Upload
tern89
View
175
Download
1
Embed Size (px)
DESCRIPTION
Genomik ders notu_ 1. bölüm
Citation preview
GENOMİK
Prof. Dr. Şule ARI
2009-2010
-Omik Teknolojileri
• Son yıllarda yaşam bilimlerinde kaydedilen olağanüstü ilerlemeler –omik teknolojilerin gelişimiyle paralellik göstermektedir.
• 1995 yılında mikrobiyal genomlara ait ilk genom haritalarının tamamlanmasının ardından bu sayı insandan bitkilere kadar çeşitli organizma gruplarındaki farklı türler için yüzlerceye ulaşmıştır.
• Genom projeleri ile elde edilen genom bilgileri (genlerin yapı, sayı, genomdaki organizasyonları ve işlevleri) başta model organizmalar olmak üzere çeşitli organizmalar düzeyinde canlılıkla ilgili birçok bilinmezin anlaşılmasında önemli katkılar sağlamıştır.
• Genom bilgilerinin elde edilmesi genlerin nükleotid dizi bilgilerinin, anlatım biçimlerinin, hangi genin hangi karakteri ortaya koyduğunun anlaşılmasına dayalı gen anlatımı profillerinin organizmalar düzeyinde belirleme çalışmalarını başlatmıştır.
• Gen anlatımı analizleri ile birlikte genlerin ürünleri olan RNA ve proteinlerin yapı-işlev etkileşimlerinin belirlenmesi çalışmaları –omik teknolojileri adı altında yeni bir alanın doğmasına yol açmıştır.
• Bu teknolojilerle ve biyoinformatiğin de yardımıyla hücreye ait moleküler elemanların yapı, işlev ve etkileşim biçimleri ortaya konulmaktadır.
• -omik teknolojileri canlılıkla ilişkili mekanizmaların anlaşılması için hızlı, doğru ve kesin yöntemler olarak günümüz yaşam bilimleri çalışmalarına eşsiz bir katkı sağlamaktadır.
Genomik
• İnsan Genom Projesinin resmi başlama tarihi olan 1990 yılından itibaren önemli ve bağımsız bir çalışma alanı olarak ortaya çıkmıştır.
• Genomik tüm yaşam formlarının genomlarının yapılarının, işlevlerinin ve evrimlerinin anlaşılması bilimidir.
• Genomik bilgi + biyoteknoloji önemli biyolojik ve tıbbi soruların cevapları aranmaktadır.
• Genomik + biyoinformatikmoleküler modelleme, ilaç tasarımı, protein yapı ve işlev belirlenmesi, filogenetik analiz, metabolik network, sistem biyoloji
Yapısal genomik
• Yapısal genomik genomların ürünü olan proteinlerin yapısını, bilinen proteinlerle karşılaştırma yaparak inceler.
• www.ornl.gov: İnsan Genom Genom Projesi Bilgileri
• Dizilenmesi tamamlanmış genomlara ait bilgiler GOLD-Genomes On-Line Database;
• NCBI Entrez Genome Project dizilenmesi tamamlanmış/tamamlanmamış genomlara ait bilgiler
İşlevsel genomik
• Yüksek işlem hacimli (high-throughput) metodları kullanarak temel makromoleküllerin işlev ve anlatımlarının anlaşılması çalışmalarını kapsar.
• İşlevsel genomiğin yoğunlaştığı konular , hastalık ve kompleks özelliklerden (ilaçlara, ksenobiyotiklere direnç vb.) sorumlu genlerin belirlenmesi, hastalığa yol açma koşularının aydınlatılması
• Genom sonrası dizileme analizleri (mutasyon polimorfizm analizleri gen protein işlev-etkileşim analizleri) işlevsel genomik çalışmaları ile bütünleşmiştir.
• UniProt/Swiss-Prot: tedavi edici protein dizi databazı: domen yapıları, post translasyonel modifikasyonlar, varyantlar, diğer databazlarla integrasyon
• KEGG-Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes system: In silico metabolik yolların oluşturulması, metabolik yol karşılaştırmaları, metabolik yol temelli anlatım bilgi bankaları, olası ilaç hedeflerinin bulunması, metabolik yol mühendisliği
Karşılaştırmalı Genomik
• Karşılaştırmalı genomik, insan genom projesi sonrasında ortaya çıkmış önemli bir çalışma alanıdır.
• Karşılaştırmalı genomik ile, dizilenmesi tamamlanmış dizilerin diğer organizmalarla karşılaştırmaları yapılarak benzerlik-farklılıklar belirlenir. genom dizisi tanımlanan organizmaların (insan - fare - şempanze - maya gibi) dizi benzerlikleri - farklılıkları belirlenir.
• Bu bilgilerle araştırıcılar hastalıklarla savaşmak için yeni stratejiler belirleyebilirler.
• Farklı organizmalar arasında evrimsel değişikliklerin saptanması, türler arasında korunmuş dizilerin, organizmalara kendilerine ait özellikleri kazandıran genlerin belirlenmesi çalışmalarında kullanılır.
Sistem Biyoloji
• Gen ağları çalışmaları ile biyolojik bilgiler kullanılarak biyolojik sistemlerin Işlevlerini nasıl gerçekleştirdikleri anlaşılır.
• Biyolojik sistemlerin farklı kısımları arasındaki ilişkiler ve etkileşimler anlaşılmaya çalışılır. Böylece, hücrelerin normal ve patolojik durumlarda nasıl çalıştıkları anlaşılabilir.
• Bu gelişmekte olan alanın en iyi yanı, farklı genler arasında birçok bağlantının aynı anda kurulabilmesi ile hücredeki gen ağlarının aynı anda incelenebilme özelliğinin bulunmasıdır.
http://www.ncbi.nlm.nih.govNCBI Resources organism-specific links • Prokaryotic Projects • prokaryotic-specific • genome projects • Organellar Genomes • organellar reference sequences • and tools • Plant Genomes • major plant • genome projects • RefSeq • the reference • sequence project • Viral Genomes • viral reference sequences • and tools • WGS Sequences • whole genome • shotgun sequences
• Genomic Biology
• Entrez Gene
• gene-related • information • Entrez Genome • sequence and map data • from whole genomes • Entrez Protein Clusters • a collection of related • protein sequences • Metagenomic Projects • metagenomic-specific • genome projects • Eukaryotic Projects • eukaryotic-specific • genome projects
Genom terimi,
• 1920’de Alman Botanikçisi Hans Winkler tarafından haploid bir kromozom takımında taşınan genlerin tamamını ifade etmek için kullanılmıştır.
• Günümüzde ise bu tanım, haploid bir kromozom takımında taşınan sadece genleri değil tüm DNA’yı kapsayacak şekilde değiştirilmiştir.
• Çünkü bütün yüksek organizasyonlu ökaryotların genomlarında genlere ait DNA dizileri, gen olmayan DNA DNA dizilerine göre çok az yer tutar.
• Örneğin insan genomunun genleri içeren kısmı sadece %2-3’üdür.
Genomik,
• Genom terimine karşılık Genomik ifadesi yeni olup, 1986 ilk kez kullanılmıştır. Fare genetikçisi Thomas Roderick tarafından genomik, genomun haritalanmasını, dizilenmesini ve karakterizasyonunu olarak tanımlanmıştır.
• Daha sonra ise genomik kavramı yüksek işlem hacimli analizlerin biyolojiye katkılarıyla değişmiş ve ek terimlerle gelişmiştir.
• Genlerin işlevlerini araştırılması ile ilgili olan dalı işlevsel genomik, mRNA anlatımının geniş ölçekteki analizi transkriptomik, proteinlerin geniş ölçekteki analizi ise (anlatım profili, etkileşimler ve yapı) proteomik olarak adlandırılmaktadır.
Terminoloji• genom: 1 kromozom takımı • genomik: genom haritalama, dizileme, fonksiyon analizi• proteom: genomun oluşturduğu tüm protein içeriği• proteomik: protein tanımlanması, yapı, fonksiyon analizi• transkriptom: transkripsiyon sonrası elementler (RNA parçaları, modifikasyon enzimleri
vb.)• transkriptomik:transkriptomik: transkriptom anal• Metabolik: metabolitlerin tanımlanması, analizi çalışmaları• MetabonomikMetabonomik:: ilaçlara, çevresel değişikliklere ve hastalıklara verilen cevaplarla ilişkili
çalışmalar interaktom:interaktom: protein-protein etkileşimleri• çipler/mikroarrayler: birkaç cm2’lik katı yüzeylerde, fluoresan işaretli problar aracılığı ile,
10.000’den fazla melezlemenin bilgisayar ortamında görüntülendiği çipler • GENOM SONRASI İNFORMATİĞİ • selülomik: yapay hücre oluşturma Işlemleri• IT - BİYOLOJİ: Bilgi Teknolojisi - Biyoloji işbirliği • (biyoinformatik) Biyolojik olay/verilerin matematiksel ifadesi ve anlamlandırılması• In Silico Biyoloji: bilgisayar ortamında/bilgisayar canlandırmalı biyoloji
• integratif analiz: çok işlemcili bilgisayar alt yapısı kurulması high-through-put(HT)/robotik analiz
• nisan 2003’de tamamlandı
• insanlık tarihinin en önemli gelişmelerinden biri
• türümüzü oluşturan genlerinin tümünün (GENOM) haritasının çıkarılması
İİnsan Genom Projesi (HGP);nsan Genom Projesi (HGP);
HUGO (Human Genome Organization)
• Kurumlar– DOE (US Department of Energy)– NIH (National Institute of Health)
• Önemli Kişiler– Francis Collins – HGP Başkanı– J. Craig Ventner – Celera Genomics
Başkanı
HUGO (Human Genome Organization)
Francis CollinsFrancis Collins J. Craig VentnerJ. Craig Ventner
• Ülkeler– Avustralya– Brezilya– Kanada– Çin– Danimarka– Fransa– Almanya– İngiltere
HUGO (Human Genome Organization)
İİsrailsrail
İİtalyatalya
JaponyaJaponya
HollandaHollanda
KoreKore
MeksikaMeksika
RusyaRusya
İİsveçsveç
• Şirketler– Celera Genomics (haritalama, patent)– IBM– Compaq (otomasyon)– DuPont– Perkin-Elmer (özel sequencer üretimi)
HUGO (Human Genome Organization)
}}
• Bütçe– 1988’de 27.9 milyon $– 2000’de 360.6 milyon $– Ortalama yılda 200 milyon $
HUGO (Human Genome Organization)
amaç,amaç,
• model organizmalarda haritalama
• 4000’den fazla genetik hastalığın moleküler temelinin anlaşılması
• genom bilgisinin toplanması – dağıtımı
• etik, sosyal ve yasal düzenlemeler
• teknoloji geliştirilmesi - transferi
amaç,amaç,
• 100.000 olduğu düşünülen insan genlerinin,
– yapı– genomdaki yerleşim– fonksiyonlarının
anlaanlaşşılması için 24 insan kromozomundakiılması için 24 insan kromozomundaki
3 milyar baz çiftinin diziliminin belirlenmesi3 milyar baz çiftinin diziliminin belirlenmesi
model organizmalarda model organizmalarda haritalama,haritalama,
– bakteri – Escherichia coli– maya – Saccharomyces cerevisiae– nematod – Caenorhabtidis elegans– meyve sineği – Drosophila melanogaster– tere bitkisi – Arabidopsis thaliana– fare – Mus musculus