Геномика

Геномот е целосен сет на ДНК на организмот, вклучувајќи ги сите негови гени, како и неговата хиерархиска, тридимензионална структурна конфигурација. За разлика од генетиката, која се однесува на проучување на „поединечни“ гени и нивните улоги во наследувањето, геномиката има за цел збирно одликување и квантификација на „сите“ гени на организмот, нивните меѓусебни односи и влијание врз организмот. Гените може да го насочат производството на протеини со помош на ензими и молекули на гласници. За возврат, протеините ги сочинуваат телесните структури како органи и ткива, како и контролираат хемиски реакции и носат сигнали помеѓу клетките. Геномиката, исто така, вклучува секвенционирање и анализа на геномите преку употреба на секвенционирање на ДНК со висока пропусна моќ и биоинформатика за да се соберат и анализираат функцијата и структурата на цели геноми. Напредокот во геномијата предизвика револуција во истражувањето засновано на откритија и системската биологија за да биде олеснето разбирањето дури и на најсложените биолошки системи како што е мозокот.

Областа, исто така, вклучува студии за интрагеномски (во рамките на геномот) феномени како што се епистаза (ефект на еден ген врз друг), плејотропија (еден ген што влијае на повеќе од една карактеристика), хетероза (хибридна сила) и други меѓудејствија помеѓу локусите и алелите во геномот.

Етимологија

Од грчкиот збор „ген“ (гама, ипсилон, ну, ипсилон) што значи „стане, создава, создавање, раѓање“ и последователни варијанти: генеалогија, генеза, генетика, ген, геном, генотип, генус (род) итн. Додека зборот геном (од германскиот збор genom, припишан на Ханс Винклер) бил во употреба на англиски уште во 1926 година, поимот геномика бил измислен од Том Родерик, генетичар во Џексоновата лабораторија (Бар Харбор, Мејн), за време на пиење пиво со Џим Вомак, Том Шоус и Стивен О'Брајан на состанокот одржан во Мериленд за картирање на човечкиот геном во 1986 година. Прво како име за ново списание, а потоа како сосема нова научна дисциплина.

Рани напори за секвенционирање

По потврдата на Розалинд Френклин за спиралната структура на ДНК, публикацијата на Џејмс Вотсон и Френсис Крик, за структурата на ДНК во 1953 година, и публикацијата на Фред Сенгер за аминокиселинската секвенца на инсулинот во 1955 година, секвенцирањето на јадрената киселина станала главна цел на раните молекуларни биолози. Во 1964 година, Роберт В. Холи и неговите колеги ја објавиле првата секвенца на јадрена киселина што некогаш била утврдена, рибонуклеотидната секвенца на аланинска преносна РНК. Проширувајќи ја оваа работа, Маршал Ниренберг и Филип Ледер ја откриле тројната природа на генетскиот код и биле во можност да ги одредат секвенците на 54 од 64 кодони во нивните опити. Во 1972 година, Валтер Фиерс и неговата екипа во Лабораторијата за молекуларна биологија на Универзитетот во Гент (Гент, Белгија) биле првите кои ја утврдиле низата на генот: генот за бактериофагскиот MS2 обвивен протеин. Групата на Фиерс ја проширила својата работа на MS2 обвивката на протеините, одредувајќи ја целосната јадрена секвенца на бактериофагот MS2-RNA (чиј геном кодира само четири гени во 3569 базни парови) и Симјан вирус 40 во 1976 и 1978 година, соодветно.

Развивање на технологијата за секвенционирање на ДНК

 

Фредерик Сенгер

 

Волтер Гилберт

Фредерик Сенгер и Волтер Гилберт ја поделиле Нобеловата награда за хемија во 1980 година за независно развивање методи за секвенционирањето на ДНК-та.

Покрај неговата основна работа на аминокиселинската секвенца на инсулинот, Фредерик Сенгер и неговите колеги одиграле клучна улога во развојот на техники за секвенционирање на ДНК кои овозможиле воспоставување на сеопфатни проекти за секвенционирање на геномот. Во 1975 година, тој и Алан Коулсон објавиле постапка за секвенционирање користејќи ДНК полимераза со радиоозначени нуклеотиди што тој ја нарекол Техника „плус и минус“. Ова вклучува два тесно поврзани методи кои создаваат кратки олигонуклеотиди со дефинирани 3' завршници. Тие може да бидат поделени со електрофореза на полиакриламиден гел (наречен електрофореза со полиакриламиден гел) и да бидат видени со користење на авторадиографија. Постапката можела да биде секвенционирана до 80 нуклеотиди во едно движење и било големо подобрување, но сепак била многу макотрпна. Како и да е, во 1977 година неговата група успеала да ги секвенционира повеќето од 5.386 нуклеотиди на едноверижниот бактериофаг φX174, завршувајќи го првиот целосно секвенциониран геном заснован на ДНК. Усовршувањето на методот „плус и минус“ резултирало со завршување на синџирот, или Сенгеровиот метод (види подолу), кој ја образувал основата на техниките на секвенционирање на ДНК, картирањето на геномот, складирање податоци и биоинформатска анализа најшироко користени во следните 25-годишни истражувања. Истата година, Волтер Гилберт и Алан Максам од Универзитетот Харвард независно го развиле Максам-Гилбертовиот медот (исто така познат како „хемиски метод“) за секвенционирање на ДНК, што вклучува преференцијално расцепување на ДНК на познати бази, помалку ефикасен метод. За нивната револуционерна работа во секвенционирањето на нуклеинските киселини, Гилберт и Сенгер ја поделиле половина од Нобеловата награда за хемија во 1980 година со Пол Берг (рекомбинантна ДНК).

Целосни геноми

Доаѓањето на овие технологии резултирала со брзо интензивирање на обемот и брзината на завршување на проектите за секвенционирање на геномот. Првата целосна геномска секвенца на еукариотска органела, човечкиот митохондрион (16,568 bp, околу 16,6 kb [килобаза]), била пријавена во 1981 година, и првите геноми на хлоропласти следеле во 1986 година. Во 1992 година, првиот еукариотски хромозом, хромозомот III на пивскиот квасец Saccharomyces cerevisiae (315 kb) бил секвенциониран. Првиот слободно жив организам што бил секвенциониран бил оној на Haemophilus influenzae (1,8 Mb [мегабаза]) во 1995 година. Следната година, конзорциум од истражувачи од лаборатории низ Северна Америка, Европа и Јапонија го објавиле завршувањето на првата целосна геномска секвенца на еукариот, S. cerevisiae (12,1 Mb), и оттогаш геномите продолжиле да бидат секвенирани со експоненцијално растечки темпо. Согласно 2011 година, целосните секвенци се достапни за: 2.719 вируси, 1.115 археи и бактерии и 36 еукариоти, од кои околу половина се габи.

 

Повеќето од микроорганизмите чии геноми се целосно секвенционирани се проблематични патогени, како што е Haemophilus influenzae, што резултирало со изразена пристрасност во нивната филогенетска распространетост во споредба со ширината на микробната разновидност. Од другите секвенционирани видови, повеќето биле избрани затоа што биле добро проучени организми-модели или ветиле дека ќе станат добри модели. Лебниот квасец (Saccharomyces cerevisiae) долго време биле важен моделен организам за еукариотската клетка, додека овошната мушичка Drosophila melanogaster била многу важна алатка (особено во раната предмолекуларна генетика). Црвот Caenorhabditis elegans е често користен едноставен модел за многуклеточни организми. Зебрестата риба Brachydanio rerio е користена за многу развојни студии на молекуларно ниво, а растението Arabidopsis thaliana е модел на организам за цветни растенија. Јапонската дуечка риба (Takifugu rubripes) и Точкестата зелена дуечка риба (Tetraodon nigroviridis) се интересни поради нивните мали и збиени геноми, кои содржат многу малку некодирачка ДНК во споредба со повеќето видови. Од цицачите, домашното куче (Canis familiaris), кафеавиот стаорец (Rattus norvegicus), глушецот (Mus musculus) и обичното шимпанзо (Pan troglodytes) се сите важни животни-модели во медицинските истражувања.

Груб нацрт на човечкиот геном бил завршен од страна на Проектот за човечки геном на почетокот на 2001 година, создавајќи многу одбележани настани. Овој проект, завршен во 2003 година, го секвенционирал целиот геном за една посебна личност, а до 2007 година оваа низа била прогласена за „завршена“ (помалку од една грешка во 20.000 бази и сите собрани хромозоми). Во годините оттогаш, геномите на многу други поединци биле секвенционирани, делумно под покровителство на Проектот „1000 геноми“, кој го објавил секвенционирањето на 1.092 геноми во октомври 2012 година. Завршувањето на овој проект било овозможено со развојот на драматично поефикасни технологии за секвенционирање и барало посветеност на значајни биоинформатички ресурси од голема меѓународна соработка. Постојаната анализа на човечките геномски податоци има длабоки политички и општествени реперкусии за човечките општества.

Револуцијата на „омика“.

Неологизмот „омикс“ (omics) на англиски јазик неформално се однесува на поле на студии по биологија што завршува на „-омика“, како што се геномика, протеомика или метаболомика. Поврзаниот суфикс „-ом“ (-ome) е користен за адресирање на предметите на проучување на таквите полиња, како што се геномот, протеомот или метаболомот (липидом), соодветно. Наставката -ом како што е користена во молекуларната биологија се однесува на некаков „тоталитет“; на сличен начин, „омиката“ воглавно се однесува на проучување на големи, сеопфатни збирки на биолошки податоци. Додека растот на употребата на поимот доведе некои научници (Џонатан Ајзен, меѓу другите) да тврдат дека тој е прекористен, тој ја одразува промената во ориентацијата кон квантитативната анализа на целосна или речиси целосна асортиман на сите составни делови на еден систем. Во проучувањето на симбиозите, на пример, истражувачите кои некогаш биле ограничени на проучување на еден производ од еден ген, сега можат истовремено да го споредат вкупниот комплемент на неколку видови биолошки молекули.

Откако ќе биде избран организам, геномските проекти вклучуваат три компоненти: секвенционирање на ДНК, составување на таа низа за да се создаде претстава на првичниот хромозом и прибелешка и анализа на таа претстава.

 

Секвенционирање

Историски гледано, секвенционирањето се правело во центри за секвенционирање, централизирани работни единици (од големи независни установи како што е Заедничкиот институт за геном кој секвенционира десетици терабази годишно, до месни основни работни единици за молекуларна биологија) кои содржат истражувачки лаборатории со неопходна скапа инструментација и техничка поддршка. Меѓутоа, како што технологијата на секвенционирање продолжува да биде подобрувана, новата генерација на ефективни секвенционери за брзо превртување е на дофат на просечната академска лабораторија. Во целина, пристапите за секвенционирање на геномот спаѓаат во две широки категории, т.н. „сачмарка“ и секвенционирање со т.н. „висок пропуст“ (или „следна генерација“).

Секвенционирање со „сачмарка“

 

Секвенционирањето со „сачмарка“ е метод на секвенционирање дизајниран за анализа на секвенци на ДНК подолги од 1000 базни парови, до и вклучувајќи цели хромозоми. Именуван е по аналогија со брзорастечкиот, квази-случаен модел на пукање на сачмарка. Бидејќи секвенционирањето со гелска електрофореза може да биде користено само за прилично кратки секвенци (100 до 1000 базни парови), подолгите ДНК секвенци мора да бидат поделени на случајни мали сегменти кои потоа се секвенционирани за да бидат добиени отчитувања. Повеќекратните преклопувачки отчитувања за целната ДНК се добиваат со извршување на неколку круга на оваа фрагментација и секвенционирање. Сметачките програми потоа користат преклопувачки краеви на различни читања за да ги соберат во продолжена низа. Секвенционирањето со сачмарка е постапка на случајно земање примероци, кој бара прекумерно земање примероци за да се осигура дека даден нуклеотид е претставен во реконструираната низа; просечниот број на читања со кои геномот е прекумерен примерок се нарекува покриеност.

Во поголемиот дел од својата историја, технологијата во основата на секвенционирањето со „сачмарка“ бил класичниот метод на завршување на синџирот или „Сенгеров метод“, кој се заснова на избрано вклучување на дидеоксинуклеотиди кои завршуваат синџир со ДНК-полимераза за време на ин витро репликација на ДНК. Неодамна, секвенционирањето со „сачмарка“ е заменето со методи на секвенционирање со голема брзина, особено за големи, автоматизирани анализи на геномот. Сепак, Сенгеровиот метод останува во широка употреба, првенствено за проекти од помал обем и за добивање особено долги отчитувања на секвенци на ДНК (>500 нуклеотиди). Методите за завршување на синџирот бараат едноверижна шаблон за ДНК, ДНК зачетник, ДНК-полимераза, нормални деоксинуклеозидтрифосфати (dNTP) и модифицирани нуклеотиди (дидеоксиНТПи) кои го завршуваат издолжувањето на влакното на ДНК-та. Овие нуклеотиди кои завршуваат со синџирот немаат 3'-OH група потребна за образување на фосфодиестерска врска помеѓу два нуклеотида, предизвикувајќи ДНК полимеразата да престане да продолжување на ДНК кога ddNTP е вклучена. ddNTPs може да бидат радиоактивно или флуоресцентно означени за детекција во секвенционерите на ДНК. Вообичаено, овие машини можат да секвенционираат до 96 примероци на ДНК во една серија (работа) до 48 вртења на ден.

Секвенционирање со голема брзина

Високата побарувачка за секвенционирање со ниска цена го поттикнало развојот на технологии за секвенционирање со висок процент што го паралелизираат постапката на секвенционирање, произведувајќи илјадници или милиони секвенци одеднаш. Секвенционирањето со висок пропусен опсег е наменето да ги намали трошоците за секвенционирање на ДНК над она што е можно со стандардните методи на одлучување со боја. Во секвенционирањето со ултра висок пропусен опсег, може да бидат извршувани напоредно дури 500.000 зафати на секвенционирање по синтеза.

 

Методот на секвенционирање со боја на Илумина се заснова на реверзибилни одлучувачи со бои и е развиен во 1996 година во Женевскиот биомедицински истражувачки институт, од Паскал Мајер и Лоран Фаринели. Во овој метод, молекулите на ДНК и зачетниците прво се прикачувани на слајд и се засилуваат со полимераза, така што се образувани месни клонски колонии, првично именувани како „ДНК колонии“. За да биде одредена низата, се додавани четири врсти на реверзибилни терминаторски бази (RT-бази) и се измиваат невклучените нуклеотиди. За разлика од пиросеквенционирањето, синџирите на ДНК се прошируваат еден по еден нуклеотид и стекнувањето на сликата може да биде извршено во задоцнет момент, овозможувајќи многу големи низи на ДНК колонии да бидат фатени со секвенцијални слики направени од една камера. Одвојувањето на ензимската реакција и снимањето на сликата овозможува оптимална пропусност и теоретски неограничен капацитет за секвенционирање; со оптимална конфигурација, крајната пропусност на инструментот зависи само од стапката на конверзија A/D на камерата. Камерата прави слики од флуоресцентно означените нуклеотиди, а потоа бојата заедно со терминалниот 3' блокатор се хемиски отстранети од ДНК, овозможувајќи го следниот циклус.

Алтернативен пристап, секвенционирање на јонски полупроводници, се заснова на стандардна хемија за репликација на ДНК. Оваа технологија го мери ослободувањето на водороден јон секој пат кога базата е вградена. Микробунар што содржи шаблонска ДНК е преплавен со еден нуклеотид, доколку нуклеотидот е комплементарен со шаблонот, тој ќе биде вграден и ќе биде ослободен водороден јон. Ова ослободување активира ISFET јонски сензор. Доколку е присутен хомополимер во шаблонската низа повеќе нуклеотиди ќе бидат вклучени во еден циклус на поплава, а откриениот електричен сигнал ќе биде пропорционално поголем.

Составување

 

 

Спарени крајни отчитувања на податоците за секвенционирање од следната генерација картирани на референтен геном.

Повеќекратните, фрагментирани читања на секвенци мора да бидат собрани заедно врз основа на нивните преклопувачки површини.

Склопувањето секвенца се однесува на порамнување и спојување на фрагменти од многу подолга ДНК секвенца со цел да биде реконструирана првичната секвенца. Ова е потребно бидејќи сегашната технологија за секвенционирање на ДНК не може да чита цели геноми како продолжена секвенца, туку чита мали делови од помеѓу 20 и 1000 бази, во зависност од користената технологија. Технологиите за секвенционирање од трета генерација како што се PacBio или Oxford Nanopore рутински генерираат секвенционирање читања >10 kb во должина; сепак, тие имаат висока стапка на грешка од приближно 15 проценти. Вообичаено, кратките фрагменти, наречени читања, произлегуваат од секвенционирање на геномската ДНК од пушка или генски транскрипти (изразен секценциски белешки).

Пристапи до составување

Составувањето може широко да биде категоризирано во два пристапа: склопување „на ново“ (de novo), за геномите кои не се слични на ниеден секвенциониран во минатото, и споредбено склопување, кое ја користи постоечката низа на тесно поврзан организам како референца за време на склопувањето. Во однос на споредбеното склопување, склопување „на ново“ е сметачки тешко (NP-hard), што го прави помалку поволно за NGS технологии за кратко читање. Во рамките на парадигмата на de novo склопување постојат две примарни стратегии за склопување, стратегии за Ојлеров пат и стратегии за преклопување-распоред-консензус. Стратегиите со преклопување-распоред-консензус на крајот се обидуваат да создадат Хамилтонова патека низ графикот на преклопување што е проблем со NP-hard. Стратегиите на Ојлеровата патека се пресметувачки попогодни затоа што се обидуваат да најдат Ојлеров пат преку деБруеновиот граф.

Завршување

Завршените геноми се дефинирани како да имаат единствена соседна секвенца без нејаснотии што го претставуваат секој репликон.

Прибелешка

Само склопот на ДНК секвенцата е од мала вредност без дополнителна анализа. Прибелешката на геномот е постапка на прикачување на биолошки информации на секвенци и се состои од три главни чекори:

1. идентификување на делови од геномот кои не кодираат протеини
2. идентификување на елементи на геномот, постапка наречена генско предвидување и
3. прикачување на биолошки информации за овие елементи.

Алатките за автоматска прибелешка се обидуваат да ги изведат овие чекори „in silico“, за разлика од рачната прибелешка (позната и како курација) која вклучува човечка стручност и потенцијална опитна верификација. Идеално, овие пристапи взаемно постојат и се надополнуваат еден со друг во истите прибелешки (исто така видете подолу).

Традиционално, основното ниво на прибелешка е користењето на BLAST за пронаоѓање сличности, а потоа и прибележување на геномите засновани на хомолози. Во поново време, дополнителни информации се додадени на платформата за прибелешки. Дополнителните информации им овозможуваат на рачните прибележувачи да ги отстранат несовпаѓањата помеѓу гените на кои им е дадена истата прибелешка. Некои бази на податоци користат информации за контекстот на геномот, резултати за сличност, експериментални податоци и интеграции на други ресурси за да обезбедат прибелешки за геномот преку нивниот пристап на Подсистеми. Другите бази на податоци (на пр. Ensembl) се потпираат на курирани извори на податоци, како и на низа софтверски алатки во нивната автоматизирана проточна обработка за прибелешки за геном. „Структурната прибелешка“ се состои од идентификација на геномски елементи, првенствено ORF и нивна локализација, или структура на ген. „Функционалната прибелешка“ се состои од прикачување на биолошки информации на геномските елементи.

Секвенционирање на проточна обработка и бази на податоци

Потребата за репродуктивност и ефикасно управување со големиот број податоци поврзани со геномските проекти значи дека пресметковните цевководи имаат важна примена во геномиката.

Функционална геномика

Функционална геномика е поле на молекуларната биологија која се обидува да го искористи огромното богатство на податоци произведени од геномски проекти (како што се проектите за секвенционирање на геномот) за да ги опише функциите и интеракциите на гените (и протеините). Функционалната геномика се насочува на динамичките гледишта како што се генска транскрипција, транслација и протеин-протеински меѓудејствија, наспроти статичните аспекти на геномските информации како што се нуклеотидната низа или структурите. Функционална геномика се обидува да одговори на прашањата за функцијата на ДНК на нивоа на гени, транскрипти на РНК и протеински производи. Клучна одлика на изучувањата за функционална геномика е нивниот пристап на овие прашања ширум геномот, кој воглавно вклучува методи со висок пропуст наместо потрадиционален пристап „ген по ген“.

Главната гранка на геномиката сè уште се занимава со секвенционирање на геномите на различни организми, но познавањето на целосните геноми создаде можност за полето на функционална геномика, главно поврзано со моделите на генско изразување при различни услови. Најважните алатки овде се микронизите и биоинформатиката.

Структурна геномика

 

Структурната геномика се обидува да ја опише тродимензионалната структура на секој протеин кодиран од даден геном. Овој пристап заснован на геном овозможува метод за определување на структурата со висока пропусност со комбинација на опитни и моделни пристапи. Основната разлика помеѓу структурната геномика и традиционалното структурно предвидување е дека структурната геномика се обидува да ја одреди структурата на секој протеин кодиран од геномот, наместо да се насочува на еден одреден протеин. Со достапни секвенци со целосен геном, предвидувањето на структурата може да се направи побрзо преку комбинација на опитни и моделни пристни, особено затоа што достапноста на голем број на секвенционирани геноми и претходно решени протеински структури им овозможуваат на научниците да ја моделираат структурата на протеините на структурите на претходно решените хомологи. Структурната геномика вклучува преземање голем број пристапи за одредување структура, вклучувајќи опитни методи со користење на геномски секвенци или пристапи засновани на моделирање засновани на секвенца или структурна хомологија на протеин со позната структура или врз основа на хемиски и физички начела за протеин без хомологија на која било позната структура. За разлика од традиционалната структурна биологија, определувањето на структурата на белковинот преку структурен геномичен напор често (но не секогаш) доаѓа пред што било познато во врска со протеинската функција. Ова покренува нови предизвици во структурната биоинформатика, т.е. одредување на функцијата на протеините од неговата тродимензионална структура.

Епигеномика

Епигеномиката е проучување на целосниот сет на епигенетски модификации на генетскиот материјал на клетката, познат како епигеном. Епигенетските модификации се реверзибилни модификации на ДНК или хистони на клетката кои влијаат на генското изразување без промена на ДНК секвенцата. Две од најособените епигенетски модификации се метилацијата на ДНК и хистонската модификација. Епигенетските модификации играат важна улога во генското изразување и регулација и се вклучени во бројни клеточни постапки како што се диференцијацијата/развојот и туморигенезата. Студијата на епигенетиката на светско ниво е овозможена дури неодамна преку приспособување на геномски тестови со висока пропусност.

Метагеномика

 

Метагеномиката е проучување на метагеномите, генетски материјал обновен директно од примероци од животната средина. Широкото поле може да се нарече и како еколошка геномика, економика или геномика на заедницата. Додека традиционалната микробиологија и секвенционирањето на микробиолошкиот геном се потпираат на култивирани клонски култури, раното секвенционирање на гените во животната средина клонирала специфични гени (често генот 16S рибозомна РНК) за да произведе профил на разновидност во природен примерок. Таквата работа откри дека огромното мнозинство на микробиолошка биоразновидност е пропуштено од методите засновани на одгледување. Неодамнешните студии користат Сенгеровото секвенционирање со „сачмарка“ или масовно напоредно пиросеквенционирање за да бидат добиени главно непристрасни примероци од сите гени од сите членови на земените заедници. Поради својата моќ да ја открие претходно скриената разновидност на микроскопскиот живот, метагеномијата нуди моќна леќа за гледање на микробниот свет што има потенцијал да го револуционизира разбирањето на целиот жив свет.

Моделни системи

Вируси и бактериофаги

Бактериофагите играа и продолжуваат да играат клучна улога во бактериската генетика и молекуларната биологија. Историски гледано, тие биле користени за дефинирање на структурата на гените и генската регулација. Исто така, првиот геном што бил секвенциониран бил бактериофаг. Сепак, истражувањето на бактериофагите не ја предводел геномската револуција, во која очигледно надвладејува бактериската геномика. Само неодамна станало истакнато проучувањето на геномите на бактериофагите, со што им овозможува на истражувачите да ги разберат механизмите на еволуцијата на бактериофагот. Секвенците на геномот на бактериофагот може да бидат добиени преку директно секвенционирање на изолирани бактериофаги, но исто така може да бидат изведени како дел од микробиолошките геноми. Анализата на бактериските геноми покажало дека значителна количина на микробна ДНК се состои од профажни секвенци и елементи слични на профаги. Подробната база на податоци која ги ископува овие секвенци нуди увид во улогата на профагите во обликувањето на бактерискиот геном: Воглавно, овој метод потврдил многу познати бактериофаги групи, што го прави ова корисна алатка за предвидување на односите на профагите од бактериските геноми.

Цијанобактерии

Во моментов има 24 цијанобактерии за кои е достапна вкупна геномска секвенца. 15 од овие цијанобактерии доаѓаат од морската средина. Тоа се шест соеви Prochlorococcus, седум морски Synechococcus соеви, Trichodesmium erythraeum IMS101 и Crocosphaera watsonii WH8501. Неколку студии покажале како овие секвенци може многу успешно да бидат користени за да бидат заклучени важни еколошки и физиолошки одлики на морските цијанобактерии. Сепак, има многу повеќе геномски проекти во моментот во тек, меѓу нив има дополнителни изолати на Prochlorococcus и морски Synechococcus, Acaryochloris и Prochloron, филаментозната цијанобактерија N₂ фиксираната Nodularia spumigena, Lyngbya aestuarii и Lyngbya cucciarias wellamacecula. Така, растечкото тело на информации за геномот, исто така, може да се искористи на поопшт начин за решавање на светските проблеми со примена на споредбен пристап. Некои нови и возбудливи примери за напредок на ова поле се идентификацијата на гени за регулаторните РНК, увид во еволутивното потекло на фотосинтезата или проценка на придонесот на хоризонталниот преност на гени во геномите кои се анализирани.

 

Геномиката обезбедила примени во многу области, вклучувајќи медицината, биотехнологијата, антропологијата и други општествени науки.

Геномска медицина

Геномските технологии од следната генерација им овозможуваат на лекарите и на биомедицинските истражувачи драстично да го зголемат количеството на геномски податоци собрани на големи изучувања за населението. Кога се комбинираат со нови информатички пристапи кои вклучуваат многу видови податоци со геномски податоци во истражувањето на болеста, ова им овозможува на истражувачите подобро да ги разберат генетските основи на одговорот на лекот и болеста. Раните напори за примена на геномот во медицината ги вклучија оние на екипата од Стенфорд предводен од Јуан Ешли кој ги разви првите алатки за медицинско толкување на човечкиот геном. Истражувачката програма Genomes2People во Бригамовата и женска болница, Броудовиот институт и Харвардскиот медицински факултет е основана во 2012 година за да спроведе емпириско истражување за преведување на геномијата во здравје. Бригамовата и женска болница отворила клиника за спречувачка геномика во август 2019 година, а Општата болница во Масачусетс следеше еден месец подоцна. Истражувачката програма „Сите нас“ (All of Us) има за цел да собере податоци за секвенцата на геномот од 1 милион учесници за да стане критична компонента на платформата за истражување на прецизна медицина.

Синтетичка биологија и биоинженерство

Растот на геномското знаење овозможило сè пософистицирани примени на синтетичката биологија. Во 2010 година, истражувачите од Институтот „Џ. Крег Вентер“ објавиле создавање на делумно синтетички вид на бактерија, Mycoplasma laboratorium, изведен од геномот на Mycoplasma genitalium.

Геномика на населението и зачувувањето

Геномиката на населението била развиена како популарно поле на истражување, каде што методите на геномско секвенционирање се користени за да бидат спроведени големи споредби на секвенците на ДНК меѓу населенијата, надвор од границите на генетските маркери како што се производите на полимеразата верижна реакција со краток опсег или микросателитите кои традиционално се користени во генетиката на населението. Геномиката на населението ги проучува ефектите на геномот за да го подобри нашето разбирање за микроеволуцијата за да може да биде научена филогенетската историја и демографијата на населението. Геномските методи за населението се користени за многу различни области, вклучувајќи еволутивна биологија, екологија, биогеографија, биологија за зачувување и управување со рибарството. Слично на тоа, пределната геномика била развиена од пределната генетика за да користи геномски методи за да ги идентификува односите помеѓу моделите на природозаштитни и генетски варијации.

Зачувувачите можат да ги користат информациите собрани со геномско секвенционирање со цел подобро да ги проценат генетските фактори клучни за зачувување на видовите, како што е генетската разновидност на населението или дали поединецот е хетерозиготен за рецесивно наследно генетско нарушување. Со користење на геномски податоци за да бидат проценети ефектите од еволутивните постапки и да бидат забележани моделите на варијација низ дадено население, зачувувачите можат да формулираат планови за помош на даден вид без толку многу променливи оставени непознати како оние кои не се решени со стандардни генетски пристапи.

• Научете сè за генетиката семрежно