Genomika asoslari

33-rasm. “Inson genomi” loyihasi logotipi

Inson Genom loyihasi ( ingliz tilidan, Human Genom Project , HGP ) – Xalqaro ilmiy-tadqiqot loyihasi bo’lib, uning asosiy maqsadi DNK tarkibiga kiruvchi nukleotidlar ketma-ketligini va inson genomini tashkil qilgan 20-25 ming genlarni aniqlash bo’ldi (20-rasm). Ushbu loyiha biologiya soxasida o’tkazilgan eng yirik xalqaro xamkorlik munosobatlaridan biri hisoblanadi. Loyiha 1990 yilda Jeyms Uotson rahbarligida, AQSH lari Sog’liqni saqlash Milliy Tashkiloti tomonidan o’z faoliyatini boshlagan. 2000 yilda genom tuzilmasining qoralama ishchi varianti ishlb chiqildi va 2003 yilda to’liq genom tuzilmasi taqdim etildi, lekin bugungi kunga qadar genom ayrim qismlarining to’liq tahlillari tugatilmagan. Celera Corporation xususiy kompaniyasi tomonidan parallel ravishda xuddi shunday analogik loyiha ishga tushirilgan edi, ushbu loyiha “Inson genomi” loyihasidan sal ilgari faoliyatini tugatgan. Sekvenirlash ishlari asosan AQSH, Kanada, Buyuk Britaniya davlatlarining universitetlari va tadqiqot markazlarida o’tkazilgan. Inson genlarini aniqlash kabi fundamental ahamiyatga ega bo’lgan tadqiqotlardan tashqari, sog’liqni saqlash soxasida yangi dorivor vositalarni yaratish va boshqa yo’nalishlarini rivojlantirish soxasida ko’p ishlar qilindi. Loyiha maqsadiga ko’ra, inson turi genomi genlarini aniqlash, tahrirlash va tushunish ishlari bilan bog’liq bo’lsada, boshqa organizmlar, ayrim bakteriyalar shu jumladan, Escherichia coli, hashsrotlardan drozofila, va sut emizuvchilarga mansub bo’lgan uy sichqoni genomi ham tadqiq qilindi. Loyiha faoliyatining bo’shlahg’ich davrida inson gaploid genomini tashkil etuvchi uch milliardga yaqin nukleotidlarni aniqlash rejalashtirilgan. Keyinchalik bir nechta tadqiqot guruhlari sekvenirlash ishlarini kengaytirish maqsadida, bir nechta xalqaro loyihalar HapMap, «Applied Biosystems», «Perlegen», «Illumina», «JCVI», «Personal Genome Project» va «Roche-454» inson diploid genomi ishlarini olib borishdi. Har bir tirik organizm –bitta tuxumdan rivojlangan egizaklar va klonlangan hayvonlar bundan mustasno bo’lib, loyiha ishlaria inson genomini ketma-ketliklarini aniqlash, har bir gen variasiyasini sekvenirlash ishlarini o’z ichiga oldi. Lekin, “Inson genomi” loyihasi hujayralar tarkibini tashkil etuvchi hamma DNK larning ketma-ketligini aniqlash kirmagan, balkim genom ayrim geteroxromatin qismlarni sekvenirlash ishlarini tashkil qilgan va hozirga qadar 8% ga yaqin qismlari sekvenirlanmagan.
Ushbu loyiha AQSH Energetika vazirligi tomonidan qo’llab-quvvatlangan bir necha yillik ishlarning , xususan 1984 va 1986 yillarda bo’lib o’tgan seminarlarning va Energetika Vazirligining qo’llab quvvatlashi natijasida faoliyat boshlaydi. 1987 yildagi hisobotlarga ko’ra "Bu harakat yakuniy maqsadi inson genomini tushunishdan iborat" "Inson genomini bilish tibbiyot soxasining va sog’liqni saqlash borasidagi boshqa fanlarni rivojlanishi uchun zarur” deb ko’rsatilgan. Ushbu vazifalarni hal etish uchun muhim bo’lgan texnologiyalarni yaratish 1980 yillarning ikkinchi yarmidan boshlangan.
1988 yilda Jeyms Uotson AQSH Milliy Sog’liqni Saqlash Tashkilotining (NIH) Inson genomini tadqiq qilish milliy markazining rahbari bo’lib ishlagan. 1993 yildan bo’shlab Frensis Kollinz markaz rahbari sifatida faoliyat ko’rsatadi, va 1997 markazning nomi Inson Genomini tadqiqot qilish Milliy instituti –National Human Genome Resources Institute ga o’zgartirildi.
Mazkur 3 milliard dollarlik miqdordagi loyiha 1990 yilda AQSH Energetika vazirligi va Milliy Sog’liqni saqlash Instituti tomonidan ishga tushirildi, 15 yil davom etilishi rejalashtirilgan. Bu konsorsiumga AQSH idan tashqari, Xitoy, Fransiya, Germaniya, Yaponiya va Buyuk Britaniya davlatlari qatnashgan. Keng masshtabdagi Xalqaro kooperasiya va genomika yo’nalishining sekvenirlash tadqiqot ishlari, shuningdek hisoblash texnologiyalari soxasidagi yutuqlar, genomning qoralama varianti 2000 yilda tugatilgan, AQSH ining shu davrdagi prezidenti Bill Klinton va Buyuk Britaniya premier ministri Toni Bler tomonidan 2000 yil 26 iyunda e’lon qilingan. Sekvenirlash ishlarini davom ettirish 2003 yilda olib borilgan ishlarning to’liq 2 yil oldin muvaffaqiyatli tamomlaganligi, 2006 yil may oyida " Nature " jurnalida loyihani yakunlash yo’lida yana bir muhim voqea bo’ldi, oxirgi xromosoma, 1- xromosoma ketma-ketligi to’g’risida e’lon qilinadi. Bugungi kunda inson genomining to’liq ketma-ketligi” to’g’risida ta’riflar mavjud. Ularga ko’ra, genom to’liq sekvenirlangan, boshqalariga ko’ra esa, hali ishlar davom etmoqda. Hozirgi kunda inson DNK zanjiridagi nukleotidlar qatorining navbatli ketma-ketligining tartibini aniqlash bo’yicha olib borilayotgan sekvens ihlari yakunlanmoqda, sekvens ishlarining interpretasiyasi esa hali davom etadi. Bu ishlar yakun topganda inson genomining o’qish ishlari yakun topadi. Loyiha bo’yicha inson genomini sekvens asosida o’qish ishlari 2003 yilda tugatilgan, lekin bir qancha regionlar tugatilmagan hisoblanadi:
Birinchi navbatda xromosomalarning markaziy regionlari- sentromeralar singari ma’lum bo’lib, ularda DNK ketma-ketligining takrorlanuvchi qismlari juda ko’p uchraydi, ularni zamonaviy texnologiyalar asosida sekvenirlash murakkab, bo’lib sentromeralar 1-10 million nukleotid juftliklariga ega bo’lib, ko’p qismlari sekvenirlanmagan.

• 
  Ikkinchidan, xromosomalar uchi telomerlar deb ataladi, ular ham takrorlanuvchi nukleotidlardan iborat, shuning uchun 46 xromosomalarning ko’pchiligida ular aniqlanmagan.
  
• 
  Uchinchidan, har bir individuum genomida multigenli oilalar vakillariga ega bo’lgan bir qancha lokuslar mavjud, ularni hozirda mavjud bo’lgan DNK fragmentasiyasi uslubida aniqlash qiyin, bu genlar oilasi asosan immun tizim uchun muhim bo’lgan oqsillarni kodlaydi.
  
• 
  Bu regionlardan tashqari genomda bir qancha – bo’shliqlar mavjud bo’lib, ularning ayrimlari yirik tuzilgan va aniqlash murakkab hisoblanadi.
  

DNK ning ko’p qismini tashkil qilgan va qolgan qismi takrorlanuvchi qismlar bo’lib, ularda genlar bo’lishi ehtimoli juda past, va hozirgacha aniq emas, sekvenirlash ishlari bu regionlarda davom etmoqda.
Maqsadi. Inson DNKsining ketma-ketligi Internet tarmogida har qanday foydalanuvchi uchun mavjud bo’lgan ma’lumotlar bazalarida saqlanadi. AQSH Milliy Biotexnologiya Axborot Markazi (va uning Evropa va Yaponiyadagi sherik tashkilotlari) genom ketma-ketliklari GenBank deb nomlanuvchi ma’lumotlar bazasida, bugungi kunda aniqlangan va gipotetik genlar va oqsillar ketma-ketligi bilan birga saqlaydi. Boshqa tashkilotlar, masalan, Santa-Kruzdagi Kaliforniya universiteti va Ensembl ma’lumotlar bazalarida qo’shimcha ma’lumotlar, annotasiyalar hamda vizualizatsiya bilan bog’liq bo’lgan ma’lumotlarni qidirish uchun kuchli dastur vositalari qo’llab-quvvatlaydi. Ma’lumotlar tahlili uchun kompyuter dasturlari ishlab chiqilgan, chunki bu dasturlarsiz ma’lumotlarni aniqlash juda murakkabdir. Genlarning chegarasini identifikasiya qilish va DNK ketma-ketliklaridagi boshqa ketma-ketliklarini aniqlash genom annotasiyasi deb ataladi, bu soha bioinformatikagaga tegishlidir.
Ushbu jarayon kompyuterlar yordamida inson tomonidan amalga oshiriladi, lekin ular bu jarayonni juda sekin amalga oshiradi, genomlarning sekvenirlash jarayonini qisqa muddatlarda amalga oshirish maqsadida, maxsus kompyuter dasturlari ishlatiladi. Bugungu kunda annotasiya texnologiyalari DNK ketma-ketliklari va inson tili asosida parallel olib boriladigan statistik modellarga asoslangan- informakada formal grammatika deb ataluvchi konsepsiyalari ishlatiladi. “Inson genomi” loyihasining boshqa yana bir maqsadi- genom tadqiqotlarining etik, huquqiy va ijtimoiy asoratlarini tadqiqot qilish hisoblanadi.
Hamma insonlar qandaydir darajada noyob genom ketma-ketliklariga egadir. Shining uchun “Inson genomi” loyihasi nashr etgan ma’lumotlar aniq bir tanlab olingan insonga tegishli emasdir. Ma’lumotlar asosan ko’p bo’lmagan miqdordagi anonim donorlarning kombinirlangan genom ma’lumotlariga tegishli hisoblanadi. Olingan genom ketma-ketliklari individuumlar orasida genlarni aniqlash bo’yicha kelgusi ishlarda asos bo’lib hizmat qiladi. Asosiy ishlar asosan bir nukleotidlar polimorfizmini aniqlash tadqiqotlariga bag’ishlangan.
Loyiha o’z oldiga qo’ygan maqsadlarga muddatdan ilgari erishdi. Genomning 95% sekvenirlash ishlarini aniqlash vazifa qilib qo’yilgan edi, tadqiqotchilar sayl harakati bilan genom DNK sining 99,9% sekvenirlandi.
Loyiha asosan AQSH hukumati tomonidan Sog’liqni Saqlash Milliy Instituti orqali va Buyuk Britaniya Wellcome Trust sahovat mehr-muruvvat jamiyati tomonidan Senger Institutini va dunyo bo’ylab boshqa guruhlarini moliyalashtirildi.
Moliyalashtirish bir qancha sekvenirlash markazlariga taqsimot qilindi, bularga: Whitehead Instituti, Senger Instituti, Sent-Luisdagi Vashington Universiteti va Baylor Tibbiyot Kollejlari kiradi.
Tadqiqot ishlrda genom katta bo’lmagan uzunlikdagi qismlarga, 150 000 juft nukleotidlar uzunligida taqsimlanadi, keyinchalik bu qismlar vektorga ulanadi va BAC deb ataluvchi sun’iy recombinant bakterial xromosoma hosil qilingan. Bu bakteriyalar gen muxandisligi uslubida bakteriyalardan yaratilgan. Genlarga ega bo’lgan vektorlarni bakteriyalarga kiritilgan va replikasiya jarayonida genlardan nusxa ko’chirilgan. Genom har bir qismlari drobovik uslubida sekvenirlangan va olingan hamma ketma-ketliklar birgalikda kompyuter matnida terilgan. Natijada butun xromosomaning tuzilishini tiklash uchun to’plangan DNKning katta bo’laklarining kattaligi taxminan 150000 tayanch juftligini tashkil etgan. Ushbu tizim "ierarxik drobovik usuli" deb nomlanadi, chunki genom avval turli o’lchamdagi bo’laklarga bo’linadi, ularning xromosomadagi o’rni oldindan ma’lum bo’lishi kerak.