Informacija

Kaip skirtingi žmogaus genomo genai išreiškia save?

Kaip skirtingi žmogaus genomo genai išreiškia save?


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Sakoma, kad žmogaus genome yra daugiau nei dvidešimt penki tūkstančiai genų. Kiek iš jų gali (gali) išreikšti save kaip išorinį ar vidinį žmogaus bruožą (pvz., Pvz., Akių spalvas, plaukų spalvas, ausų krapštukus ir pan.). Už kokias funkcijas (dažniausiai) yra atsakingi kiti genai?


Žmogaus genome nėra 30 000 genomo, o jame yra 30 000 genų, kaip sakė HGP. Žmogaus genas yra suskaidytas genas, t. Y. Tarp trumpų faktiškai koduojančios DNR dalių yra ilgos nekoduojančios DNR dalys. Taigi yra daug šiukšlių. Skirtingi genai išreiškia save dviem etapais, pirmasis yra transkripcija, kai DNR pirmiausia paverčiama mRNR, kuri susilieja, o galiausiai mRNR paverčiama baltymais ir tai yra antrasis žingsnis, vadinamas transliacija. Taigi būtent DNR segmento pavertimas baltymais padeda įvairiems genams išreikšti save.

Kalbant apie tai, ką daro kiti genai, ne visi genai yra užsiėmę nustatydami fenotipinius bruožus. Taip pat vyksta daug kitų dalykų... įvairias biochemines reakcijas mūsų organizme turi reguliuoti fermentai, o šių fermentų gamybą kontroliuoja šie genai. Norėdami gauti daugiau žinių apie šią sritį... Google lac-operon koncepcija arba triptofano operono koncepcija.


Individualūs skirtumai, kuriuos sukelia žmogaus genomo maišytos DNR dalys

Jeilio tyrinėtojų atliktas tyrimas siūlo naują požiūrį į tai, kas lemia didžiausią genetinį kintamumą tarp individų - tai rodo, kad tai mažiau lemia vieno taško mutacijos, o ne struktūriniai pokyčiai, dėl kurių trūksta išplėstinių žmogaus genomo segmentų. arba pateikti papildomose kopijose.

"Dėmesys genetinių skirtumų nustatymui tradiciškai buvo sutelktas į taškines mutacijas arba SNP - atskirų genų atskirų bazių pokyčius", - sakė Michaelas Snyderis, "Cullman" molekulinės, ląstelių ir vystymosi biologijos profesorius ir vyresnysis tyrimo, kuris buvo paskelbtas, autorius. „Science Express“. "Mūsų tyrimas rodo, kad daug daugiau skirtumų tarp asmenų atsiranda dėl didelių DNR dalių pertvarkymo."

Nors pradinės žmogaus genomo sekos nustatymo pastangos buvo išsamios, jos paliko regionus, kurie buvo prastai išanalizuoti. Neseniai tyrėjai nustatė, kad net sveikiems asmenims daugelyje genomo regionų būdingi struktūriniai skirtumai. Šis tyrimas buvo skirtas užpildyti genomo sekos spragas ir sukurti technologiją, leidžiančią greitai nustatyti struktūrinius genomų skirtumus tarp labai didelės skiriamosios gebos išplėstiniuose regionuose.

"Mes nustebome, kai pastebėjome, kad struktūriniai pokyčiai yra daug labiau paplitę, nei mes manėme, ir kad dauguma variantų yra senovės kilmės. Daugelis pakeitimų, kuriuos radome, įvyko prieš ankstyvųjų žmonių populiacijų migraciją iš Afrikos", - sakė pirmasis autorius Janas Korbelas. Jeilio Molekulinės biofizikos ir biochemijos katedros postdoktorantė.

Norint pažvelgti į bendrus ar skirtingus struktūrinius variantus, dviejų patelių-vienos afrikietiškos ir Europos kilmės-DNR buvo analizuojama naudojant naują DNR pagrįstą metodiką, vadinamą suporuotu žemėlapiu (PEM). Mokslininkai suskaldė genomo DNR į valdomo dydžio gabalus, kurių ilgis apie 3000 bazių, pažymėtų ir išgelbėjo suporuotus fragmentų galus, o po to išanalizavo jų seką didelio našumo, greito sekos nustatymo metodu, kurį sukūrė 454 Life Sciences.

„454 sekos nustatymas gali sukurti šimtus tūkstančių ilgų skaitymo porų, kurios yra unikalios žmogaus genome, kad būtų galima greitai ir tiksliai nustatyti genomo variacijas“, – paaiškino Michaelas Egholmas, tyrimo bendraautoris ir 454 Life Sciences tyrimų ir plėtros viceprezidentas. .

„Ankstesnis darbas, pagrįstas taškinėmis mutacijomis, apskaičiavo, kad tarp asmenų yra 0,1 proc. Skirtumas, o šis darbas rodo skirtumų lygį nuo dviejų iki penkių kartų didesnis“,- sakė Snyderis.

„Mes taip pat radome„ karštųjų taškų “ - konkrečius regionus, kuriuose yra daug skirtumų“, - sakė Korbelis. "Nors šie regionai vis dar gali aktyviai vystytis, jie dažnai yra regionai, susiję su genetiniais sutrikimais ir ligomis."

„Šie rezultatai turės įtakos tam, kaip žmonės tiria genetinį ligos poveikį“, - sakė Alexas Eckehartas Urbanas, Snyderio grupės absolventas ir vienas iš pagrindinių tyrimo autorių. „Anksčiau buvo manoma, kad „orientyrai“, kaip ir anksčiau minėti SNP, gana tolygiai pasiskirstę skirtingų žmonių genomuose. Dabar, kai ieškome ligos geno, turime atsižvelgti į tai, kad struktūriniai skirtumai gali iškreipti. žemėlapį ir skiriasi tarp atskirų pacientų “.

"Nors tai gali atrodyti kaip prieštaravimas", - sako Snyderis, "šis tyrimas patvirtina rezultatus, apie kuriuos anksčiau pranešėme apie genų reguliavimą kaip pagrindinę variacijos priežastį. Struktūriniai didelių genomo tarpsnių pokyčiai greičiausiai pakeis atskirų genų reguliavimą tos sekos “.

Pasak autorių, net ir sveikiems žmonėms pasitaiko variantų, kai dalis geno ištrinama arba dviejų genų sekos suliejamos, nesunaikinant ląstelių veiklos, su kuria jie yra susiję. Jie sako, kad šios išvados rodo, kad žmogaus genomo „dalių sąrašas“ gali būti įvairesnis ir galbūt lankstesnis, nei manyta anksčiau.

Kiti autoriai iš Jeilio, be pirminių autorių Alexo E. Urbano ir Jano Korbelio, kuris taip pat yra susijęs su Europos molekulinės biologijos laboratorija Heidelberge, Vokietijoje, yra Fabianas Grubertas, Philipas Kimas, Deanas Palejevas, Nicholasas Carriero, Andrea Tanzer, Eugenia Saunders, Shermanas Weissmanas ir Markas Gersteinas. Tyrimą finansavo Nacionaliniai sveikatos institutai, Marie Curie stipendija, Aleksandro von Humboldto fondas, The Wellcome Trust, Roche Applied Science ir Jeilio didelio našumo skaičiavimo centras.

Citata: Science: Science Express (online) 2007 m. rugsėjo 28 d.

Istorijos šaltinis:

Medžiagos, pateiktos Jeilio universitetas. Pastaba: turinys gali būti redaguojamas pagal stilių ir ilgį.


Nauja Rytų perspektyva

Dažnai sakoma, kad jei tai galima įsivaizduoti, tai neišvengiamai bus padaryta. Ir tokia nuotaika negali būti teisingesnė, kai genetinės inžinerijos ir sintetinės biologijos taikymas taikomas mūsų planetos organizmų, įskaitant žmones, genomams.

Nors genetinio kodo sintezės ir sutvarkymo procesas turi daug procesų, galbūt nė vienas nebuvo toks perspektyvus kaip CRISPR-Cas sistema. Nuo laboratorinių eksperimentų iki naujos programinės įrangos, naudojamos genetiškai koduoti beveik taip pat lengvai, kaip ir kompiuterio kodas, genų redagavimas niekada nebuvo lengvesnis, atverdamas duris niekada neįmanomoms programoms.

Galbūt jokia technologija dar nepasirengusi taip iš esmės pakeisti pasaulio. Visa gyvybė Žemėje, kiekvienas gyvas organizmas dabar turi galimybę būti “redaguotam” pagrindiniame genetiniame lygmenyje, ją sustiprinant arba pažeminant, bet amžinai keičiant.

Genų redagavimas arba “ genų terapija ”, atliekama vaikams ar suaugusiems, keičia tikslinių ląstelių genetinę struktūrą, po kurios ir dalijant šią naują genetinę medžiagą perduoda kiekvienai vėlesnei naujai ląstelei. Štai kodėl ligų gydymas naudojant genų terapiją dažnai būna sėkmingas tik vienu šūviu. Gydymas ir#8221 nuolat kartojasi paciento kūne. Klinikinių tyrimų metu, naudojant šį metodą, buvo įveikta viskas - nuo leukemijos iki įgimtų genetinių defektų.

Kiek mokslas žino, šių pokyčių negalima perduoti pacientų palikuonims. Tačiau žmogaus genetinės sudėties pakeitimas ankstyvosiose jo vystymosi stadijose gali būti perduotas, genetinius pokyčius, atliktus laboratorijose, išplėsti į didesnę populiaciją.

Didžiausios grėsmės: smeigimas ir lėtas žudymas

Kalbant apie genų redagavimą, dažniausiai kalbama apie jo naudojimą ligoms gydyti ir superkultūriams bei gyvuliams gaminti, kad pasaulis būtų išgelbėtas. Kad ir ką gero jis sugeba, jis proporcingai sugeba tiek pat blogo.

Pirmas ir svarbiausias žmogaus genų redagavimo pavojus yra jo naudojimas ginkluotose vakcinose. Tokios baimės grindžiamos tuo, ką Jungtinės Tautos atskleidė Pietų Afrikos Respublikos apartheido vyriausybės metu, kur vyriausybės programa, pavadinta „Projekto pakrantė“ ir#8221, iš tikrųjų stengėsi gaminti konkrečioms rasėms skirtas vakcinas, tikėdamasi sterilizuoti ar nužudyti juodaodžius gyventojus. .

Vienas iš šios sąveikos pavyzdžių buvo darbas prieš vaisingumą. Remiantis RRL („Roodeplaat Research Laboratories“) dokumentais, įstaiga turėjo daug įregistruotų projektų, skirtų sukurti vakciną nuo vaisingumo. Tai buvo asmeninis pirmojo RRL generalinio direktoriaus daktaro Danielio Gooseno projektas. Goosenas, atlikęs embrionų transplantacijos tyrimus, TRC sakė, kad jis ir Bassonas aptarė galimybę sukurti vakciną nuo vaisingumo, kurią būtų galima selektyviai švirkšti be recipiento žinios. Pasak jo, ketinimas buvo jį administruoti juodaodėms Pietų Afrikos moterims be jų žinios.

Tuo metu technologijos tokiam žygdarbiui pasiekti niekada nepasiteisino. Dabar turi.

Kitas pavojus yra lėtas žudymas. ” Tai būtų genų redagavimo procesas, skirtas paveikti asmenis tiesiogiai arba per genetiškai modifikuotą maistą subtiliai, užkrėsti ar nužudyti tikslines demografines grupes ilgesnį laiką. Šio metodo pranašumas būtų dviprasmiškumas, susijęs su tuo, kas sukėlė vėžį ir kitas ligas, kurias sukelia susilpnėjusi imuninė sistema ir bendra sveikata.

Ir nors kai kuriems gali kilti pagunda teigti, kad šios technologijos pavojai, naudojami prieš gyventojus, priklauso tik nacių eugenikams ir rasistiniams Pietų Afrikos režimams, tiesa yra ta, kad net Vašingtonas parengė politikos dokumentus, propaguojančius ginklų dislokavimą. tarp „mikrobų pasaulio“ ir#8221

Minėtame JAV neokonservatyviame naujojo Amerikos amžiaus projekte (PNAC) 2000 m. ataskaitoje pavadinimu Atkuriant Amerikos gynybą, buvo nurodyta:

Padaugėjus balistinių ir sparnuotųjų raketų bei tolimojo nuotolio nepilotuojamų orlaivių (UAV), bus daug lengviau projektuoti karinę jėgą visame pasaulyje. Pati šaudmenys taps vis tikslesni, o nauji atakos metodai-elektroniniai, „nemirtini“, biologiniai-bus plačiau prieinami. (71 psl. iš .pdf)

Nors gali prireikti kelių dešimtmečių, kol transformacijos procesas atsiskleis, laikui bėgant karybos ore, sausumoje ir jūroje menas labai skirsis nuo dabartinių, o „kovos“ greičiausiai vyks naujomis dimensijomis: kosmosas, „kibernetinė erdvė“ ir galbūt mikrobų pasaulis. (72 psl. iš .pdf)

Ir pažangios biologinio karo formos, galinčios „nukreipti“ į konkrečius genotipus, gali paversti biologinį karą iš teroro srities į politiškai naudingą priemonę. (72 psl. iš .pdf)

Biologinis karas, galintis „nukreipti“ į konkrečius genotipus, yra būtent tai, kas dabar įmanoma, atsiradus patobulintam genų redagavimui. Nors daugelis gali įtarti, kad vien pelnas skatina dideles farmacijos korporacijas priversti skiepyti pasaulio gyventojus, iš tikrųjų tai taip pat gali reikšti tų pačių sąmokslininkų bandymą sukurti nusistovėjusią globalizuotą terpę, per kurią būtų galima administruoti savo tikslinius biologinius ginklus. priežastis, kodėl žmonių sveikatos priežiūros ir biotechnologijų (ypač vakcinų) klausimas yra ne tik verslo, bet ir nacionalinio saugumo klausimas.

Planetos genetinio paveldo perrašymas

Neseniai Kinijos mokslininkai peržengė tai, ką daugelis Vakarų komentatorių, mokslininkų ir kitų tvirtino, yra “etinė linija”, taikydami genų redagavimą žmogaus embrionams. Kritikai konkrečiai pasmerkė šį žingsnį, nes bet kuris žmogaus redaguojamas ir#embriono stadijoje greičiausiai tuos genetinius pokyčius perduos bet kokiems palikuonims, kuriuos jie turėjo, kai taps suaugę.

Vis dėlto daugelis šių kritikų aktyviai pasisako už tą patį biotechnologijų naudojimą, nors ir ne žmonėms, o mūsų maistui. Genetiškai modifikuoti organizmai (GMO), ypač modifikuoti augalai, savo dirbtinai pakeistą genetinį kodą perduoda kitai kartai. Kryžminis apdulkinimas ne kartą užteršė GMO nenaudojančių ūkininkų laukus, sukeldamas vis didesnį ginčą ir daugybę ieškinių bei teisinių peržiūrų.

Tiesą sakant, bet koks genetinis redagavimas, ypač kai jis keičia kitų kartų genetinę medžiagą, kelia potencialią grėsmę visos planetos genetiniam paveldui ir gali sukelti pasekmių, kurių mes vis dar negalime visiškai suprasti. Pasaulyje, kuriame „mokslas yra galutinis“ dėl žmonijos poveikio planetos klimatui, reikalaujantis „skubių veiksmų“ jį sustabdyti arba pakeisti, nes nėra panašaus postūmio sustabdyti mūsų planetos užteršimą’ #8217 genetinis paveldas atrodo įtartinai veidmainiškas, jei ne visiškai neapgalvotas ir net tyčinis.

Žinoma, genų redagavimas bus atliekamas su vyriausybių ir jų valdomų žmonių pritarimu arba be jo. Tačiau reikėtų parengti ir įgyvendinti priemones, kuriomis būtų išsaugotas natūralus planetos genetinis paveldas, ir tokios priemonės turėtų būti kiek įmanoma labiau decentralizuotos.

Džeimso Bondo ir#8220Svalbardo pasaulinis sėklų saugykla ” šaltame Norvegijos klimate yra savotiška atsarginė kopija daugeliui planetos sodininkystės rūšių, tačiau ją valdo interesai, tyčia naikinantys planetą. 8217s genomai. Tai iš esmės nusikalstama gauja, besiruošianti nuskandinti laivą, tačiau tik užsitikrinusi sau vienintelę turimą gelbėjimo valtį.

Turi būti suteikta daugiau gelbėjimo valčių, ir tam reikės politikos formuotojų supratimo apie šią naują technologiją ir jos keliamas grėsmes, taip pat nacionalinę ir vietos politiką, kaip apsisaugoti nuo šių grėsmių.

Vakarai įstrigę savo veidmainystėje

Ironiška, kad Vakarų veidmainystė surišo rankas smerkdama Kinijos veiksmus, kad neapgalvotai pakeistų žmogaus embrionų genomus. Ne tik Vakarų požiūris į GMO apskritai dabar kenkia jų bylai prieš Kiniją, Vakaruose vyraujantis požiūris, kad embrionai net nėra „žmogus“, taip pat yra kritiškai veidmainiškas, nepaisant to, koks neracionalus, nemoksliškas ir nekvalifikuotas (vis dėlto labai politiškai patogu) toks požiūris yra.

Vakaruose negimusieji vaikai praktiškai ir#8220 yra šiukšlės, ir gali būti išmesti iš užgaidos. Taigi kinams gali būti atleista, kad jie galvoja, kad yra visiškai gerai su jais beatodairiškai eksperimentuoti. Tiesą sakant, unikalus žmogaus genetinis kodas ir metabolinė ląstelių veikla, kuri yra jo gyvenimo pradžia, abu nenutrūkstamai tęsiasi iki gimimo ir tęsiasi iki mirties, natūralios ar kitokios, prasideda pastojant. Eksperimentai su žmogaus embrionu gali atrodyti ne taip paviršutiniškai, kaip žmogaus eksperimentai, bet moksliškai.

Vakarai yra visiškai teisūs smerkdami Kiniją už jos eksperimentus su žmogaus embrionais, tačiau dėl sumišusios savanaudiškos veidmainystės šis pasmerkimas tapo nenuosekliu ir, deja, nereikšmingu.

Nepaisant to, tos tautos, kurios vis dar laikosi ir objektyvaus mokslo, ir žmogiškumo jausmo, gali ir turi sukurti precedentą, pagrįstą aukščiau aprašytomis realijomis. Jie turi pripažinti šios technologijos keliamas grėsmes ir piktnaudžiavimą, taip pat jos naudą. Jie turi šviesti savo gyventojus, kad jie suprastų skirtumą tarp šių dviejų ir kaip svarbu plėtoti nacionalinę biotechnologijų iniciatyvą tiek nacionalinio saugumo, tiek pažangos klausimu. Tačiau visų pirma jie turi suprasti, kad biotechnologija yra kita didelė revoliucija po informacinių technologijų, ir pradėti kurti jai palaikyti būtiną infrastruktūrą.

To nepadarius, valstybės bus netinkamai pasirengusios pasinaudoti jos teikiama nauda arba apsiginti nuo daugybės neįtikėtinai pavojingų piktnaudžiavimų.

Ginklavimas, nelaimingi atsitikimai ir net globalizuotų korporacijų perspektyva rasti, tada padaryti neprieinamą gydymą nuo ligų ir būklių, turinčių įtakos milijonams, pavyzdžiui, vėžiui, diabetui ir širdies ligoms, yra visos grėsmės, su kuriomis dabar susiduriame, nesvarbu, ar norime tai pripažinti, ar ne. Vienas punktas, kurį Vakarai teisingai padarė ant rankos, verždamiesi dėl paskutinio ir neapgalvoto Kinijos šuolio į priekį, buvo tas, kad biotechnologijų klausimas dėl didelio poveikio žmogaus genomui ir visos planetos genetiniam paveldui nebėra “ ateitis ” scenarijus. Tai šiuo metu keliantis susirūpinimą.

Ulsonas Gunnaras, Niujorke gyvenantis geopolitinis analitikas ir rašytojas, specialiai internetinio žurnalo „New Eastern Outlook“.


Genomikos taikymas

Įvedus DNR seką ir viso genomo sekos nustatymo projektus, ypač žmogaus genomo projektą, išplėtė DNR sekos informacijos pritaikomumą. Genomika dabar naudojama įvairiose srityse, tokiose kaip metagenomika, farmakogenomika ir mitochondrijų genomika. Dažniausiai žinomas genomikos taikymas yra suprasti ir rasti vaistų nuo ligų.

Ligos rizikos numatymas asmens lygmeniu

Ligos rizikos numatymas apima tikrinimą ir šiuo metu sveikų asmenų nustatymą atliekant genomo analizę individualiu lygiu. Prieš prasidedant ligai, gali būti rekomenduojama keisti gyvenimo būdą ir imtis vaistų. Tačiau šis metodas labiausiai tinka, kai problema kyla dėl vieno geno mutacijos. Tokie defektai sudaro tik apie 5 procentus išsivysčiusiose šalyse nustatytų ligų. Dauguma įprastų ligų, tokių kaip širdies ligos, yra daugiafaktorinės arba poligeniškos, o tai reiškia fenotipines savybes, kurias lemia du ar daugiau genų, taip pat aplinkos veiksnius, tokius kaip dieta. 2010 m. balandį Stanfordo universiteto mokslininkai paskelbė sveiko žmogaus genomo analizę (Stenfordo universiteto mokslininkas Stephenas Quake'as, kurio genomas buvo sekvenuotas), o analizė numatė jo polinkį sirgti įvairiomis ligomis. Buvo atliktas rizikos vertinimas, siekiant išanalizuoti Quake & rsquos rizikos procentą 55 skirtingoms sveikatos būklėms. Buvo nustatyta reta genetinė mutacija, kuri parodė, kad jam gresia staigus širdies priepuolis. Jam taip pat buvo prognozuojama, kad 23 proc. Rizika susirgti prostatos vėžiu ir 1,4 proc. Alzheimerio ir rsquos liga. Genominiams duomenims analizuoti mokslininkai naudojo duomenų bazes ir keletą publikacijų. Nors genomo sekos nustatymas tampa labiau prieinamas ir analizės priemonės tampa vis patikimesnės, etikos klausimai, susiję su genomo analize populiacijos lygiu, dar turi būti išspręsti. Pavyzdžiui, ar tokie duomenys gali būti teisėtai naudojami siekiant apmokestinti daugiau ar mažiau už draudimą arba turėti įtakos kredito reitingams?

Genomo masto asociacijos studijos

Nuo 2005 m. buvo galima atlikti tyrimą, vadinamą genomo masto asociacijos tyrimu arba GWAS. GWAS yra metodas, nustatantis atskirų nukleotidų polimorfizmų (SNP) skirtumus tarp individų, galinčių sukelti ligas. Šis metodas ypač tinka ligoms, kurias gali paveikti vienas ar keli genetiniai pokyčiai visame genome. Naudojant šeimos istorijos informaciją labai sunku nustatyti genus, susijusius su tokia liga. GWAS metodas remiasi genetine duomenų baze, kuri buvo kuriama nuo 2002 m., pavadinta Tarptautiniu HapMap projektu. „HapMap“ projektas suskirstė kelių šimtų asmenų genomus iš viso pasaulio ir nustatė SNP grupes. Į grupes įeina SNP, esantys netoli chromosomų, todėl jie linkę likti kartu per rekombinaciją. Tai, kad grupė lieka kartu, reiškia, kad norint identifikuoti visus grupės SNP, tereikia identifikuoti vieną žymeklį SNP. Yra nustatyti keli milijonai SNP, tačiau identifikuoti juos kitiems asmenims, kuriems nebuvo atliktas visas genomas, yra daug lengviau, nes reikia identifikuoti tik žymenis SNP.

Pagal bendrą GWAS dizainą pasirenkamos dvi asmenų grupės, viena grupė serga šia liga, o kita – ne. Kiekvienos grupės asmenys yra suderinami su kitomis charakteristikomis, kad sumažėtų supainiotų kintamųjų, sukeliančių skirtumus tarp dviejų grupių, poveikis. Pavyzdžiui, genotipai gali skirtis, nes šios dvi grupės dažniausiai paimtos iš skirtingų pasaulio vietų. Kai asmenys yra atrinkti ir paprastai jų skaičius yra tūkstantis ar daugiau, kad tyrimas veiktų, paimami jų DNR pavyzdžiai. DNR analizuojama naudojant automatines sistemas, siekiant nustatyti didelius skirtumus tarp tam tikrų SNP procentų tarp dviejų grupių. Dažnai tyrimas tiria milijoną ar daugiau SNP DNR. GWAS rezultatai gali būti naudojami dviem būdais: genetiniai skirtumai gali būti naudojami kaip jautrumo ligai žymenys nediagnozuotiems asmenims, o nustatyti genai gali būti ligos molekulinio kelio ir galimų gydymo būdų taikiniai. Genų asociacijų su liga atradimo atšaka buvo įmonių, teikiančių vadinamąją „asmeninę genomiką“, sukūrimas, kuris nustatys įvairių ligų rizikos lygį, remiantis individualiu ir rsquos SNP papildymu. Šių paslaugų mokslas yra prieštaringas.

Kadangi GWAS ieško sąsajų tarp genų ir ligų, šie tyrimai pateikia duomenis kitiems priežasčių tyrimams, o ne patys atsako į konkrečius klausimus. Genų skirtumo ir ligos ryšys nebūtinai reiškia priežasties ir pasekmės ryšį. Tačiau kai kurie tyrimai suteikė naudingos informacijos apie genetines ligų priežastis. Pavyzdžiui, trys skirtingi tyrimai 2005 m. nustatė baltymo, dalyvaujančio reguliuojant uždegimą organizme, geną, kuris yra susijęs su ligą sukeliančiu aklumu, vadinamu su amžiumi susijusia geltonosios dėmės degeneracija. Tai atvėrė naujas galimybes tyrinėti šios ligos priežastis. Naudojant GWAS, buvo nustatyta daug genų, susijusių su Krono ir rsquos liga, ir kai kurie iš jų pasiūlė naujus hipotetinius ligos priežasties mechanizmus.

Farmakogenomika

Farmakogenomika apima vaistų veiksmingumo ir saugumo įvertinimą, remiantis informacija iš asmens genominės sekos. Informacija apie asmeninę genomo seką gali būti naudojama skiriant vaistus, kurie bus efektyviausi ir mažiausiai toksiški, atsižvelgiant į individualų paciento ir rsquos genotipą. Genų ekspresijos pokyčių tyrimas gali suteikti informacijos apie genų transkripcijos profilį esant vaistui, o tai gali būti naudojamas kaip ankstyvas toksinio poveikio galimo rodiklis. Pavyzdžiui, genai, dalyvaujantys ląstelių augime ir kontroliuojamoje ląstelių mirtyje, sutrikę, gali sukelti vėžinių ląstelių augimą. Viso genomo tyrimai taip pat gali padėti rasti naujų genų, susijusių su toksiškumu vaistams. Genų parašai gali būti ne visai tikslūs, tačiau gali būti toliau tiriami prieš atsirandant patologiniams simptomams.

Metagenomika

Tradiciškai mikrobiologija buvo dėstoma laikantis požiūrio, kad mikroorganizmus geriausia tirti grynosios kultūros sąlygomis, kai išskiriama vieno tipo ląstelė ir auginama laboratorijoje. Kadangi mikroorganizmai gali pereiti kelias kartas per kelias valandas, jų genų ekspresijos profiliai labai greitai prisitaiko prie naujos laboratorinės aplinkos. Kita vertus, daugelis rūšių priešinasi auginimui atskirai. Dauguma mikroorganizmų gyvena ne kaip atskiri subjektai, bet mikrobų bendruomenėse, žinomose kaip biofilmai. Dėl visų šių priežasčių gryna kultūra ne visada yra geriausias būdas tirti mikroorganizmus. Metagenomika yra kelių rūšių, augančių ir sąveikaujančių aplinkos nišoje, kolektyvinių genomų tyrimas. Metagenomika gali būti naudojama greičiau atpažinti naujas rūšis ir išanalizuoti teršalų poveikį aplinkai (10.3.3 pav.). Metagenomikos metodai dabar taip pat gali būti taikomi aukštesnių eukariotų, tokių kaip žuvys, bendruomenėms.

10.3.3 pav. Metagenomika apima DNR išskyrimą iš kelių rūšių aplinkos nišoje. DNR yra supjaustoma ir sekvenuojama, todėl iš persidengiančių dalių sekų galima atkurti visas kelių rūšių genomo sekas.

Naujų biodegalų kūrimas

Mikroorganizmų genomikos žinios naudojamos ieškant geresnių būdų, kaip panaudoti biokurą iš dumblių ir melsvadumblių. Pagrindiniai kuro šaltiniai šiandien yra anglis, nafta, mediena ir kiti augaliniai produktai, tokie kaip etanolis. Nors augalai yra atsinaujinantys ištekliai, vis dar reikia rasti daugiau alternatyvių atsinaujinančių energijos šaltinių, kad būtų patenkinti mūsų gyventojų ir energijos poreikiai. Mikrobų pasaulis yra vienas didžiausių išteklių genams, kurie koduoja naujus fermentus ir gamina naujus organinius junginius, ir jis iš esmės lieka neišnaudotas. Šis didžiulis genetinis išteklius gali suteikti naujų biokuro šaltinių (10.3.4 pav.).

10.3.4 pav. Pirmajame karinio jūrų laivyno forume atsinaujinantys degalai buvo išbandyti karinio jūrų laivyno laivuose ir orlaiviuose. (kreditas: John F. Williams, JAV karinio jūrų laivyno darbo pakeitimas)

Mitochondrijų genomika

Mitochondrijos yra tarpląstelinės organelės, turinčios savo DNR. Mitochondrijų DNR greitai mutuoja ir dažnai naudojama evoliuciniams santykiams tirti. Kita ypatybė, dėl kurios įdomu tirti mitochondrijų genomą, yra ta, kad daugumoje daugialąsčių organizmų mitochondrijų DNR perduodama iš motinos apvaisinimo proceso metu. Dėl šios priežasties genealogijai atsekti dažnai naudojama mitochondrijų genomika.

Genomika teismo analizėje

Informacija ir įkalčiai, gauti iš nusikaltimo vietose rastų DNR mėginių, buvo naudojama kaip įrodymas teismo bylose, o genetiniai žymenys buvo naudojami teismo ekspertizėje. Genominė analizė taip pat tapo naudinga šioje srityje. 2001 m. buvo paskelbtas pirmasis genomikos panaudojimas kriminalistikoje. Tai buvo bendros akademinių tyrimų institucijų ir FTB pastangos išspręsti paslaptingus juodligės atvejus (10.3.5 pav.), Kuriuos gabeno JAV pašto tarnyba. Juodligės bakterijos buvo paverstos užkrečiamais milteliais ir išsiųstos naujienų žiniasklaidai ir dviem JAV senatoriams. Milteliai užkrėtė administracinius darbuotojus ir pašto darbuotojus, kurie atidarė ar tvarkė laiškus. Penki žmonės mirė, o 17 susirgo nuo bakterijų. Naudodamiesi mikrobų genomika, tyrėjai nustatė, kad galiausiai visuose laiškuose buvo naudojama tam tikra juodligės padermė, o šaltinis buvo nustatytas mokslininkui nacionalinėje biologinės apsaugos laboratorijoje Merilande.

10.3.5 pav. Bacillus anthracis yra organizmas, sukeliantis juodligę. (kreditas: darbo pakeitimas CDC masto juostos duomenimis iš Matt Russell)

Genomika žemės ūkyje

Genomika gali tam tikru mastu sumažinti su moksliniais tyrimais susijusius išbandymus ir nesėkmes, o tai gali pagerinti pasėlių derliaus kokybę ir kiekį žemės ūkyje (10.3.6 pav.). Požymių susiejimas su genais ar genų parašais padeda pagerinti pasėlių veisimą, kad būtų galima sukurti hibridus, turinčius labiausiai pageidaujamų savybių. Mokslininkai naudoja genominius duomenis norimiems bruožams nustatyti, o po to tuos bruožus perkelia į kitą organizmą, kad sukurtų naują genetiškai modifikuotą organizmą, kaip aprašyta ankstesniame modulyje. Mokslininkai atranda, kaip genomika gali pagerinti žemės ūkio produkcijos kokybę ir kiekį. Pavyzdžiui, mokslininkai galėtų panaudoti pageidaujamus bruožus, kad sukurtų naudingą produktą arba patobulintų esamą produktą, pvz., Kad sausrai jautrus pasėlis būtų tolerantiškesnis sausam sezonui.

10.3.6 pav. Transgeniniai žemės ūkio augalai gali būti atsparūs ligoms. Šios transgeninės slyvos yra atsparios slyvų raupų virusui. (kreditas: Scottas Baueris, USDA ARS)

Proteomika

Baltymai yra galutiniai genų produktai, kurie atlieka geno koduojamą funkciją. Baltymus sudaro amino rūgštys ir jie atlieka svarbų vaidmenį ląstelėje. Visi fermentai (išskyrus ribozimus) yra baltymai ir veikia kaip katalizatoriai, turintys įtakos reakcijų greičiui. Baltymai taip pat yra reguliuojančios molekulės, o kai kurie – hormonai. Transporto baltymai, tokie kaip hemoglobinas, padeda transportuoti deguonį į įvairius organus. Antikūnai, saugantys nuo pašalinių dalelių, taip pat yra baltymai. Sergant liga, baltymų funkcija gali sutrikti dėl genetinio lygio pokyčių arba dėl tiesioginio poveikio konkrečiam baltymui.

Proteomas yra visas baltymų rinkinys, kurį gamina ląstelių tipas. Proteomas galima tirti naudojant žinias apie genomus, nes genai koduoja mRNR, o mRNR - baltymus. Proteomų funkcijos tyrimas vadinamas proteomika. Proteomika papildo genomiką ir yra naudinga, kai mokslininkai nori patikrinti savo hipotezes, kurios buvo pagrįstos genais. Nors visos daugialąsčio organizmo ląstelės turi tą patį genų rinkinį, skirtinguose audiniuose gaminamų baltymų rinkinys yra skirtingas ir priklauso nuo genų ekspresijos. Taigi, genomas yra pastovus, tačiau proteomas organizme skiriasi ir yra dinamiškas. Be to, RNR gali būti alternatyviai sujungtos (supjaustytos ir įklijuotos, kad būtų sukurti nauji deriniai ir nauji baltymai), o daugelis baltymų modifikuojami po vertimo. Nors genomas suteikia planą, galutinė architektūra priklauso nuo kelių veiksnių, galinčių pakeisti proteomą generuojančių įvykių progresą.

Siekiant suprasti genetinį ligos pagrindą, tiriami pacientų, sergančių konkrečiomis ligomis, genomai ir proteomos. Ryškiausia liga, tiriama naudojant proteominius metodus, yra vėžys (10.3.7 pav.). Proteominiai metodai naudojami siekiant pagerinti atranką ir ankstyvą vėžio nustatymą, tai pasiekiama nustatant baltymus, kurių ekspresiją veikia ligos procesas. Individualus baltymas vadinamas biomarkeriu, o baltymų rinkinys su pakitusiu ekspresijos lygiu vadinamas baltymų parašu. Kad biomarkeris ar baltymų parašas būtų naudingi kaip kandidatas ankstyvam atrankui ir vėžio nustatymui, jis turi būti išskiriamas į kūno skysčius, tokius kaip prakaitas, kraujas ar šlapimas, kad būtų galima atlikti didelio masto tyrimus neinvaziniu būdu . Dabartinė problema naudojant biologinius žymenis ankstyvam vėžio nustatymui yra didelis klaidingų neigiamų rezultatų dažnis. Klaidingai neigiamas rezultatas yra neigiamas testo rezultatas, kuris turėjo būti teigiamas. Kitaip tariant, daugelis vėžio atvejų lieka nepastebėti, todėl biomarkeriai tampa nepatikimi. Kai kurie baltymų biomarkerių, naudojamų vėžiui nustatyti, pavyzdžiai yra CA-125 kiaušidžių vėžiui ir PSA prostatos vėžiui. Baltymų parašai gali būti patikimesni nei biomarkeriai vėžio ląstelėms aptikti. Proteomics is also being used to develop individualized treatment plans, which involves the prediction of whether or not an individual will respond to specific drugs and the side effects that the individual may have. Proteomics is also being used to predict the possibility of disease recurrence.

Figure 10.3.7: This machine is preparing to do a proteomic pattern analysis to identify specific cancers so that an accurate cancer prognosis can be made. (credit: Dorie Hightower, NCI, NIH)

The National Cancer Institute has developed programs to improve the detection and treatment of cancer. The Clinical Proteomic Technologies for Cancer and the Early Detection Research Network are efforts to identify protein signatures specific to different types of cancers. The Biomedical Proteomics Program is designed to identify protein signatures and design effective therapies for cancer patients.


Scientists discover new roles for viral genes in the human genome

Singapore – The human genome is the blueprint for human life, but much of this blueprint still remains a mystery. Researchers from A*STAR's Genome Institute of Singapore (GIS) have now discovered that sequences from old viruses that were thought to be useless, might contribute to the earliest cell types in the human life cycle. These newly discovered viral elements can be used to identify new types of embryonic stem cells, opening more possibilities to understanding human development and diseases.

The viral sequences that are the focus of the discovery are similar to retroviruses , but since they are a part of the human genome, they are known as endogenous retroviruses (ERV). ERVs are able to reinsert another copy of their own DNA into the human genome once they are activated. Since they mainly multiply their own DNA, they are sometimes referred to as 'selfish DNA'. Because of their 'selfishness', ERVs are potentially dangerous when they destroy genes that are essential to human life. In a study recently published in Ląstelių kamieninė ląstelė, scientists describe that many ERVs are activated in cells from early embryos, but instead of being harmful, they might have become useful over the course of evolution.

Genes that are activated are transcribed into RNA to function. Therefore, scientists investigate the RNAs in the cell to identify active genes. "When we investigated public data from embryonic cells, we found that many RNAs originated from regions in the human genome that are ERVs," explained GIS Fellow Dr Jonathan Göke, who led the study. "We did not only observe isolated events, but systematic activation of these ERVs. Every cell type showed transcription of specific classes, something that is very unlikely to occur by chance".

"Many ERV elements are only fragments of the full viruses," added Dr Göke. "They maintain the activation sequence, but the RNA that they generate can be very different from the RNA that retroviruses generate". In many cases, these ERV-RNAs are even parts of RNAs generated from other genes. This way, ERVs might have evolved to gain a new function they might have become a part of the blueprint for human life.

ERVs have been shown to play a role in diseases such as cancer. Because many ERVs are not expressed in the most widely used cell models, and they do not exist in mouse, scientists do not yet fully understand their function. The researchers now showed that a part of the ERVs which functions as activator can be used to identify cells that show expression of these ERV families. Such cells might overcome the limitations of current cell models to study the role and function of ERVs in development and disease.

"These are fascinating findings as the embryonic cells that express these ERV-derived RNAs are fundamental to the human life cycle. Now the big question is what they are actually doing." said Dr Guillaume Bourque, associate professor at the McGill University in Canada, who has worked on ERVs himself for many years. "From research with human embryonic stem cells, we know that ERVs have become essential, so it is quite likely that the ERVs described in this study contribute in a number of ways to human development."

"This is a very exciting study," said Prof Huck-Hui Ng, executive director of the GIS. "The results open up many new opportunities to better understand why and how embryonic cells are different from adult cells, and what role these newly discovered ERV-genes play. Some ERVs may even be involved in the formation of diseases, such as cancer."

Dr Göke's team at the GIS plans to take their research further. "We are now developing new algorithms that will help us identify additional ERVs in the human genome, and we try to isolate cells that express these ERV-RNAs. This way we will be able to study their function and how they contribute to human diseases".


Išvada

We describe that genes with housekeeping expression contain more divergent promoters than genes with a more restricted tissue expression. Importantly, this property cannot be fully explained by the functional class of the encoded gene products, or by a higher prevalence of CpG islands in HK gene promoters. In addition, we have identified a number of transcription factors that are likely to play a predominant role in the control of HK gene expression. We argue that the lower promoter conservation observed in HK genes could be due to a more simple regulation of gene transcription.


Petrui Kerpedžijevui reikėjo greitojo genetikos kurso. Programinės įrangos inžinierius, turintis tam tikrą bioinformatikos mokymą, siekė doktorantūros ir manė, kad tai tikrai padės pažinti kai kuriuos biologijos pagrindus. „Jei norėčiau su kuo nors protingai pasikalbėti, apie kokius genus man reikia žinoti? – stebėjosi jis.

Kerpedjevas iš karto kreipėsi į duomenis. Jau daugelį metų JAV nacionalinė medicinos biblioteka (NLM) sistemingai žymi beveik kiekvieną straipsnį savo populiariojoje „PubMed“ duomenų bazėje, kurioje yra tam tikros informacijos apie tai, ką daro genas. Kerpedjiev ištraukė visus dokumentus, pažymėtus kaip apibūdinančius geno ar jo koduojamo baltymo struktūrą, funkciją ar vietą.

Rūšiuodamas įrašus, jis sudarė visų laikų labiausiai ištirtų genų sąrašą – savotiškus „geriausius žmogaus genomo hitus“ ir kelis kitus genomus.

Sąrašui vadovaujant jis rado geną, vadinamą TP53. Prieš trejus metus, kai Kerpedjievas pirmą kartą atliko savo analizę, mokslininkai ištyrė geną arba jo gaminamą baltymą p53 maždaug 6600 straipsnių. Šiandien šis skaičius siekia apie 8500 ir vis didėja. Vidutiniškai kasdien išleidžiama apie du dokumentus, kuriuose aprašoma nauja pagrindinės biologijos informacija TP53.

Jo populiarumas daugeliui biologų neturėtų būti naujiena. Genas yra naviko slopintojas ir plačiai žinomas kaip „genomo globėjas“. Jis yra mutavęs maždaug pusėje visų žmonių vėžio atvejų. „Tai paaiškina jo išliekamąją galią“, - sako Bertas Vogelsteinas, vėžio genetikas iš Johns Hopkins universiteto medicinos mokyklos Baltimorėje, Merilandas. Vėžio atveju jis sako: „nėra svarbesnio geno“.

Tačiau kai kurie topuose esantys genai yra mažiau žinomi, įskaitant kai kuriuos, kurie išpopuliarėjo praėjusiais genetinių tyrimų laikais, tačiau iškrito iš mados tobulėjant technologijoms. „Sąrašas nustebino“,-sako Kerpedjjevas, dabar studijuojantis genomo duomenų vizualizaciją Harvardo medicinos mokykloje Bostone, Masačusetso valstijoje. „Kai kurie genai buvo nuspėjami, kiti - visiškai netikėti“.

Norėdami sužinoti daugiau, Gamta dirbo kartu su Kerpedjiev, kad analizuotų visų laikų labiausiai ištirtus genus (žr. „10 geriausių“). Pratimas siūlo daugiau nei pokalbio pradžią: jis atskleidžia svarbias biomedicinos tyrimų tendencijas ir atskleidžia, kaip susirūpinimas dėl konkrečių ligų ar visuomenės sveikatos problemų pakeitė tyrimų prioritetus į pagrindinius genus. Tai taip pat parodo, kaip tik keli genai, kurių daugelis apima disciplinas ir ligų sritis, dominuoja tyrimuose.

Šaltinis: Peter Kerpedjiev/NCBI-NLM

Iš maždaug 20 000 baltymus koduojančių genų žmogaus genome tik 100 sudaro daugiau nei ketvirtadalį NLM pažymėtų dokumentų. Tūkstančiai bet kokių metų neištirti. „Tai atskleidžia, kiek daug apie ką nežinome, nes tiesiog nesivarginame to tirti“, – sako Helen Anne Curry, mokslo istorikė iš Kembridžo universiteto, JK.

Į madą ir iš jos

2002 m., Iškart po to, kai buvo paskelbti pirmieji žmogaus genomo juodraščiai, NLM pradėjo sistemingai prie dokumentų pridėti žymas „genų nuoroda į funkciją“ arba „GeneRIF“. Jis pratęsė šią anotaciją iki septintojo dešimtmečio, kartais naudodamas kitas duomenų bazes, kad padėtų užpildyti informaciją. Tai nėra tobulai kuruotas įrašas. „Apskritai duomenų rinkinys yra šiek tiek triukšmingas“, - sako Terence Murphy, NLM personalo mokslininkas Bethesdoje, Merilandas. Jis įspėja, kad tikriausiai yra tam tikras pavyzdžių šališkumas prieš 2002 m. Tai reiškia, kad kai kurie genai yra per daug reprezentuojami, o kai kurių gali trūkti. „Bet tai nėra baisu“, - sako Murphy. „Kai sujungiate kelis genus, tai gali sumažinti kai kuriuos iš šių šališkumo.

Atsižvelgiant į šį įspėjimą, PubMed įrašai atskleidžia keletą skirtingų istorinių laikotarpių, kai su genais susiję dokumentai buvo linkę sutelkti dėmesį į tam tikras karštas temas (žr. „Madingi genai per metus“). Pavyzdžiui, iki devintojo dešimtmečio vidurio daugelis genetinių tyrimų buvo sutelkti į hemoglobiną, deguonį pernešančią molekulę, randamą raudonuosiuose kraujo kūneliuose. Daugiau nei 10% visų žmogaus genetikos tyrimų iki 1985 m. Buvo tam tikru būdu susiję su hemoglobinu.

Šaltinis: Peter Kerpedjiev/NCBI-NLM

Tuo metu mokslininkai vis dar rėmėsi ankstyvaisiais Linuso Paulingo ir Vernono Ingramo darbais, kurie buvo biochemikų, pradėjusių tyrinėti ligas molekuliniu lygmeniu, pradininkais, 1940-aisiais ir 1950-aisiais atradę, kaip nenormalus hemoglobino kiekis sukėlė pjautuvinę ligą. Molekulų biologas Maxas Perutzas, pelnęs 1962 m. Nobelio chemijos premiją už 3D hemoglobino struktūros žemėlapį, po dešimtmečių toliau tyrinėjo, kaip baltymo forma susijusi su jo funkcija.

Pasak Alano Schechterio, JAV nacionalinio sveikatos instituto Bethesdoje, gydytojo mokslininko ir vyresniojo istorinio konsultanto, hemoglobino genai – daugiau nei bet kurie kiti tuo metu – suteikė „įėjimą suprasti ir galbūt gydyti molekulinę ligą“.

Pats pjautuvo pavidalo ląstelių tyrinėtojas Schechteris teigia, kad tokie genai buvo pokalbių centre tiek svarbiausiuose genetikos susitikimuose, tiek kraujo ligų susitikimuose aštuntajame ir devintojo dešimtmečio pradžioje. Tačiau kai mokslininkai įgijo prieigą prie naujų DNR sekos nustatymo ir manipuliavimo technologijų, jie pradėjo pereiti prie kitų genų ir ligų, įskaitant tuomet paslaptingą infekciją, kuri dažniausiai smogė gėjams.

Dar prieš 1983 m. Atradimą, kad ŽIV yra AIDS priežastis, klinikiniai imunologai, tokie kaip Davidas Klatzmannas, pastebėjo savitą modelį tarp sergančių žmonių. „Mane tiesiog pribloškė faktas, kad šie žmonės neturėjo T4 ląstelių“, - prisimena Klatzmannas, dabar dirbantis Paryžiaus ir Marie Curie universitete. Ląstelių kultūros eksperimentuose jis parodė 2, kad ŽIV, atrodo, selektyviai užkrečia ir sunaikina šias ląsteles, imuninės sistemos T ląstelių pogrupį. Klausimas buvo toks: kaip virusas pateko į ląstelę?

Klatzmannas samprotavo, kad paviršiaus baltymas (vėliau vadinamas CD4), kurį imunologai naudojo šiam ląstelių rinkiniui apibrėžti, taip pat gali būti receptorius, per kurį ŽIV pateko į ląstelę. Jis buvo teisus, nes 1984 m. gruodžio mėn. paskelbtame tyrime jis pranešė 3 kartu su panašiu molekulinio virusologo Robino Weisso, tuometinio Vėžio tyrimų instituto Londone, ir jo kolegų darbu.

Per trejus metus, CD4 buvo pagrindinis genas biomedicininėje literatūroje. Taip išliko 1987–1996 m., Tuo laikotarpiu jis sudarė 1–2% visų NLM įvertintų žymų.

Šis dėmesys iš dalies atsirado dėl pastangų kovoti su kylančia AIDS krize. Pavyzdžiui, devintojo dešimtmečio pabaigoje kelios kompanijos sugalvojo sukurti CD4 baltymo terapines formas, kurios galėtų nuvalyti ŽIV daleles prieš užkrėsdamos sveikas ląsteles. Tačiau mažų bandymų su žmonėmis rezultatai pasirodė esą „neįtikėtini“, - sako Jeffrey Lifsonas, JAV Nacionalinio vėžio instituto Frederike, Merilandas, AIDS ir vėžio virusų programos direktorius.

Dar didesnė dalis CD4Populiarumas buvo susijęs su pagrindine imunologija. 1986 m. Tyrėjai suprato, kad CD4 ekspresuojančios T ląstelės gali būti suskirstytos į dvi skirtingas populiacijas-vieną, kuri pašalina ląsteles užkrėjančias bakterijas ir virusus, ir kitą, kuri apsaugo nuo parazitų, tokių kaip kirminai, kurie sukelia ligas neįsiverždami į ląsteles. „Tai buvo gana jaudinantis laikas, nes mes tikrai supratome labai mažai“, - sako Niujorko universiteto medicinos mokyklos imunologas Danas Littmanas. Prieš metus jis padėjo klonuoti DNR, koduojančią CD4, ir įterpti ją į bakterijas 5 , kad būtų galima pagaminti didžiulius kiekius baltymo tyrimams.

Po dešimtmečio Littmanas taip pat kartu vadovavo vienai iš trijų komandų ir parodė 6, kad ŽIV, norėdamas patekti į ląsteles, kartu su CD4 naudoja kitą receptorių: baltymą, identifikuojamą kaip CCR5. Šie ir antrasis bendras receptorius, vadinamas CXCR4, nuo to laiko buvo intensyvių pasaulinių ŽIV tyrimų tikslas, kurio tikslas-kol kas neįvykdytas-užkirsti kelią viruso patekimui į ląsteles.

Penkiolika minučių šlovės

By the early 1990s, TP53 jau buvo pakilęs. Tačiau prieš tai, kai jis pakilo į žmogaus genų kopėčių viršūnę, keletą metų buvo mažiau žinomas genas, vadinamas GRB2 buvo dėmesio centre.

Tuo metu mokslininkai pradėjo nustatyti specifines baltymų sąveikas, susijusias su ląstelių bendravimu. Dėl novatoriško ląstelių biologo Tony Pawsono darbo mokslininkai žinojo, kad kai kuriuose mažuose ląstelėse esančiuose baltymuose yra modulis, vadinamas SH2, kuris gali prisijungti prie aktyvuotų baltymų ląstelių paviršiuje ir perduoti signalą branduoliui.

1992 m. Jeilio universiteto medicinos mokyklos Niu Havene, Konektikuto valstijoje, biochemikas Josephas Schlessingeris parodė 7, kad baltymas, kurį koduoja GRB2 — augimo faktoriaus receptorių surištas baltymas 2 — buvo tas perdavimo taškas. Jame yra SH2 modulis ir du domenai, kurie aktyvuoja baltymus, dalyvaujančius ląstelių augime ir išgyvenime. „Tai molekulinis piršlys“, - sako Schlessingeris.

Kiti tyrėjai netrukus užpildė spragas, atverdami signalo perdavimo studijų sritį. Ir nors netrukus buvo atidengta daug kitų ląstelių signalizacijos elementų, kurie galiausiai paskatino vėžio, autoimuninių sutrikimų, diabeto ir širdies ligų gydymą. GRB2 išliko priešakyje ir dešimtojo dešimtmečio pabaigoje trejus metus buvo populiariausias genas.

Iš dalies taip buvo todėl GRB2 „Buvo pirmasis fizinis ryšys tarp dviejų signalo perdavimo kaskados dalių“, – sako Peteris van der Geeris, Kalifornijos San Diego valstijos universiteto biochemikas. Be to, „jis dalyvauja tiek daug skirtingų ląstelių reguliavimo aspektų“.

GRB2 labiausiai ištirtas sąrašas. Tai nėra tiesioginė ligos priežastis ir nėra narkotikų taikinys, o tai galbūt paaiškina, kodėl akimirka saulėje buvo trumpalaikė. „Turite keletą kylančių žvaigždžių, kurios krenta labai greitai, nes jos neturi klinikinės vertės“, – sako Thierry Soussi, ilgametis. TP53 tyrinėtojas Karolinska institute Stokholme ir Pierre bei Marie Curie universitete. Genai, turintys galią, paprastai rodo tam tikrą terapinį potencialą, kuris pritraukia finansavimo agentūrų paramą. „Taip visada būna“, – sako Soussi. „Geno svarba yra susijusi su jo klinikine verte“.

Jis taip pat gali būti susietas su tam tikromis geno savybėmis, pavyzdžiui, jo ekspresijos lygiais, kiek jis skiriasi tarp populiacijų ir jo struktūros ypatybėmis. Tai rodo Thomaso Stoegerio, sistemų biologo iš Northwestern universiteto Evanstone, Ilinojaus valstijoje, analize, kuris šį mėnesį Heidelberge (Vokietija) vykusiame simpoziume pranešė, kad gali nuspėti, kurie genai susilauks daugiausia dėmesio, tiesiog prijungę tokius požymius. algoritmas.

Stoegeris mano, kad šių asociacijų priežastys daugiausia susijusios su tuo, ką jis vadina atradimu. Populiarūs genai buvo karštose biologijos srityse ir galėjo būti tiriami tuo metu turimais įrankiais. „Kai kuriuos dalykus tirti lengviau nei kitus“, – sako Stoegeris – ir tai yra problema, nes daugybė genų lieka nebūdingi ir nepakankamai ištirti, todėl žmonių sveikatos ir ligų supratimo spragų lieka.

Curry taip pat nurodo „susipynusius techninius, socialinius ir ekonominius veiksnius“, kuriuos formuoja politikai, vaistų gamintojai ir pacientų gynėjai.

Tinkama vieta, tinkamas laikas

Stoegeris taip pat stebėjo, kaip laikui bėgant keitėsi bendros populiarių genų savybės. Pavyzdžiui, jis nustatė, kad devintajame dešimtmetyje tyrėjai daugiausia dėmesio skyrė genams, kurių baltymų produktai buvo rasti už ląstelių ribų. Tai tikriausiai todėl, kad šiuos baltymus buvo lengviausia išskirti ir ištirti. Tik visai neseniai dėmesys buvo nukreiptas į genus, kurių produktai randami ląstelės viduje.

Šis poslinkis įvyko kartu su žmogaus genomo paskelbimu, sako Stoegeris. Pažanga būtų atvėrusi didesnį genų procentą tyrimui.

Tačiau daugelis labiausiai ištirtų genų neatitinka šių didesnių tendencijų. Pavyzdžiui, p53 baltymas yra aktyvus branduolio viduje. Dar TP53 Jis tapo labiausiai ištirtu genu maždaug 2000 m. Jis, kaip ir daugelis genų, dominavusių biologiniuose tyrimuose, nebuvo tinkamai suprastas po jo pradinio atradimo. pakilti į aukščiausią vietą literatūroje.

Iš pradžių vėžio tyrinėtojų bendruomenė jį supainiojo su onkogenu – tokiu, kuris mutavęs skatina vėžio vystymąsi. Tik 1989 m. Vogelsteino laboratorijos absolventė Suzanne Baker parodė, kad tai iš tikrųjų yra auglio slopintojas. Tik tada funkciniai geno tyrimai iš tikrųjų pradėjo kauptis garais. „Iš publikacijų, kurios tuo metu išauga, smaigalio matyti, kad buvo daug žmonių, kurie tikrai labai domisi“,-sako Baker, dabar smegenų auglių tyrinėtojas Memfio Šv. Jude vaikų tyrimų ligoninėje, Tenesis.

Žmonių vėžio tyrimai taip pat paskatino mokslininkus TNF, antroji vieta TP53 kaip labiausiai nurodytas visų laikų žmogaus genas su daugiau nei 5300 citatų NLM duomenyse (žr. „Geriausi genai“). Jis koduoja baltymą - naviko nekrozės faktorių - pavadintą 1975 m., Nes jis gali naikinti vėžines ląsteles. Tačiau priešvėžiniai veiksmai pasirodė esą ne TNFpagrindinė funkcija. Terapinės TNF baltymo formos buvo labai toksiškos, kai buvo tiriamos žmonėms.

Šaltinis: Peter Kerpedjiev/NCBI-NLM

Paaiškėjo, kad genas yra uždegimo tarpininkas, jo poveikis navikams buvo antrinis. Kai tai paaiškėjo devintojo dešimtmečio viduryje, dėmesys greitai nukrypo į antikūnų, blokuojančių jo veikimą, tyrimą. Dabar anti-TNF terapija yra pagrindinė uždegiminių sutrikimų, tokių kaip reumatoidinis artritas, gydymo pagrindas, kartu pritraukiantis dešimtis milijardų dolerių metinių pardavimų visame pasaulyje.

„Tai pavyzdys, kai žinios apie geną ir genų produktą gana greitai pakeitė pasaulio sveikatą“, – sako Kevinas Tracey, neurochirurgas ir imunologas iš Feinsteino medicinos tyrimų instituto Manhassete, Niujorke.

TP53dominavimą trumpam nutraukė kitas genas, APOE. Pirmą kartą apibūdintas aštuntojo dešimtmečio viduryje kaip pernešėjas, pašalinantis cholesterolį iš kraujo, APOE baltymas buvo „rimtai laikomas“ kaip lipidų kiekį mažinantis vaistas širdies ligų prevencijai, sako Robertas Mahley, šios srities pradininkas. Kalifornijoje, San Franciske, kuris išbandė metodą su triušiais 9 .

Galiausiai statinų sukūrimas devintojo dešimtmečio pabaigoje pasmerkė šią strategiją į farmacijos istorijos šiukšlių dėžę. Bet tada neurologas Allenas Rosesas ir jo kolegos rado APOE baltymą, surištą lipniose smegenų plokštelėse žmonėms, sergantiems Alzheimerio liga. 1993 metais jie parodė 10, kad viena konkreti geno forma, APOE4, buvo susijęs su labai padidėjusia ligos rizika.

Tai sukėlė daug didesnį susidomėjimą genu. Vis dėlto, norint pakilti į labiausiai ištirtą diagramą, prireikė laiko. „Priėmimas buvo labai šaunus“, - prisimena Ann Saunders, neurogenetikė ir „Zinfandel Pharmaceuticals“ generalinė direktorė Chapel Hill, Šiaurės Karolina, kuri bendradarbiavo su jos velioniu vyru Rosesu. Amiloido hipotezė, teigianti, kad baltymo fragmentas, vadinamas amiloidu-β, yra atsakingas už ligą, tuo metu buvo labai populiari Alzheimerio ligos tyrinėtojų bendruomenėje. Ir mažai tyrinėtojų atrodė suinteresuoti išsiaiškinti, koks cholesterolio transportavimo baltymas susijęs su liga. Tačiau genetinis ryšys tarp APOE4 ir Alzheimerio ligos rizika pasirodė „nenuginčijama“, sako Mahley, o 2001 m. APOE trumpam aplenkė TP53. Jis išlieka visų laikų penketuke, bent jau žmonėms (žr. „Be žmogaus“).

Už žmogaus ribų

JAV nacionalinė medicinos biblioteka stebėjo nuorodas į dešimčių rūšių genus, įskaitant peles, muses ir kitus svarbius pavyzdinius organizmus, taip pat virusus. Žvelgiant į visų rūšių genus, daugiau nei du trečdaliai iš 100 labiausiai ištirtų genų per pastaruosius 50 metų buvo žmonės (žr. „The gen menagerie“). Tačiau ne žmogaus genai sąraše yra gana aukšti. Dažnai jie turi aiškų ryšį su žmonių sveikata, kaip ir pelės versijos TP53, arba env, virusinis genas, koduojantis apvalkalo baltymus, susijusius su patekimu į ląstelę.

Šaltinis: Peter Kerpedjiev/NCBI-NLM

Kiti tapo platesnių genetinių tyrimų pagrindu. Vaisinės musės genas Drosophila melanogaster žinomas tiesiog kaip balta buvo paskelbta apie 3600 straipsnių – nuo ​​tada, kai biologas Thomas Huntas Morganas, dirbantis Kolumbijos universitete Niujorke, vieną 1910 m. dieną pažvelgė pro rankinį objektyvą ir pamatė vieną patiną, kurio akys buvo baltos, o ne raudonos 11 . Kadangi jo produktas sukelia lengvai pastebimus musės pokyčius, balta genas tarnauja kaip žymeklis mokslininkams, norintiems nustatyti ir manipuliuoti musių genomu. Ji dalyvavo daugelyje esminių atradimų 12, pavyzdžiui, pademonstravo, kad dideli DNR ruožai gali būti dubliuojami dėl nevienodo mainų tarp atitinkamų chromosomų.

Populiariausias visų laikų ne žmogaus genas iš tikrųjų yra ta vieta pelės genome, kurios normali funkcija tebėra menkai suprantama. Rosa26 kilęs iš eksperimento, paskelbto 13 1991 m., kai ląstelių biologai Philippe'as Soriano ir Glennas Friedrichas panaudojo virusą, kad atsitiktinai įterptų inžinerinį geną į pelių embrionines kamienines ląsteles. Vienoje ląstelių linijoje, pavadintoje ROSA26, sukurtas genas atrodė aktyvus visą laiką ir beveik visų tipų ląstelėse. Šis atradimas buvo pagrindas kuriant transgeninių pelių gamybos ir manipuliavimo įrankius. „Žmonės pradeda jį naudoti kaip išprotėję“, - prisimena Soriano, kuris dabar mokosi Icahn medicinos mokykloje Sinajaus kalne Niujorke. Iki šiol genetinis lokusas žinomas kaip Rosa26 dalyvavo maždaug 6500 funkcinių tyrimų. Jis yra antras tik TP53.

Kaip ir kiti populiarūs genai, APOE yra gerai ištirtas, nes tai yra viena iš didžiausių neišspręstų sveikatos problemų. Tačiau tai taip pat svarbu, nes anti-amiloidų terapija dažniausiai pasireiškė klinikinių tyrimų metu. „Nekenčiu to sakyti, bet man padėjo nesėkmingi bandymai“, – sako Mahley, šiais metais surinkęs 63 mln. Pasak jo, šios nesėkmės privertė pramonę ir finansavimo agentūras persvarstyti terapines Alzheimerio ligos gydymo strategijas.

Yra trintis: reikia tam tikros biologijos santakos, visuomenės spaudimo, verslo galimybių ir medicininio poreikio, kad bet kuris genas taptų labiau ištirtas nei bet kuris kitas. Bet kai jis pasiekė aukštesnįjį lygį, yra „konservatyvumo lygis“, - sako Gregory Radickas, Lidso universiteto (JK) mokslo istorikas, „kai kurie genai pasirodo kaip saugūs statymai ir tęsiasi tol, kol pasikeičia sąlygos“.

Dabar kyla klausimas, kaip gali pasikeisti sąlygos. Kokie nauji atradimai gali pakelti naują geną diagramoje ir nuversti šiandieninius geriausius genus nuo pjedestalo?


The Human Genome Is Full of Viruses

V iruses are amazing molecular machines that are much tinier than even the smallest cells. We often think of viruses like the flu, chickenpox, or herpes as “external” invaders, but viruses are more inherently associated with human life than we often realize. Even after recovering from an infection there will always be a piece of that virus encoded within your DNA (depending on the type of virus). Approximately 8% of the human genome is made up of endogenous retroviruses (ERVs), which are viral gene sequences that have become a permanent part of the human lineage after they infected our ancient ancestors. And these endogenous retroviruses don’t just sit silently in the genome — their expression has been implicated in diseases like autoimmune disorders and breast cancer.

But endogenous retroviruses don’t only harm our health they can also be extremely useful for human survival. For example, they play a very important role as an interface between a pregnant mother and her fetus by regulating placental development and function. It has been suggested that viruses are not only necessary for the existence of placental mammals, but also for the existence of life in general. Professor Luis P. Villarreal, the Founding Director of the Center for Virus Research at UC Irvine, says it like this: “So powerful and ancient are viruses, that I would summarize their role in life as ‘Ex Virus Omnia’ (from virus everything).”

Viruses are powerful, ancient, and vital to our existence, but they are extremely simple constructions. They tend to be nothing more than a few pieces: a protein kapsidas, which is a simplistic and protective shell a protein called a polimerazė, which carries out most of the functions related to replicating the viral genome and a sequence of nucleotides — either RNA or DNA — that encode for the previously mentioned viral proteins. The image below shows one of the ways that these viral components can be assembled into a unified whole. Unlike a human genome, a viral genome can be thought of as a self-contained model of the entire viral form. Within its RNA or DNA, a virus contains all the instructions necessary to create an entirely new body for itself and to replicate those same instructions. The simplicity and self-contained nature of viruses makes them phenomenal tools for biological engineering and medicine.

Viruses are so simple that they don’t always need their own body to survive they have circadian rhythms like all living things. We experience these rhythms through cycles of sleep and wakefulness, whereas viral rhythms occur as periods of dormancy between rounds of infection. Viruses don’t technically have a body during their dormant phase — they are nothing more than a string of letters in the book of the genome. But, as soon as something disturbs their sleep (like a mutation or a new virus invading the host) viruses can awaken and rebuild their physical bodies from a purely genetic form. When the wrong (or right, depending on your perspective) protein manages to leak out of a dormant viral gene, it is like the virus is suddenly awake again. A new physical body means that it has all the tools necessary to replicate.

Even beyond these rhythmic cycles, certain kinds of viruses don’t need a physical form at all. These disembodied viruses are called transposable elements, or transposons. True viruses have a body made from proteins, but transposons are mobilieji genetiniai elementai — sequences of DNA that physically move in and out of genomes. For this reason, they are often referred to as “jumping genes.” Transposons do very much the same thing as true viruses, i.e. they copy and paste themselves throughout genomes. They are so similar to true viruses that some endogenous retroviruses (ERVs) are themselves transposons. Kaip minėta aukščiau,

8% of the human genome is made up of ERVs, but nearly 50% of the human genome is made of transposons! Humans are basically just big piles of viral-like sequences.

Transposons have a disturbing capacity to disrupt important genes by inserting themselves into the DNA sequences. It’s like if a series of words in a book could physically move around from page to page — these words would have a high likelihood of jumping into the middle of a sentence, thereby making it nonsensical. Amazingly, transposons preferentially insert themselves into important and functional genes — as if those jumping words norėjo to disrupt the most interesting parts of the book rather than the index or bibliography. This is a powerful evolutionary strategy, since transposons are much more likely to get “read” by a cell if they jump into the middle of an important (and therefore, active) gene.

Transposons can very easily mess up important genes that we need to survive, so it has been theorized that epigenetic mechanisms evolved to stop transposons from moving around the genome. Furthermore, since transposons can rapidly alter DNA sequences, they are thought to play a major role in the processes of evolution and speciation (how a species evolves into a new form). In plants, transposons become highly active in response to stressful conditions, and this could act as a rapid source of short-term mutation when the environment starts pressuring you to survive or die. In addition, an animal’s genome changes when they are domesticated (like going from a wolf to a dog, or from an aurochs to a cow), and a majority of these changes occur in transposon sequences. No one is really sure why or how this happens, but it is clear that viruses play a very important role in rapid genetic change.

A biological virus (whether it is a true virus, an endogenous retrovirus, or a transposon) can literally lay dormant in a word document as a string of As, Ts, Cs, and Gs. In other words, viruses can exist independently of genetics, solely in the symbolic dimension of evolution. A virus is nothing more than an idea until it finds a host within which it can replicate itself. Despite their ephemerality, viral sequences are clearly important for our lives as humans. After all, they compose nearly half of our genome and seem to play an important role in our long-term evolution.

In many ways, viruses are eerily reminiscent of the idea of ancient spells, which sit quietly as words in a book until someone utters the mystical syllables and unleashes the magic contained within. Perhaps due to the mysticism of this concept, many scientists and philosophers have a hard time accepting viruses as living things. But, whether or not you classify viruses as living entities, they certainly show us that the line between living things and pure information is a lot fuzzier than we often think…

Copyright © 2019 by Ben L. Callif. Used by permission of S. Woodhouse Books, an imprint of Everything Goes Media. Visos teisės saugomos.

If you enjoyed this read, sign up for ourmailing list to stay connected!


Reporter Genes Reveal When and Where a Gene Is Expressed

Clues to gene function can often be obtained by examining when and where a gene is expressed in the cell or in the whole organism. Determining the pattern and timing of gene expression can be accomplished by replacing the coding portion of the gene under study with a reporter gene. In most cases, the expression of the reporter gene is then monitored by tracking the fluorescence or enzymatic activity of its protein product (pp. 518�).

As discussed in detail in Chapter 7, gene expression is controlled by regulatory DNA sequences, located upstream or downstream of the coding region, which are not generally transcribed. These regulatory sequences, which control which cells will express a gene and under what conditions, can also be made to drive the expression of a reporter gene. One simply replaces the target gene's coding sequence with that of the reporter gene, and introduces these recombinant DNA molecules into cells. The level, timing, and cell specificity of reporter protein production reflect the action of the regulatory sequences that belong to the original gene (Figure 8-61).

Figure 8-61

Using a reporter protein to determine the pattern of a gene's expression. (A) In this example the coding sequence for protein X is replaced by the coding sequence for protein Y. (B) Various fragments of DNA containing candidate regulatory sequences are (more. )

Several other techniques, discussed previously, can also be used to determine the expression pattern of a gene. Hybridization techniques such as Northern analysis (see Figure 8-27) and savo vietoje hybridization for RNA detection (see Figure 8-29) can reveal when genes are transcribed and in which tissue, and how much mRNA they produce.


Human Genome Is Much More Than Just Genes

The human genome—the sum total of hereditary information in a person—contains a lot more than the protein-coding genes teenagers learn about in school, a massive international project has found. When researchers decided to sequence the human genome in the late 1990s, they were focused on finding those traditional genes so as to identify all the proteins necessary for life. Each gene was thought to be a discrete piece of DNA the order of its DNA bases—the well-known "letter" molecules that are the building blocks of DNA—were thought to code for a particular protein. But scientists deciphering the human genome found, to their surprise, that these protein-coding genes took up less than 3% of the genome. In between were billions of other bases that seemed to have no purpose.

Now a U.S.-funded project, called the Encyclopedia of DNA Elements (ENCODE), has found that many of these bases do, nevertheless, play a role in human biology: They help determine when a gene is turned on or off, for example. This regulation is what makes one cell a kidney cell, for instance, and another a brain cell. "There's a lot more to the genome than genes," says Mark Gerstein, a bioinformatician at Yale University.

The insights from this project are helping researchers understand the links between genetics and disease. "We are informing disease studies in a way that would be very hard to do otherwise," says Ewan Birney, a bioinformatician at the European Bioinformatics Institute in Hinxton, U.K., who led the ENCODE analysis.

As part of ENCODE, 32 institutions did computer analyses, biochemical tests, and sequencing studies on 147 cell types—six fairly extensively—to find out what each of the genome's 3 billion bases does. About 80% of the genome is biochemically active, ENCODE's 442 researchers report today in Gamta. Some of these DNA bases serve as landing spots for proteins that influence gene activity. Others are converted into strands of RNA that perform functions themselves, such as gene regulation. (RNA is typically thought of as the intermediary messenger molecule that helps make proteins, but ENCODE showed that much of RNA is an end product and is not used to make proteins.) And many bases are simply places where chemical modifications serve to silence stretches of our chromosomes.

ENCODE's results are changing how scientists think about genes. It found about 76% of the genome's DNA is transcribed into RNA of one sort or another, way more than researchers had originally expected. That DNA includes slightly less than 21,000 protein-coding genes (some researchers once estimated we had more than 100,000 such genes) "genes" for 8800 small RNA molecules and 9600 long noncoding RNA molecules, each of which is at least 200 bases long and 11,224 stretches of DNA that are classified as pseudogenes, "dead" genes now known to really be active in some cell types or individuals. In addition, efforts to define the beginning end, and coding regions of these genes revealed that genes can overlap and have multiple beginnings and ends.

The project uncovered 4 million spots in our DNA that act as switches controlling gene activity. Those switches can be both near and far from the gene they regulate and act in different combinations in different cell types to give each cell type a unique genomic identity. In addition, at least some of the RNA strands produced by the genome also help to control how much protein results from a particular gene's activity. Thus, the regulation of a gene is proving much more complex than expected.

These and other findings appear today in six papers in Gamta, and 24 in Genome Research and Genome Biology. Two additional papers are published today on Mokslas prisijungęs. In a database, ENCODE has created a map showing the roles of all the different bases. "It's like Google Maps for the human genome," says Elise Feingold, a program director for the National Human Genome Research Institute in Bethesda, Maryland, which funded ENCODE. With Google Maps one can choose various views to see different aspects of the landscape. Likewise, in the ENCODE map, one can zoom in from the chromosome level to the individual bases and switch from looking at whether those bases yield RNA or are places where DNA-regulatory proteins bind, for example.

This catalog "will change the way people think about and actually use the human genome, says John A. Stamatoyannopoulos, an ENCODE researcher at the University of Washington, Seattle.

Already he and others are harnessing this information—much of which is already publicly available—to learn about genetic influences on disease. Many large-scale studies have linked specific base changes to higher or lower risks for disorders ranging from diabetes to arthritis. Now researchers can look to see whether those variants are involved in regulation of some sort and if so, what genes are being regulated. For his study of cancer and epigenetics, "ENCODE data were fundamental," says Mathieu Lupien, a molecular biologist from the University of Toronto in Canada who was not associated with ENCODE.


9.22 | Genomics and Proteomics

Proteins are the final products of genes, which help perform the function encoded by the gene. Proteins are composed of amino acids and play important roles in the cell. All enzymes (except ribozymes) are proteins that act as catalysts to affect the rate of reactions. Proteins are also regulatory molecules, and some are hormones. Transport proteins, such as hemoglobin, help transport oxygen to various organs. Antibodies that defend against foreign particles are also proteins. In the diseased state, protein function can be impaired because of changes at the genetic level or because of direct impact on a specific protein.

A proteome is the entire set of proteins produced by a cell type. Proteomes can be studied using the knowledge of genomes because genes code for mRNAs, and the mRNAs encode proteins. Although mRNA analysis is a step in the right direction, not all mRNAs are translated into proteins. The study of the function of proteomes is called proteomics. Proteomics complements genomics and is useful when scientists want to test their hypotheses that were based on genes. Even though all cells of a multicellular organism have the same set of genes, the set of proteins produced in different tissues is different and dependent on gene expression. Thus, the genome is constant, but the proteome varies and is dynamic within an organism. In addition, RNAs can be alternately spliced (cut and pasted to create novel combinations and novel proteins) and many proteins are modified after translation by processes such as proteolytic cleavage, phosphorylation, glycosylation, and ubiquitination. There are also protein-protein interactions, which complicate the study of proteomes. Although the genome provides a blueprint, the final architecture depends on several factors that can change the progression of events that generate the proteome.

Metabolomics is related to genomics and proteomics. Metabolizmas involves the study of small molecule metabolites found in an organism. The metabolome is the complete set of metabolites that are related to the genetic makeup of an organism. Metabolomics offers an opportunity to compare genetic makeup and physical characteristics, as well as genetic makeup and environmental factors. The goal of metabolome research is to identify, quantify, and catalogue all of the metabolites that are found in the tissues and fluids of living organisms.

Cancer Proteomics

Genomes and proteomes of patients suffering from specific diseases are being studied to understand the genetic basis of the disease. The most prominent disease being studied with proteomic approaches is cancer. Proteomic approaches are being used to improve screening and early detection of cancer this is achieved by identifying proteins whose expression is affected by the disease process. An individual protein is called a biomarker, whereas a set of proteins with altered expression levels is called a protein signature. For a biomarker or protein signature to be useful as a candidate for early screening and detection of a cancer, it must be secreted in body fluids, such as sweat, blood, or urine, such that large scale screenings can be performed in a non-invasive fashion. The current problem with using biomarkers for the early detection of cancer is the high rate of false-negative results. A false negative is an incorrect test result that should have been positive. In other words, many cases of cancer go undetected, which makes biomarkers unreliable. Some examples of protein biomarkers used in cancer detection are CA-125 for ovarian cancer and PSA for prostate cancer. Protein signatures may be more reliable than biomarkers to detect cancer cells. Proteomics is also being used to develop individualized treatment plans, which involves the prediction of whether or not an individual will respond to specific drugs and the side effects that the individual may experience. Proteomics is also being used to predict the possibility of disease recurrence.

The National Cancer Institute has developed programs to improve the detection and treatment of cancer. The Clinical Proteomic Technologies for Cancer and the Early Detection Research Network are efforts to identify protein signatures specific to different types of cancers. The Biomedical Proteomics Program is designed to identify protein signatures and design effective therapies for cancer patients.


Žiūrėti video įrašą: NHK 인간게놈 E01 인체의 청사진, 생명을 해독한다 (Spalio Mėn 2022).