Genomika asoslari

1-BOB. GENOMIKA ASOSLARI FANINING PREDMETI, MAQSADI VA VAZIFALARI

Wilhelm Ludvig Johannsen 1857—1927 yillar.

Genom haqida tushuncha. Genomika uslublari.
19-asr boshlarida genetika fani "gen-xususiyat" darajasida G. Mendel tomonidan taniqli fundamental qonunlarning kashf etilishi natijasida rasmiy tan olindi. Genning mavjudligi aniqlangan, ammo uning moddiy tabiati noma’lum bo’lib qoldi. Faqat 1950-yillarda DNKning ikki spirali va DNK bo’lagi sifatida gen kontseptsiyasi paydo bo’ladi va tezda tasdiqlangandan so’ng, molekulyar genetikaning, individual genlarning o’lchamlari, gendagi funktsional hududlar va boshqalar jadal rivojlanishi boshlandi. Bunga parallel ravishda biokimyogarlar genetiklar ishtirokida genetik kodni DNKdan oqsilga o’tkazish bilan oqsil sintezining matritsali mexanizmini ochib berdilar.
Genom – organizm hujayrasida to`plangan irsiy materialning yig`indisidir. Genom organizmni qurish va saqlab turish uchun kerak bo`lgan biologik axborotni saqlaydi. Barcha genomlar, shu jumladan inson genomi va boshqa qolgan barcha hujayrali hayot formasiga ega bo`lgan genomlar DNK dan tuzilgan, lekin ba’zi bir viruslar genomi RNK dan iborat. Shu bilan birga, “genom” terminining boshqacha talqini ham mavjud. Bunda genom deganda ma’lum turning genetik materiallari xromosomalarni gaploid to’plami yig`indisiga tushuniladi. Eukariotlarning genomi hajmi haqida gapirilganda, aynan genomning mana shu talqini haqida tushuniladi. Odamda (Homo sapiens) somatik hujayralar irsiy materiali yadroda joylashgan 23 juft xromosomada (22 juft autosoma va 1 juft jinsiy xromosoma) namoyon bo`ladi. Bundan tashqari hujayra ko`plab nusxadagi mitohondrial DNK ga ega. Odamning 22 juft autosoma, X va Y jinsiy xromosomlari, mitohondrial DNK birgalikda bo`lib taxminan 3,2 mlrd juft asosni tashkil qiladi.
“Gen” termini daniyalik botanik Vilgelm Iogans tomonidan 1909-yili, ya’ni Uilyam Betson “genetika” terminini kiritgandan 3 yil keyin ishlatilgan. Grekchadan tarjima qilinganda “gen” - bu “avlod”, shuning uchun “genetika” – bu ajdoddan avlodga belgilarni o`tishini o`rganuvchi fandir.
Genlarni o`rganish bilan genetika fani shug`ullanadi, uni boshlab bergan Gregor Mendel hisoblanadi. U 1865-yilda no`xatni chatishtirishda belgilarni avlodga o`tishini o`rganishga bag`ishlangan o`zining ilmiy ishlari natijasini e`lon qilgan.
“Genom” termini 1920-yilda Gans Vinkler tomonidan bir biologik tur organizmlarning xromosomalari gaploid to’plamida yig`ilgan genlarni yozish uchun ishlatilgan. Suffiks “-om” ularda qismlarni bir butun qilib birlashtirish ma’nosini beradi, shuning uchun “genom” deganda genlarni bir butunlikka birlashtirishga tushuniladi.
Avvaldan “gen” termini ma’lum irsiy axborotni o`tkazishning nazariy birligi sifatida paydo bo`lgan.
Keyinchalik eksperimental tasdiqlandiki, faqat DNK o`zida irsiy axborotni saqlaydi va bu holat molekulyar biologiyaning markaziy dogmasi sifatida ko`rsatilgan.
Gen (grekcha.-grech. γένος avlod) — tirik organizmlarning strukturaviy va funksional irsiy birligi.
Gen DNK ning shunday uchastkasiki, unda ma’lum bir polipeptid yoki funksional RNK ketma-ketligi berilgan.
Genlar aniqroq, genlar alleli organizmlarning ko`payishida ajdoddan avlodga o`tadigan irsiy belgilarni belgilaydi. Ba’zi organizmlar orasida, asosan bir hujayralilarda, ko`payish bilan bog`liq bo`lmagan holda genlarning gorizontal o`tishi uchrab turadi.
Gen – irsiy axborot birligi bo`lib, genom yoki xromosomada ma’lum o`rinni egallagan va organizmda ma’lum funksiyani nazorat qiladi.
Genning klassik belgilanishi: bitta gen – bitta belgi.
Shunday qilib, gen tushunchasi faqat DNK ni kodlanuvchi uchastkasi bilan cheklanmaydi, balki o`z ichiga regulyator ketma-ketligini olgan keng miqyosdagi konsepsiyani qamrab olgandir.
Genomning o`lchamini DNK uchastkalarining uzunligini odatda ming yoki million juft nukleotidlarda hamda morganidlarda ko`rsatishadi. Keyingi usul genlarni ulanishini tahlil qilishga asoslangan: genlar orasidagi masofa 1 santimorganid 0,01 morganid bo`lganda ular o`rtasidagi krossingover ehtimolligi meyozda 1 % ga teng bo`ladi.
Tirik oragnizmlarning genomlari – viruslardan to hayvonlargacha – o`lchami bo`yicha 6 darajaga farq qiladi: bir necha ming juft asosdan bir necha milliard juft asosgacha.
Genlarning soni bo`yicha diapazon ancha qisqa: oddiy viruslarda 2-3 gendan va ba’zi bir hayvonlarda 40 ming gengacha bo`ladi.
Genomning o`lchami va genlarning miqdoriga qarab genomlar 2 ta sinfga bo`linadi:

1. 
   katta bo`lmagan kompakt genomlar, ular odatda 10 million juft asosdan ko`p bo`lmaydi;
   
2. 
   katta o`lchamdagi genomlar, ularning tarkibi 100 million juft asosdan ko`p bo`ladi.
   

Genomikaning 5ta bo`limi mavjud:

1. 
   Strukturaviy genomika;
   
2. 
   Funksional genomika;
   
3. 
   Solishtirma genomika;
   
4. 
   Evolyutsion genomika;
   
5. 
   Tibbiyot genomikasi.
   

Genomikaning uslublari:

• 
  Polimeraza zanjirli reaksiyasi (PZR);
  
• 
  Elektroforez;
  
• 
  Xromatografiya;
  
• 
  DNK ni sekvenirlash;
  
• 
  DNK ni kartalashtirish.
  

Genomikaning vazifasi butun hujayraning to’liq genetik xususiyatlarini - tarkibidagi genlar sonini va ularning ketma-ketligini, har bir gen tarkibidagi nukleotidlar sonini va ularning ketma-ketligini aniqlash, har bir genning organizm metabolizmiga yoki umuman hayotiy faoliyatiga bog’liq funktsiyalarini aniqlashdan iborat. Genomika organizmning mohiyatini - uning potentsialini, turlarini va hatto individual boshqa organizmlardan farqini, tashqi ta’sirlarga reaktsiyasini bashorat qilish, genlarning har biridagi nukleotidlar ketma-ketligini va genlar sonini bilib olishga imkon beradi.
Genomikaning maqsadi - hozirgi vaqtda amalga oshirilmagan hujayraning barcha potentsial xususiyatlari, masalan, “jimjimador genlar” haqida ma’lumot olish, proteomika esa hujayralarni ma’lum bir lahzada xarakterlashga imkon beradi, undagi barcha oqsillarni funktsional “suratga olish” tarzida o’rnatadi. uning proteomi darajasidagi hujayraning holati, ya’ni, ifoda etilmagan genlardan farqli o’laroq “ishlaydigan” barcha fermentativ va strukturaviy oqsillarning to’plamini o’rganadi.
Shu bilan birga, agar genomika birinchi navbatda sekvenirlash texnologiyasining rivojlanishi natijasida paydo bo’lgan bo’lsa, unda proteomika uchun ikki o’lchamli elektroforez texnikasi bir xil asosiy rolni o’ynaydi - oqsillarni bir yo’nalishda molekulyar og’irligi bo’yicha ajratish, ikkinchisida esa - izoelektrik nuqta uslubi qo’llaniladi. Bu usul yangi emas, ammo u sezilarli darajada takomillashtirildi, bu bir vaqtning o’zida yuzlab oqsillarni dinamikada kuzatish imkonini beradi.
Proteomika oqsillarning o’zaro ta’sirini kuzatishga imkon beradi. Bu, masalan, hujayralar yuzasidan signallarni yadrodagi selektiv transkripsiya omillariga yetkazish uchun qo’llaniladi. Uning yordami bilan nafaqat immunosupressiya skrining texnologiyasi, balki umuman signal o’tkazuvchanligi ham o’zgarishi mumkin. Proteomika usullari yangi potentsial antimikrob agentlarning hujayrasi bilan o’zaro ta’sirining to’liqroq, keng qamrovli ko’rinishini beradi. Proteomika yordamida mikroorganizmlarda ikkilamchi metabolik fermentlarning biosintezi dinamikasi bo’yicha tadqiqotlar yangi, yuqori darajaga o’tkazilishi mumkin. Proteomika va genomika o’rtasidagi aloqaga qaytsak, shuni ta’kidlash kerakki, proteomikani funktsional genomikaning davomi deb atash mumkin. Genomikadan farqli o’laroq, proteomikani o’rganish mavzusi hozirgi vaqtda ekspresatsiya qilingan genlar tomonidan kodlangan mahsulotlarga qaratiladi. Ba’zi turlarning mikroorganizmlarning minimal genomlari bir necha yuz genlardan iborat. Inson genomi yuz ming genga yaqinlashmoqda. Maxsus genlarning o’lchamlari mingga yaqin asosiy juftlikdan va undan ko’pdir. Shunday qilib, individual genomni tashkil etuvchi tayanch juftliklari soni kamida yuz minglab, odatda ko’p millionlab tayanch juftliklari bilan o’lchanadi. Shuning uchun organizm genomini to’liq bilish uchun bir necha million nukleotid juftlarining ketma-ketligini aniqlash kerak A-T - adenin-timidin, G-C - guanidin-sitozin komplementarlik asosida. "Sekvenirlanish" ni amalga oshirish uchun, qo’llanilgan ibora bo’yicha, butun genom faqat yuqori texnologiyalar va tegishli uskunalar mavjud bo’lganda amalga oshiriladi.
Hozirgi kunda dunyodagi ko’plab o’nlab laboratoriyalarning kundalik ishlarining natijalari bo’yicha bir millionga yaqin bazaviy juftliklar ketma-ketlik tadqiq qilmoqda. Qabul qilingan ma’lumotlarni saqlash va ulardan ba’zilari xalqaro maqomga ega bo’lgan maxsus ma’lumotlar bazalariga murojaat qilmasdan foydalanish mumkin emas. Genomik tadqiqotlar instituti (AQSh) va Heidelberg universiteti (Germaniya) ma’lumotlar bazalari keng tanilgan. Xalqaro ma’lumotlar bazalari gen va uning patogenlar orasida tarqalishi to’g’risida ma’lumot beradi; ushbu gen tomonidan kodlangan mahsulot va ushbu metabolik sikldagi oqsil molekulasining ishtiroki to’g’risida; uning sikldagi o’ziga xos reaktsiyasini katalizatsiyasi haqidagi ma’lumotlarni olish imkonini beradi. Boshqacha qilib aytganda, antimikrob moddalarni, metabolizmning selektiv inhibitorlarini tanlash uchun dastlabki sinov ob’ekti endi mikrobial kultura emas, balki gen aniqrog’i, u kodlaydigan mahsulot hisoblanadi.
Shuni yodda tutish kerakki, turli xil organizmlar genomlarining nukleotidlar ketma-ketligidagi farq, turlararo farqlar mavjud, masalan, biotexnologiya sanoatida ishlab chiqarilgan mikroorganizmlarda bir xil turdagi individual shtammlar uchun genomlardagi farqlar qayd etilgan. Genomlarning turlar ichidagi farqlari odamlarni hisobga olmaganda, tirik mavjudotlarning hamma rivojlanish pog’onasida mavjud bo’lishi mumkin.