხოლოდ იმიტომ, რომ ის იძლევა ძვირადღირებული სამუშაოს შესრულების შესაძლებლობას, როგორიცაა დნმ-ის მასიური თანმიმდევრობა. მაგრამ რაც მთავარია, ეს გრანტები იძლევა შესაძლებლობას მიიზიდონ ახალგაზრდა მკვლევარები სამუშაოზე, რაც გონივრულ ალტერნატივას იძლევა საზღვარგარეთ წასვლისთვის. ყოველ შემთხვევაში, ექსპერიმენტულ ბიოლოგიაში, მსოფლიო დონეზე მომუშავე გუნდების მიზნობრივი მხარდაჭერა (რაზეც შეიძლება ვიმსჯელოთ საუკეთესო საერთაშორისო ჟურნალებში პუბლიკაციების არსებობით), ჩვენი აზრით, ყველაზე პირდაპირი გზაა ჩვენს ქვეყანაში მეცნიერების აღორძინებისკენ.

(ინგლისურად - გენომიკა) არის მეცნიერება, რომელიც სწავლობს გენომებს. გენომის ინფორმაციის რაოდენობა მკვეთრად გაიზარდა ბოლო წლებში დნმ-ის თანმიმდევრობის ტექნოლოგიის გაუმჯობესების გამო. GenBank, NIH (აშშ-ის ჯანმრთელობის ეროვნული ინსტიტუტის) მონაცემთა ბაზა, 2011 წლის აპრილის მდგომარეობით, შეიცავს 135,440,924 დნმ-ის თანმიმდევრობას.

1956 წელი ფუნდამენტური გახდა ადამიანის გენეტიკის კვლევის პროცესში, ვინაიდან ამ წელს შეიქმნა ქრომოსოლოგიის მეცნიერება და კოპენჰაგენში ჩატარდა კონგრესი ადამიანის გენეტიკის შესახებ.

ნებისმიერი მეცნიერების ევოლუცია განპირობებულია მოდელებისა და თეორიების დახვეწით, მაგრამ ახალი ვარაუდები არ არღვევს ძველ ჭეშმარიტებებს, ასე რომ ის, რაც გუშინ მართალი იყო, დღეს სულაც არ არის მცდარი. მხოლოდ ფსევდომეცნიერებებია საუკუნეების მანძილზე უცვლელი და ამაყობენ ამით, თითქოს ეს იყოს ხარისხის ერთგვარი გარანტია.

ჩვენ ყველა მხრიდან ალყაში ვართ მრავალი დისციპლინა, ძველი და ახალი, რომლებიც ასწავლიან სამედიცინო პრაქტიკას განსაკუთრებული შედეგებით, რევოლუციური მოწყობილობებით ნეგატიური და პოზიტიური შესაძლებლობების გასაზომად.

ამჟამად, მეცნიერებაში არ არსებობს ისეთი სექტორი, რომელიც სადმე და ვინმეს არ გამოუკვლევია მსოფლიოში: ყოველდღე, გიგანტური კვლევითი ცენტრები უნივერსიტეტებში, კერძო ინსტიტუტებში და თუნდაც მცირე ლაბორატორიებში, ავრცელებენ უზარმაზარ ახალ ინფორმაციას უახლესი კვლევებისა და დამატებების შესახებ. მათ. ზოგჯერ ეს ინფორმაცია საკმაოდ ექსცენტრიულია, მაგალითად, ისეთ სფეროებში, როგორიცაა უხილავობა, ბუზების სექსუალური ქცევა ჩინეთში, ან სუნის მოლეკულური წონა და ისეთ ადგილებში, რომლებიც ადგილს ტოვებენ მომხიბლავი სცენარებისთვის, როგორიცაა ისეთები, რომლებიც დაკავშირებულია სიცოცხლის მშენებლობასთან. ლაბორატორია ან ახალი პლანეტების აღმოჩენა, რომელსაც შეუძლია ამ ახალი სიცოცხლის მიღება.

ადამიანის სიცოცხლის გახანგრძლივების რბოლაში პიონერია კრეიგ ვენტერი, გენეტიკოსი, მეწარმე და ფილანტროპი ადამიანის გენომის პროექტის უკან, რომელმაც ამ წლის მარტში განაცხადა, რომ მისი უახლესი გენომიკის პროექტი გამოიყენებს $70 მილიონ დოლარს ახალი კომპანიის შესაქმნელად, სახელწოდებით Human Longevity Inc. HLI). ვენტერი მარტო არ არის თავის ამბიციებში. მაგალითად, Calico-ს (California Life Company) აქვს მიზნები, გააუმჯობესოს ადამიანების ჯანმრთელობა, გადაჭრას დაბერების პრობლემა და მასთან დაკავშირებული დაავადებები, და კალიფორნიის უნივერსიტეტი, სან დიეგო - სადაც ისინი ანაწილებენ კიბოს გენომსა და HLI სიმსივნეებს ყველა პაციენტზე, რომლებიც დაავადებულია კიბოთი. და ვინ მოგცემთ თანხმობას.

2011 წლის პირველი თანმიმდევრობის შემდეგ, გენომიკა სწრაფად განვითარდა და ახლა კიბოს მეცნიერები გადავლენ "მეცნიერების მომავალ საზღვარზე", ამბობს ლიპმანი, კალიფორნიის ინსტიტუტის დირექტორი. „ახლა ჩვენ ვიმყოფებით იმ პერიოდში, რომელიც ისტორიულად გაუტოლდება კიბოს უჯრედების დაყოფის გენომიკას 90-იანი წლების პერიოდს ინტერნეტის განვითარებისთვის. ჩვენ ვსწავლობთ გენომსა და სექციურ ტექნოლოგიებს იმ იმედით, რომ სწრაფი შედეგების მიღწევა იქნება შესაძლებელი. ამ მასშტაბის. 15-20 წელი ახლა რეალურად შეიძლება მიღწეული იყოს 1-2 წელიწადში. კიბოსთან ბრძოლა სწრაფად ვითარდება და ეს მხოლოდ აისბერგის მწვერვალია."

ფაქტები გენომიკის სფეროდან:

. 2003 წლის აპრილში ადამიანის გენომის პროექტი დასრულდა 13 წლიანი კვლევის შემდეგ. ამ პროექტში 2,7 მილიარდი დოლარის ინვესტიცია განხორციელდა.
. 2005 წლის დეკემბერში, კიბოს გენომის ატლასი, 3 წლიანი, 100 მილიონი დოლარის საპილოტე პროექტი, დაიწყო კიბოს უჯრედების გენეტიკური შემადგენლობის შესასწავლად.
. 2007 წლის მაისში, დნმ-ის ერთ-ერთი აღმომჩენის ჯეიმს უოტსონის გენომი მთლიანად „დაიყოლიეს“ მილიონ დოლარამდე.
. გასული წლის ბოლოდან 23andMe უზრუნველყოფს გენომის თანმიმდევრობას სულ მცირე 1000 დოლარად.
. ამჟამად მიმდინარეობს ადამიანის გენომის პროექტი. თანმიმდევრობის შემდეგ, აღმოაჩინეს დაახლოებით სამი მილიარდი ბაზის წყვილი, რომლებიც ქმნიან დნმ-ს. ENCODE (დნმ-ის ელემენტების ენციკლოპედია) პროექტი, რომელიც წარმოიშვა 80-ზე მეტი ქვეყნისა და 35 კვლევითი ჯგუფის საერთაშორისო თანამშრომლობის შედეგად, გვპირდება ინფორმაციის პირველ ინტერპრეტაციას გენომის ქცევის აღსაწერად.

მკვლევარებმა შეძლეს იმის გაგება, თუ როგორ და სად წარმოიქმნება გარკვეული ბიოლოგიური ფუნქციები, აპროტესტებენ სხვადასხვა დოგმებს და ხელახლა შეფასებას იმის შესახებ, რაც გუშინწინ ითვლებოდა „უსარგებლო“ დნმ ან არაკოდირებულ (არააქტიურ) დნმ-ს. „ახალი მონაცემები აჩვენებს, რომ გენომი შეიცავს ძალიან ცოტა სექციებს, რომლებიც არ გამოიყენება“, - ნათქვამია კონსორციუმის და ევროპის მოლეკულური ბიოლოგიის ლაბორატორიის (EMBL-EBI) განცხადებაში, რომელიც ხელმძღვანელობდა კვლევას ადამიანის გენომის კვლევით ეროვნულ ინსტიტუტთან ერთად. (NHGRI). ), ჯანმრთელობის ეროვნული ინსტიტუტი (NIH) შეერთებულ შტატებში. ადამიანის გენომის პროექტის მიერ გენეტიკური დეტერმინიზმის მითის უარყოფა ახალი პოსტგენომიური ეპოქის დასაწყისია.

ახალი კულტურული მდგომარეობა

ბოლო დრომდე ადამიანის „დიზაინი“, ანუ მისი ყველა მახასიათებლის შექმნა ბუნებას ევალებოდა, ვერავინ ჩარეულიყო ადამიანის გასაუმჯობესებლად.
ყოველი ახალი ორგანიზმი იბადება პატარა უჯრედიდან. ის მემკვიდრეობით იღებს საგვარეულო პროგრამას დნმ-ის სახით, მაგრამ არ იღებს მემკვიდრეობით მისი წინაპრების ფიზიკურ სხეულებს. ის მემკვიდრეობით იღებს მშობლების გულს, მაგრამ მას ახალი გული აქვს. ყველაფერი იწყება ნულიდან, ერთი უჯრედიდან, მაგრამ ყოველი ახალი სიცოცხლე, დნმ-ის პროგრამა შეიძლება გაუმჯობესდეს და გაუარესდეს.
გენომიკის ეფექტის შეფასებამდე უნდა აღინიშნოს, რომ შეუძლებელი და თუნდაც უპასუხისმგებლო იქნება გენეტიკური მანიპულაციის მეთოდების მიტოვება მხოლოდ იმიტომ, რომ ეს მეთოდები შეიძლება გამოიყენონ არაკეთილსინდისიერმა და ეგოისტმა ადამიანებმა საკუთარი მიზნებისთვის.

არცერთ სამთავრობო უწყებას არ აქვს ჯადოსნური ჯოხი, რომელსაც შეუძლია გააქროს ყველა გენომიკური ტექნოლოგია. გენომიკის განვითარების მთავარი საკითხი ის კი არ არის, თუ როგორ უნდა დაბლოკოს ეს პროგრესი, არამედ როგორ გავზარდოთ სარგებელი და შევამციროთ რისკები.

თერაპიული შესაძლებლობებისა და გენეტიკური ფონის გაუმჯობესების სფეროში გენომიკის შესაძლებლობების შეფასება დამოკიდებულია ეთიკურ პრინციპებზე, რაც სახელმძღვანელოდ იქნება აღებული.

მათთვის, ვინც ადამიანის გამრავლების მომხრეა „ზედამხედველობის ქვეშ“ და ვისაც სურს მიიღოს როგორც ფაქტი, ხელოვნური მეთოდების გამოყენების შესაძლებლობა ძალიან ადვილი მისაღები და გენეტიკური მანიპულირება იქნება, ვიღაცისთვის კი ეს მიუღებელი იქნება.

იმ პრინციპების მიღმა, რომლებზეც დაფუძნებულია მეცნიერება, კაცობრიობამ უნდა გაითვალისწინოს, რომ ადამიანებზე გამოყენებული გენომიკის ყველა ტექნოლოგიას წინა პლანზე აქვს ადამიანი. ეს ფაქტორი ბადებს ბევრ კითხვის ნიშანს, მათ შორის კითხვას, თუ რა გავლენა შეიძლება ჰქონდეს გენური ინჟინერიას ეკოსისტემის ბალანსზე და თავად პიროვნების მორალზე, რომელიც საბოლოოდ არის ისეთი მეცნიერების ბენეფიციარი, როგორიცაა გენომიკა.

სანამ პირდაპირ ვისაუბრებთ იმაზე, თუ რა შედეგები შეიძლება მოჰყვეს გენეტიკურ მანიპულაციებს, ჩვენ განვმარტავთ, რომ ადამიანის დიზაინის გაუმჯობესების სურვილი, დაბადებამდე, უპირველეს ყოვლისა, პირდაპირ გავლენას ახდენს შერჩევაზე, ანუ „მოშორება იმისა, რაც განსხვავებულია, რაც არის. არ არის სრულყოფილი, წარუმატებელი". IVF პროცედურის დროს წარუმატებელი ემბრიონის ნაგავში გადაგდებას ჰგავს.

ისეთი მეცნიერების გარემოში, როგორიც არის გენომიკა, შეიძლება ვისაუბროთ ახალი ტიპის სერვისის, „გენური სერვისის“ დაარსების შესაძლებლობაზე, რომელსაც მოუწევს დააკმაყოფილოს ადამიანის სურვილი, გააუმჯობესოს გენოფონდი. ეს სერვისი, დიდი ალბათობით, სახელმწიფო მხარდაჭერით იქნება გადახდილი ან მკაცრად კომერციული, სადაც თითოეულ ადამიანს, გადახდისუნარიანობის პირობებში, შეეძლება თავისი გენეტიკური ინფორმაციის კორექტირება.

მაგრამ ამ „სერვისის“ არსებობა შეუძლებელი იქნება ტექნიკური პროგრესისა და ადამიანის მენტალიტეტის გარკვეული ცვლილების გარეშე.

ნებისმიერი წამლის მსგავსად, გენომიკის ახალი ტექნოლოგიები შეიძლება გამოყენებულ იქნას "შრატიდან გენამდე", სადაც არის მოკლევადიანი ან გრძელვადიანი რისკები. ყოველთვის არის რისკი, რომ აღმოიფხვრას გენები, რომლებსაც ჯერ კიდევ უცნობი დადებითი ასპექტები აქვთ და რომლებიც შეიძლება გამოჩნდნენ სხვადასხვა გარემოში. მაგალითად, იგივე გენი, რომელიც იწვევს ნამგლისებრუჯრედოვან ანემიას, ორგანიზმს უფრო გამძლეს ხდის მალარიის მიმართ.

რაც შეეხება გენურ თერაპიას, ჩვენ უნდა ვივარაუდოთ ჩანასახის უჯრედებში ცვლილებები სომატური გენური თერაპიის შედეგად. გარკვეულ ვითარებაში ეს შეიძლება იყოს ლეგალური (უნდა შეფასდეს, შეიძლება თუ არა ასეთ ადამიანებს რეპროდუცირების უფლება მკურნალობის შემდეგ), ვინაიდან სამკურნალოდ ჩანასახების უჯრედების მოდიფიკაციამ შეიძლება გამოიწვიოს მომავალი თაობების გენეტიკური მემკვიდრეობის ცვლილება. ასევე ვითარდება ემბრიონების გენური თერაპია და საჭიროა ემბრიონებზე ექსპერიმენტების ჩატარება. ბუნებრივია, სანამ ამ კვლევებში წარმატებას მივაღწევთ, ბევრი წარუმატებლობა იქნება, რაც გულისხმობს, რომ კვლევის ობიექტი მოკვდება. დიახ, მეცნიერების სახელით და მომავალი თაობების საკეთილდღეოდ, ეს მსხვერპლშეწირვა შეიძლება გამართლდეს, მაგრამ ეს არ არის გამართლებული ეთიკური თვალსაზრისით.

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

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 დრომდე ტექსტის რედაქტორებმა, როგორიცაა Microsoft Word, არ იცოდნენ სიტყვა „გენომი“ და ცდილობდნენ მისი გამოსწორება სიტყვა „გნომად“.

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 მაქსის მიერ, მეცნიერების მნიშვნელოვან მიღწევად იქნა მიჩნეული. აქ არის თანმიმდევრობა:

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

ადრეული დნმ-ის წაკითხვის ტექნიკა ძალიან არაეფექტური იყო და იყენებდნენ რადიოაქტიური დნმ-ის ეტიკეტებს და ქიმიურ მეთოდებს ნუკლეოტიდების გასარჩევად. მაგალითად, შეიძლება ავიღოთ ფერმენტები, რომლებიც სხვადასხვა ასოების შემდეგ ჭრიან ნუკლეოტიდების თანმიმდევრობას სხვადასხვა ალბათობით. დნმ-ის მოლეკულა შედგება 4 ასოსგან (ნუკლეოტიდები) A, T, G და C, რომლებიც ორმაგი ანტიპარალელური (ორი ჯაჭვი მიმართულია საპირისპირო მიმართულებით) სპირალის ნაწილია. 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. ამისათვის 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 ტერმინალი 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 გადაიტანეს გელზე (ნახ. 2) და ისევ უმოკლეს მოლეკულები „გაიქცნენ“ 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, რადიოაქტიური იზოტოპების გამოყენებით.

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 სხვადასხვა ფერით იყო შეღებილი, იმისდა მიხედვით, თუ რა იყო ბოლო ასო (ფერად მარკირებული 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, სენგერის გაუმჯობესებული მეთოდი გახდებოდა მასობრივი გენომის თანმიმდევრობის მთავარი მეთოდი და გამოიყენებოდა მრავალი მთლიანი გენომის პროექტში, ხოლო სენგერი მიიღებდა მეორე ნობელის პრემიას ქიმიაში 1980 წელს (მან მიიღო პირველი 1958 წელს ამინომჟავის წაკითხვისთვის. ინსულინის ცილის თანმიმდევრობა - პირველი წაკითხული ცილა). ფიჭური ორგანიზმის პირველი სრული გენომი იყო 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 უზარმაზარ ინვესტიციას და, გენომის წაკითხვის არსებული აპარატების შეზღუდული შესაძლებლობების გათვალისწინებით, ბევრისთვის უბრალოდ შეუძლებელი ჩანდა. მეორეს მხრივ, პროექტი გვპირდებოდა რევოლუციურ ცვლილებებს მედიცინაში და ადამიანის სხეულის სტრუქტურის გაგებას, მაგრამ 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 ძალიან ნელი ტემპით მოძრაობდა. მეცნიერმა კრეიგ ვენტერმა და მისმა კომპანიამ Celera Genomics, დაარსებულმა 1998 წელს, დაახლოებით იგივე როლი შეასრულეს გენომიკის ისტორიაში, როგორც საბჭოთა კავშირმა მოახდინა გავლენა ამერიკელებზე მთვარეზე. ვენტერმა თქვა, რომ მისი კომპანია დაასრულებს ადამიანის გენომის პროექტს სამთავრობო პროექტის დასრულებამდე. პროექტს დასჭირდება მხოლოდ $300 მილიონი - სამთავრობო პროექტის ღირებულების ნაწილი, რომელიც იყენებს ახალი "მთელი გენომის თოფის" თანმიმდევრობის ტექნოლოგიას - გენომის შემთხვევითი მოკლე ფრაგმენტების კითხვას. 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 საზოგადოება შეშფოთებული იყო და მრავალი მიზეზის გამო. პირველ რიგში, ვენტერმა პირობა დადო, რომ დაასრულებდა თავის პროექტს 2001 წელს, 4 წლით ადრე სამთავრობო პროექტისთვის. მეორეც, Celera Genomics აპირებდა პროექტის კაპიტალიზაციას აბსოლუტური მონაცემთა ბაზის შექმნით, რომელსაც გადაიხდიან კომერციული ფარმაცევტული კომპანიები.

2000 წელს სელერამ დაამტკიცა მისი 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 ადამიანის გენომის პროექტში გენომის წაკითხვის გაუმჯობესებული და უფრო თანამედროვე მეთოდების შემუშავებას. 2001 წელს გენომის წინასწარი ვერსია გამოქვეყნდა State Genomic Project-ისა და Celera-ს მიერ. შემდეგ გაკეთდა ადამიანის გენომში გენების რაოდენობის წინასწარი შეფასება, 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 ცნობილი გახდა სხვა დეტალები: ადამიანის გენომს აქვს დაახლოებით სამი მილიარდი ნუკლეოტიდის სიგრძე, გენომის უმეტესი ნაწილი შედგება არაკოდირების თანმიმდევრობებისგან, მათ შორის ყველა სახის გამეორებისგან. გენომის მხოლოდ მცირე ნაწილი შეიცავს რეალურად გენებს - დნმ-ის ნაწილებს, საიდანაც იკითხება ფუნქციური რნმ-ის მოლეკულები. საინტერესო ფაქტია, რომ ადამიანის გენომის შესახებ ცოდნის მატებასთან ერთად, შემოთავაზებული გენების რაოდენობა მხოლოდ შემცირდა: ბევრი პოტენციური გენი აღმოჩნდა ფსევდოგენები (არასამუშაო გენები), სხვა შემთხვევაში, რამდენიმე გენი აღმოჩნდა ერთიდაიგივე ნაწილი. გენი.

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 იქნა 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 ადამიანი, ვისაც სრული ინდივიდუალური გენომის წაკითხვა ჰქონდა, იყო კრეიგ ვენტერი (ნახ. 4). ამავდროულად, გენომი ისე იკითხებოდა, რომ შესაძლებელი იყო ორივე მშობლისგან მემკვიდრეობით მიღებული ვენტერის ქრომოსომების შედარება. ასე რომ, გაირკვა, რომ ქრომოსომების ერთ და მეორე კომპლექტს შორის ერთი ადამიანის შიგნით არის დაახლოებით სამი მილიონი ერთასოიანი ნუკლეოტიდური განსხვავება, არ ჩავთვლით დიდი სხვადასხვა რეგიონების დიდ რაოდენობას. 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: ბაქტერიოფაგის MS2 გარსის პროტეინის კოდირების გენის ნუკლეოტიდური თანმიმდევრობა. 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

გენომიკას ჩვეულებრივ უწოდებენ მოლეკულური ბიოლოგიის ერთ-ერთ დარგს. 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 ცოცხალი ორგანიზმების გარკვეული სახეობების გენომის სექვენირების (მოლეკულური ანალიზის) პირველი პროექტების გაჩენასთან ერთად.

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 ზოგადი ბიოლოგიის განუყოფელი, აუცილებელი ნაწილი. მას შეუძლია მნიშვნელოვანი წვლილი შეიტანოს ბიოტექნოლოგიის, სოფლის მეურნეობის და ჯანდაცვის განვითარებაში.

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 მისცეს მისი დნმ-ის კოდირების რეგიონების სრული თანმიმდევრობა და გამოვლინდა დაავადების დამნაშავე - XIAP ცილა, რომელიც ჩართულია დაპროგრამებული უჯრედების სიკვდილის სასიგნალო ჯაჭვებში, ძალიან მნიშვნელოვან როლს ასრულებს იმუნურ სისტემაში. დიაგნოზიდან გამომდინარე, ფიზიოლოგებმა რეკომენდაცია გაუწიეს ძვლის ტვინის გადანერგვას. ბავშვი გადაარჩინეს.

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