Genomics

Ang genomics, pag-aaral ng istraktura, pag-andar, at mana ng genome (buong hanay ng genetic material) ng isang organismo. Ang isang pangunahing bahagi ng genomics ay ang pagtukoy ng pagkakasunud-sunod ng mga molekula na bumubuo sa genomic deoxyribonucleic acid (DNA) na nilalaman ng isang organismo. Ang pagkakasunud-sunod ng genomic DNA ay nakapaloob sa loob ng mga chromosome ng isang organismo, isa o higit pang mga hanay ng kung saan matatagpuan sa bawat cell ng isang organismo. Ang mga kromosom ay maaaring higit pang inilarawan na naglalaman ng mga pangunahing yunit ng pagmamana, ang mga gen. Ang mga gene ay mga yunit ng transkripsyon, ang mga rehiyon ng mga kromosom na sa ilalim ng naaangkop na mga kalagayan ay may kakayahang gumawa ng isang ribonucleic acid (RNA) transcript na maaaring isalin sa mga molekula ng protina.

genetika: Genomics

Ang pag-unlad ng teknolohiya upang maiayos ang DNA ng buong genomes sa isang nakagawiang batayan ay nagbigay ng pagtaas sa disiplina ng genomics,

Ang bawat organismo ay naglalaman ng isang pangunahing hanay ng mga kromosom, natatangi sa bilang at laki para sa bawat species, na kasama ang kumpletong hanay ng mga gen kasama ang anumang DNA sa pagitan nila. Habang ang term na genome ay hindi gagamitin hanggang sa 1920, ang pagkakaroon ng mga genome ay kilala mula noong huli na ika-19 na siglo, nang ang mga kromosoma ay unang napansin bilang mga mantsa na katawan na nakikita sa ilalim ng mikroskopyo. Ang paunang pagkatuklas ng mga kromosom ay sinusunod pagkatapos ng ika-20 siglo sa pamamagitan ng pagma-map ng mga gene sa mga kromosoma batay sa dalas ng pagpapalitan ng mga bahagi ng mga kromosom sa pamamagitan ng isang proseso na tinatawag na chromosomal na pagtawid, isang kaganapan na nangyayari bilang isang bahagi ng normal na proseso ng pag-recombination at ang paggawa ng mga sex cells (gametes) sa panahon ng meiosis. Ang mga gen na maaaring mai-map sa pamamagitan ng pagtawid ng chromosomal ay pangunahin sa mga kung saan ang mga mutant phenotypes (nakikitang mga pagpapakita ng komposisyon ng genetic ng isang organismo) ay napansin, kakaunti lamang na proporsyon ng kabuuang mga gen sa genome. Ang disiplina ng genomics ay lumitaw kapag ang teknolohiya ay naging magagamit upang maibawas ang kumpletong pagkakasunud-sunod ng mga nucleotide na pagkakasunud-sunod, mga pagkakasunud-sunod sa pangkalahatan sa hanay ng bilyun-bilyong pares ng nucleotide.

Sequencing at bioinformatic analysis ng mga genom

Ang mga pagkakasunud-sunod ng genomic ay karaniwang natutukoy gamit ang mga awtomatikong pagkakasunud-sunod na makina. Sa isang pangkaraniwang eksperimento upang matukoy ang isang pagkakasunud-sunod ng genomic, una ang genomic DNA ay nakuha mula sa isang sample ng mga selula ng isang organismo at pagkatapos ay nasira sa maraming mga random na fragment. Ang mga fragment na ito ay naka-clone sa isang vector ng DNA (carrier) na may kakayahang magdala ng mga malaking pagsingit sa DNA. Dahil ang kabuuang dami ng DNA na kinakailangan para sa pagkakasunud-sunod at karagdagang pag-eeksperimentong pang-eksperimento ay ilang beses na ang kabuuang halaga ng DNA sa genome ng isang organismo, ang bawat isa sa mga clones na fragment ay pinalakas nang paisa-isa sa pamamagitan ng pagtitiklop sa loob ng isang buhay na bakterya na selula, na mabilis na nagbubuong at malaki dami upang makabuo ng maraming mga clone ng bakterya. Ang naka-clone na DNA ay nakuha mula sa mga clone ng bakterya at pinapakain sa sunud-sunod na makina. Ang nagresultang data ng pagkakasunud-sunod ay naka-imbak sa isang computer. Kapag nakuha ang isang malaking sapat na bilang ng mga pagkakasunud-sunod mula sa maraming magkakaibang mga clone, pinagsama ang computer ng mga ito gamit ang mga overlay na pagkakasunod-sunod. Ang resulta ay ang pagkakasunud-sunod ng genomic, na kung saan ay idineposito sa isang database na naa-access sa publiko. (Para sa karagdagang impormasyon tungkol sa pag-clone at pagkakasunud-sunod ng DNA, tingnan ang teknolohiyang muling pagsasaalang-alang ng DNA.)

• 

• 

Ang isang kumpletong pagkakasunud-sunod ng genomiko sa sarili nito ay may limitadong paggamit; ang data ay dapat na maiproseso upang mahanap ang mga gene at, kung maaari, ang kanilang nauugnay na mga pagkakasunud-sunod ng regulasyon. Ang pangangailangan para sa mga detalyadong pag-aaral na ito ay nagbigay ng pagtaas sa larangan ng bioinformatics, kung saan ang mga programa ng computer ay nag-scan ng mga pagkakasunud-sunod ng DNA na naghahanap ng mga gene, gamit ang mga algorithm batay sa mga kilalang tampok ng mga genes, tulad ng natatanging mga pagkakasunud-sunod ng mga triplet ng mga nucleotides na kilala bilang pagsisimula at ihinto ang mga codon na span isang gene-sized na segment ng DNA o mga pagkakasunud-sunod ng DNA na kilala na mahalaga sa pag-regulate ng mga katabing gen. Kapag nakilala ang mga kandidato ng gen, dapat silang ma-annotate upang ipahiwatig ang mga potensyal na function. Ang ganitong anotasyon ay karaniwang batay sa mga kilalang pag-andar ng magkatulad na pagkakasunud-sunod ng gene sa iba pang mga organismo, isang uri ng pagsusuri na nagagawa sa pamamagitan ng ebolusyon ng pag-iingat ng pagkakasunud-sunod ng gene at pag-andar sa mga organismo bilang isang resulta ng kanilang karaniwang mga ninuno. Gayunpaman, pagkatapos ng annotation mayroon pa ring isang subset ng mga gene na kung saan ang mga pag-andar ay hindi maaaring maibawas; ang mga pag-andar na ito ay unti-unting ipinahayag gamit ang karagdagang pananaliksik.

Mga aplikasyon ng Genomics

Functional genomics

Ang pagtatasa ng mga gene sa antas ng pagganap ay isa sa mga pangunahing paggamit ng genomics, isang lugar na kilala sa pangkalahatan bilang functional genomics. Ang pagtukoy ng pag-andar ng mga indibidwal na gen ay maaaring gawin sa maraming paraan. Classical, o pasulong, genetic na pamamaraan ay nagsisimula sa isang random na nakuha mutant ng mga kagiliw-giliw na phenotype at ginagamit ito upang mahanap ang normal na pagkakasunud-sunod ng gene at ang pag-andar nito. Ang reverse genetics ay nagsisimula sa normal na pagkakasunud-sunod ng gene (tulad ng nakuha ng genomics), ay hinihimok ang isang naka-target na mutation sa gene, kung gayon, sa pamamagitan ng pag-obserba kung paano nagbabago ang pagbabago ng fenotype, binabawasan ang normal na pag-andar ng gene. Ang dalawang pamamaraang, pasulong at baligtad, ay pantulong. Kadalasan ang isang gene na kinilala ng mga advanced genetics ay na-mapa sa isang tiyak na rehiyon ng chromosomal, at ang buong pagkakasunud-sunod ng genomic ay nagpapakita ng isang gene sa posisyon na ito na may naka-annotated na function. (Para sa karagdagang impormasyon tungkol sa mga pag-aaral ng genetic, tingnan ang genetika: Mga pamamaraan sa genetika.)

Ang pagkilala sa Gene sa pamamagitan ng pagsusuri ng genomic ng microarray

Ang genomics ay lubos na pinasimple ang proseso ng paghahanap ng kumpletong subset ng mga gene na nauugnay sa ilang tiyak na temporal o pag-unlad na kaganapan ng isang organismo. Halimbawa, ang teknolohiya ng microarray ay nagbibigay-daan sa isang sample ng DNA ng isang clone ng bawat gene sa isang buong genome na mailagay nang maayos sa ibabaw ng isang espesyal na chip, na talaga ay isang maliit na manipis na piraso ng baso na ginagamot sa tulad ng paraan na ang mga molekula ng DNA ay matatag na nakadikit sa ibabaw. Para sa anumang partikular na yugto ng pag-unlad ng interes (halimbawa, ang paglaki ng mga ugat na buhok sa isang halaman o ang paggawa ng isang limb bud sa isang hayop), ang kabuuang RNA ay nakuha mula sa mga cell ng organismo, na may label na may fluorescent dye, at ginamit upang maligo ang mga ibabaw ng microarrays. Bilang isang resulta ng mga tiyak na pagpapares ng base, ang mga RNA ay naroroon na nakagapos sa mga gene mula kung saan sila ay orihinal na na-transcribe at gumawa ng mga fluorescent spot sa ibabaw ng chip. Samakatuwid, ang kabuuang hanay ng mga gene na na-transcribe sa panahon ng biological function ng interes ay maaaring matukoy. Tandaan na ang mga genetics sa pasulong ay maaaring mag-target sa isang katulad na layunin ng pag-iipon ng subset ng mga gen na nauukol sa ilang tiyak na proseso ng biyolohikal. Ang pasulong genetic na diskarte ay ang unang magbuo ng isang malaking hanay ng mga mutasyon na may mga phenotypes na lilitaw upang baguhin ang proseso na pinag-uusapan, na sinusundan ng mga pagtatangka upang tukuyin ang mga gene na karaniwang gagabay sa proseso. Gayunpaman, ang pamamaraan ay maaari lamang matukoy ang mga gene na kung saan ang mga mutation ay gumagawa ng isang madaling makikilala na mutant phenotype, at ang mga genes na may banayad na mga epekto ay madalas na napalampas.

Paghahambing genomics

Ang isang karagdagang aplikasyon ng genomics ay sa pag-aaral ng mga relasyon sa ebolusyon. Gamit ang klasikal na genetika, ang mga ugnayan ng ebolusyon ay maaaring pag-aralan sa pamamagitan ng paghahambing ng sukat ng chromosome, bilang, at mga banding pattern sa pagitan ng mga populasyon, species, at genera. Gayunman, kung magagamit ang buong genomic na pagkakasunud-sunod, ang paghahambing na genomics ay nagdadala ng isang paglutas ng kapangyarihan na higit na malaki kaysa sa mga klasikal na pamamaraan ng genetiko at pinapayagan ang higit na banayad na mga pagkakaiba-iba na napansin. Ito ay dahil sa paghahambing na genomics na nagpapahintulot sa mga DNA ng mga organismo na maihahambing nang direkta at sa isang maliit na sukat. Sa kabuuan, ang mga paghahambing na genomics ay nagpakita ng mataas na antas ng pagkakapareho sa pagitan ng mga malapit na nauugnay na mga hayop, tulad ng mga tao at chimpanzees, at, higit na nakakagulat, ang pagkakapareho sa pagitan ng mga tila medyo may kaugnayan na mga hayop, tulad ng mga tao at mga insekto. Ang mga paghahambing na genomics na inilalapat sa mga natatanging populasyon ng mga tao ay nagpakita na ang mga species ng tao ay isang genetic na pagpapatuloy, at ang mga pagkakaiba sa pagitan ng mga populasyon ay pinigilan sa isang napakaliit na subset ng mga gen na nakakaapekto sa mababaw na hitsura tulad ng kulay ng balat. Bukod dito, dahil ang pagkakasunud-sunod ng DNA ay maaaring masukat sa matematika, ang pagsusuri ng genomic ay maaaring masukat sa isang napaka-eksaktong paraan upang masukat ang mga tiyak na antas ng pagkakaugnay. Nakita ng genomics ang mga maliliit na pagbabago, tulad ng pagkakaroon ng nakakagulat na mataas na antas ng pagkopya ng gene at mga elemento ng mobile sa loob ng genom.