Microsoft Word analityka 020. doc



Yüklə 58,94 Kb.

tarix17.01.2018
ölçüsü58,94 Kb.


FOLIA 1 

GENOMIKA 

      PROTEOMIKA  

          METABOLOMIKA 

                

TRANSKRYPTOMIKA

 

 

 



 

 

Metody sztucznej rekombinacji DNA nie tylko umożliwiły powstanie 



nowych niezwykle użytecznych narzędzi do badania podstawowych 

mechanizmów funkcjonowania żywych komórek, lecz także przyczyniły 

się do rozwoju całkowicie nowych działów technologii. W niektórych 

przypadkach białka, a także  żywe komórki uzyskane w wyniku 

manipulacji genetycznych zaczynają odgrywać ważną rolę w naszym 

życiu. Najbardziej spektakularnych przykładów dostarcza farmakologia i 

medycyna. Jednym z pierwszych białek, które dzięki zastosowaniu metod 

inżynierii genetycznej mogło być wytwarzane jako produkt handlowy, była 

ludzka insulina produkowana w komórkach bakterii E.coli. 

Jednak aby manipulacje genami były możliwe, konieczne było zdobycie 

wiedzy na temat ich sekwencji, funkcji i zmienności itp. 

Na przełomie XX I XXI wieku powstała nowa dziedzina nauki: 



GENOMIKA.

  

 




FOLIA 1 

GENOMIKA 

 

 

Jest to nauka zajmującą się badaniem pełnych genomów 

– czyli kompletnej informacji genetycznej danego 

organizmu. Jest kontynuacją powstałej w XX wieku 

genetyki molekularnej.  

Poznanie pełnych sekwencji DNA różnych organizmów 

otworzyło drogę do poszukiwania praw rządzących 

całymi genomami, niewykrywalnych na poziomie 

pojedynczych genów.  

 

 



 

Mapa genomu bakterii Bacillus Anthracis 




FOLIA 1 

Ważnym krokiem w tej dziedzinie był: 

 

Projekt Poznania Ludzkiego Genomu 



(ang. Human Genom Project

 

rozpoczęty w



 1990 roku 

 

                                              przez: 



Departament Energii USA 

(ang. U.S. Department of Energy

Narodowy Instytut 



Zdrowia 

(ang. U.S. National Institutes of Health

 

które przeznaczyły na ten cel: 



 

3 mld $ 


 

Do projektu należały następujące państwa:

 



 



 Chiny 

 



 Francja 

 



 Niemcy 

 



 Japonia 

 



 Wielka Brytania 

 



 USA 


FOLIA 1 

Efekt: 


 

 



W 2000 roku opublikowano wstępny opis 

genomu człowieka; 

 



 



14 kwietnia

 roku 


2003

 opublikowano 

dokument

 stwierdzający zakończenie 

sekwencjonowania 99% genomu z trafnością 

99,99%; 


 

 



zakończenie badań planuje się na rok 2005; 

 

 



 


FOLIA 1 

Firmy wnoszące największy wkład  

w senkwencjonowanie ludzkiego genomu: 

 



 

Celera Genomics               

 

 



 

Applied Biosystems              

 

 



 

Perkin Elmer                    

 

 

 



 

Millipore                           



 

 



 

Agilent                          

 

 

 




FOLIA 1 

 

Do tak szybkiego zakończenia projektu przyczynił się udział prywatnej 



korporacji 

Celera Genomics

. Firma ta opracowała technikę 

szybkiego 

sekwencjonowania  (ang.  shotgun sequencing)

. Sprowadzała się ona do 

szatkowania całego DNA na drobne fragmenty i analizowania ich zawartości. 

Program komputerowy zbierał uzyskane kombinacje par komplementarnych w 

swojej pamięci. Dzięki wyszukiwaniu podobieństw możliwe stało się ponowne 

uporządkowanie pociętych genów w całość. Jednak w odróżnieniu od 

organizacji rządowych Celera Genomics postanowiła zablokować dostęp do 

odkrytych przez siebie sekwencji korzystając z prawa patentowego. 

Konkurencja pomiędzy naukowcami z żyłką do interesów oraz tymi 

finansowanymi z budżetu doprowadziła do ciekawej sytuacji. Naukowcy 

umówili się,  że opublikują dane w lutym 

2001


 roku, ale w różnych 

czasopismach naukowych. Badacze z instytucji rządowych umieścili swój 

artykuł w 

Nature


, a konkurencja z Celera Genomics w 

Science


. Okazało się, że 

naukowcy poznali 90% genomu. Co ciekawsze praca obu zespół raczej się 

uzupełniała niż dublowała. Wynikało to, z innych technik badawczych. 

 



FOLIA 1 

 

Po tym, jak naukowcom udało się poznać pełną sekwencję ludzkiego genomu 



(czyli wszystkich genów człowieka) niektórym wydawało się, że osiagnęliśmy 

niebywały sukces i posiedliśmy nie tylko wiedzę o istocie funkcjonowania 

naszego organizmu, ale i potężne narzędzie walce z licznymi chorobami 

(rakiem, chorobą Alzheimera, Parkinsona itp.). To był jednak dopiero 

początek. Sama znajomość naszych genów niewiele daje. Istotą rzeczy jest 

poznanie białek, które są kodowane przez geny. To białka są podstawą 

funkcjonowania naszego organizmu. Bez nich nie mogą obejść się  żadne 

procesy fizjologiczne. Białkami są np. enzymy trawiące pokarm, hemoglobina 

przenosząca tlen we krwi, bez białek nie mogą funkcjonować również same 

geny. 

Nic więc dziwnego, że w 2000 roku, kiedy widać już było rezultaty Projektu 



Poznania Ludzkiego Genomu, rozpoczęto kolejny: 

 

 



Projekt Poznania Ludzkiego Proteomu.  

 

Rozwija się nowa gałąź biologii molekularnej:  



 

PROTEOMIKA

 

 



PROTEOMIKA 

 


FOLIA 1 

 

Nauka zajmująca się badaniem organizacji, składu oraz budowy ogółu białek organizmu (tzw. 

proteomu) 

 

 



Zadania proteomiki: 

1.

 



 Analiza wzajemnego oddziaływania białek w komórce. 

2.

 



 Wyjaśnienie roli białek w powstawaniu nowotworów. 

3.

 



 Przewidywanie wyników leczenia białaczek. 

4.

 



 Wczesne wykrywaniem nowotworów. 

 

 




FOLIA 1 

PROTEOMIKA 

 

 

Nauka zajmująca się badaniem organizacji, składu oraz budowy ogółu białek organizmu (tzw. 

proteomu) 

 

 



Zadania proteomiki: 

5.

 



 Analiza wzajemnego oddziaływania białek w komórce. 

6.

 



 Wyjaśnienie roli białek w powstawaniu nowotworów. 

7.

 



 Przewidywanie wyników leczenia białaczek. 

8.

 



 Wczesne wykrywaniem nowotworów. 

 

 




FOLIA 1 

Wszystko jednak wskazuje na to, że będzie to orzech trudny do zgryzienia. 

Genom – zawierający kompletną informację genetyczną organizmu – jest tylko 

zbiorem przepisów na syntezę białek, a to one przede wszystkim tworzą 

komórki oraz realizują większość ich zadań. O ile genów ludzkich jest 

stosunkowo niewiele, ok. 40 tys., o tyle liczba białek jest o dwa do trzech 

rzędów wielkości wyższa. Dodatkowo, proteom, czyli wszystkie białka 

organizmu, zmienia się w zależności od tkanki, stanu fizjologicznego, choroby, 

warunków w jakich organizm się znajduje. Inny jest proteom człowieka 

zdrowego, inny chorego. Co więcej: inny jest proteom człowieka przed i po 

śniadaniu! Sytuację komplikuje fakt, że techniki stosowane w proteomice - 

wymagają skomplikowanego i kosztownego sprzętu. 

 

Dwie podstawowe techniki proteomiczne to elektroforeza dwuwymiarowa (w 



skrócie 2D) oraz spektrometria masowa (MS). 

 

 



Zautomatyzowane urządzenie do elektroforezy dwuwymiarowej. 


FOLIA 1 

 

Kiedy izoluje się białka z tkanki, w efekcie otrzymuje się mieszaninę bardzo 



wielu białek, różniących się wielkością i właściwościami fizykochemicznymi. 

2D polega na rozdziale tej mieszaniny w specjalnym żelu. Najpierw białka 

rozdziela się pod względem wielkości, a potem pod względem ich ładunku 

elektrochemicznego. W wyniku tych manipulacji otrzymuje się obraz wielu 

plamek, z których każda odpowiada jednemu białku. Jeżeli porównamy w ten 

sposób obraz białkowy tkanki człowieka zdrowego i cierpiącego na jakąś 

chorobę, to możemy odkryć białko "x" nie występujące w zdrowej tkance, 

natomiast obecne u pacjenta. To białko może być odpowiedzialne za chorobowe 

zmiany w komórce. Jeżeli takie białko zidentyfikuje się i zbada, to można 

będzie potem skonstruować lek, który zwiąże białko "x" i zahamuje jego zły 

wpływ lub możemy zadziałać wcześniej – dzięki genomice – i deaktywować 

gen kodujący to białko. 

 



FOLIA 1 

 

 



 

 

 



Typowy 2D żel, białek bakterii Halobacterium salinarum. Białka rozdzielone są 

względem  ładunku od lewej do prawej (pH 4.0 z lewej strony żelu, pH 5.0 z 

prawej strony żelu). Białka rozdzielane są również pod względem wielkości – 

od góry do dołu żelu. Te u dołu mają rozmiary rzędu 20 kD. Zielone i niebieskie 

strzałki wskazują białka, które zostały z powodzeniem zidentyfikowane.  

 

 



 

 

 



 

 

 




FOLIA 1 

Inne techniki wykorzystywane w 

badaniach genów i białek 

 

 



 

Dwuwymiarowa elektroforeza żelowa (2D GE) 



 

Chromarografia cieczowa (LC, HPLC) 



 

Spektrometria mas (MS) 



 

Techniki bioinformatyczne (białkowe bazy danych, 



zastosowanie programów do identyfikacji białek) 

 



Użycie radionuklidów (N15, O18), do identyfikacji 

proteomu 

 

Użycie znaczników chemicznych (ICAT i inne)  



 

Metody immunologiczne 



 

Sekwentatory DNA 



 

Krystalografia rentgenowska 



 

 

 




FOLIA 1 

Ważne jest również poznanie struktury przestrzennej białek. Klasyczną techniką używaną do 

tego celu jest krystalografia rentgenowska. Oczyszczone białka przekształcają się w kryształy, 

a następnie bombardowane są promieniami X. Analiza ugięcia tych promieni na 

poszczególnych atomach wchodzących w skład białka umożliwia ustalenie jego 

trójwymiarowej struktury. 

 

 

 



 

 

DO PROWADZENIA BADAŃ METODĄ KRYSTALOGRAFII RENTGENOWSKIEJ 



niezbędne są czyste kryształy wybranych białek. Na zdjęciu ukazany jest kryształ CD4 (białka 

służącego HIV jako brama wejściowa do limfocytów T), zamknięty w maleńkiej rureczce 

wewnątrz woskowej kulki. Kryształ naświetlany jest promieniami X w celu określenia 

trójwymiarowej struktury tworzących go cząsteczek białka.   




FOLIA 1 

 

Kolejne dziedziny, pochodne genetyki molekularnej, 



umożliwiające jeszcze głębsze i bardziej szczegółowe 

poznanie organizmów to METABOLOMIKA i 

TRANSKTYPTOMIKA 

 

 

 

METABOLOMIKA 

 

Nauka o całkowitej zawartości metabolitów w komórkach; o zamierzonych i niezamierzonych 

produktach organizmów genetycznie zmodyfikowanych. 

 

Opisanie ludzkiego metabolonu (zestawu wszystkich metabolitów) będzie jeszcze 



trudniejszym zadaniem niż opisanie genomu i proteomu, gdyż jest to zestaw milionów 

związków z różnych klas, m.in.: peptydów, lipidów, aminokwasów, węglowodanów.   

 

 

 



Zestaw wszystkich metabolitów – METABOLON 


FOLIA 1 

Techniki analityczne wykorzystywane 

w metabolomice 

 

 



 

Spektrometria Mas (MS) 

 

Chromatografia Gazowa ze Spektrometria Mas 



(GC-MS) 

 

Spektrometria Mas z Transformacją Fouriera 



(FT-MS) 

 

Chromatografia Gazowa z detekcją Płomieniowo 



Jonizacyjną (GC-FID) 

 

Spektrometria Jądrowego Rezonansu 



Magnetycznego (NMR) 

 

Elektroforeza Kapilarna (CE) 



 

Dwuwymiarowa Chromatografia 

Cienkowarstwowa (2-D TLC) 

 

Spektrometria Ramana 



 

Wysokosprawna Chromatografia Cieczowa 

(HPLC) 



FOLIA 1 

 

TRANSKRYPTOMIKA 

 

 

Jest to dziedzina za pomocą, której określane jest miejsce i czas aktywności genów. Ideałem 



jest określenie naszego transkryptonu - ogółu cząsteczek mRNA wyprodukowanych przez 

ludzkie komórki. 

 

Do rozpoznawania sekwencji mRNA wykorzystuje się najczęściej jego zdolność do 



hybrydyzacji cDNA. W ten sam sposób można określić np. aktywność określonych genów w 

komórkach nowotworowych. 

 

 

 




FOLIA 1 

Transkrypton byłoby to dynamiczne przejście między 

genomem, proteomem i fenotypem komórki. Regulacja 

ekspresji genów jest kluczowym procesem w adaptacji do 

zmian środowiskowych, a tym samym przetrwania organizmu.  

 

Wyjątkowo ważną techniką  używaną w transkryptomice są 



mikroczujniki DNA, które umożliwiają oznaczanie ekspresji 

mRNA praktycznie w każdym genie organizmu.   

 

Wciąż  będziemy się dowiadywać o nowych niezwykłościach 



bioinżynierii: genetycznej, embrionalnej, wreszcie 

neuroinżynierii. Nowe dane przyniesie badanie pamięci, 

uczenia się, snu, emocji, języka (mowy). Być może pojawią 

się nowe możliwości sterowania tymi procesami, 

wspomagania ich. Medycyna, rolnictwo, hodowla zwierząt 

zaczną się zdecydowanie przenikać, uzupełniać, stopią się w 

jedną potężną biotechnologię

 

 



 

 

 





Dostları ilə paylaş:


Verilənlər bazası müəlliflik hüququ ilə müdafiə olunur ©genderi.org 2019
rəhbərliyinə müraciət

    Ana səhifə