Kurs ishi mavzu: genom bazalari

II-bob. Asosiy qism.
2.1. Genom ma'lumotlar bazalari.
Genom ma'lumotlar bazalari ko'plab turli xil o'simliklar va hayvonlarning DNK ketma-ketliklarining omborlari. Ular ketma-ketlik ma'lumotlarini talqin qilishda yordam berish uchun qo'llab-quvvatlovchi ma'lumotlar bazalariga elektron tarzda bog'langan.
Genom ma'lumotlar bazasini turli xil o'simliklar va hayvonlarning DNK ketma-ketliklari ombori sifatida ta'riflash mumkin. Ular ketma-ketlik ma'lumotlarini talqin qilishda yordam berish uchun qo'llab-quvvatlovchi ma'lumotlar bazalari bilan bog'langan. Genom ma'lumotlar bazalari bir nechta operatsion tizimlar, dasturiy ilovalar, fayllarni uzatish protokollari va foydalanuvchi interfeyslaridan foydalangan holda bir yoki bir nechta kompyuterlarning elektron muhitida ishlab chiqilgan va yuritiladi. Genom ma'lumotlar bazalarida molekulyar biologlar, genetiklar va boshqalar tomonidan laboratoriyada to'liq DNK ketma-ketligining individual nukleotid tartibini aniqlashga imkon beruvchi usullardan foydalangan holda yaratilgan ketma-ketlik ma'lumotlari mavjud. DNK barcha tirik organizmlarning hujayralari ichidagi hujayra jarayonlarining samarali ishlashini ta'minlaydigan va kelajak avlodlarga uzatiladigan materialdir. Ko'pgina ommaviy ma'lumotlar bazalarini veb-brauzer tomonidan Milliy Biotexnologiya Axborot Markazida (NCBI) joylashgan GenBank ma'lumotlar bazasi serveridan ko'rish mumkin. GenBank 58 000 dan ortiq organizmlarning nukleotidlar ketma-ketligi maʼlumotlar bazasi boʻlib, Yevropa molekulyar biologiya laboratoriyasi (EMBL) va Yaponiyaning DNK maʼlumotlar bankini (DDBJ) oʻz ichiga olgan ketma-ketlik maʼlumotlar bazalarining xalqaro hamkorligining bir qismidir. GenBank bir nechta genom markazlari va inson genomi loyihasi kabi genom sekvensiyasi loyihalarida ishtirok etuvchi universitet muassasalaridan DNK ketma-ketligi taqdimotlarini oladi va saqlaydi. EMBL va DDBJ Yevropa va Yaponiyadagi turli universitetlar va genom markazlarining ombor maʼlumotlari va butun dunyo boʻylab sekvensiya loyihalari natijasida hosil boʻlgan maʼlumotlarni toʻplash, tanlash va tarqatish uchun birgalikda javobgardir.
Ushbu kurs ishida " genomik ma'lumotlar bazalari " atamasi ma'lum sharoitlarda tadqiqotchilarga taqdim etilgan inson biologik namunalaridan olingan genomik ma'lumotlarning elektron to'plamlari sifatida ta'riflangan. Tadqiqot maqsadlari uchun yaratilgan genomik ma'lumotlar bazalari ko'p miqdorda DNK ketma-ketligini saqlaydi va ko'pincha namunalar to'plamini, tegishli klinik va fenotipik ma'lumotlarni, xabardor qilingan rozilik haqidagi ma'lumotlarni va raqamlashtirilishi mumkin bo'lgan boshqa tegishli ma'lumotlarni o'z ichiga olgan kengroq biobanklar yoki tadqiqot omborlarining bir qismidir.

"Genomika" - genomik ma'lumotlarni yaratadigan tadqiqot sohasi - (inson) xromosomalari tarkibidagi DNKning butun to'plamini o'rganishni anglatadi. U genomning DNK ketma-ketligi bo'yicha va bo'ylab tadqiqotlarni, turli populyatsiyalar bo'ylab DNK ketma-ketligini keng ko'lamli taqqoslashni va dinamik gen va oqsil funktsiyalarini va o'zaro ta'sirini tavsiflash uchun genomik ketma-ketlik ma'lumotlaridan foydalanishni o'z ichiga oladi. Genomika "genetika" dan farq qiladi, bu odatda individual genlarning funktsiyasini va ularning inson kasalliklaridagi rolini o'rganishga ishora qiladi. Biroq, genetika va genomika sohalari, masalan, genetik ma'lumotlarning butun genom tarmoqlariga ta'sirini (yoki unga javoban) aniqlash bo'lgan tadqiqotlar kabi bir-biriga mos keladi.
Yaqinda keng ko'lamli genomik ma'lumotlar bazalarining ko'payishini qisman 2003 yilda inson genomining to'liq ketma-ketligi nashr etilgandan so'ng populyatsiyaga asoslangan tadqiqotlarga bo'lgan qiziqishning ortishi bilan bog'lash mumkin. Ushbu populyatsiya genomik tadqiqotlari katta miqdordagi ma'lumotlarning mavjudligiga bog'liq. genomik ketma-ketlik ma'lumotlarini salomatlik holati va kasallik natijalari to'g'risidagi ma'lumotlar bilan solishtirish imkoniyatiga ega bo'lish. Avtomatlashtirilgan molekulyar tahlil va bioinformatika vositalari bir nukleotidli polimorfizm (SNP) kabi ko'p sonli DNK ketma-ketlik o'zgarishlarini tez ommaviy tahlil qilish imkonini beradi, bu keng tarqalgan murakkab kasalliklarga moyillikdagi genomik, genetik va atrof-muhit omillarining rolini o'rganish imkonini beradi. Ushbu tadqiqot yo'nalishining yakuniy maqsadi odamlarning umumiy kasalliklarni davolashning turli usullariga qanday javob berishini yaxshilash, shuningdek, yangi terapevtik tadbirlarni ishlab chiqishdir. Shunga ko'ra, genomik ma'lumotlarning katta to'plamlari akademik va tibbiy genetiklar, shuningdek, farmatsevtika va biotexnologiya sanoati tomonidan qidiriladi va ham xususiy, ham davlat mablag'lari tomonidan qo'llab-quvvatlanadi.
Genomik ma'lumotlar bazalarining ko'lami va ulardan foydalanish juda o'zgaruvchan; ba'zilari qoldiq klinik yoki tadqiqot namunalaridan olingan retrospektiv ma'lumotlarni o'z ichiga oladi, boshqalari esa odamlar, oilalar yoki ba'zan umumiy aholidan minglab shaxslardan yangi to'plangan ma'lumotlar bilan istiqbolli tarzda yaratilgan. Tibbiyot tarixi va turmush tarzi ma'lumotlari bilan birga biomarkerlarni o'z ichiga olgan keng qamrovli aholiga asoslangan ma'lumotlar bazalari keng tarqalgan kasalliklarda genetik va atrof-muhit omillari o'rtasidagi bog'liqlikni tushunish, shuningdek, turli etnik guruhlardagi gen variantlarining allel chastotasini baholash uchun kuchli vositadir.

Genomik ma'lumotlar bazalarining muhim xususiyati bu turli tadqiqot guruhlari o'rtasida ma'lumotlar almashishni osonlashtirish darajasidir. Ilmiy hamjamiyat uchun genomik ma'lumotlarning keng tarqalganligi to'plash uchun katta xarajatlar va kuch talab qiladigan ma'lumotlar bo'yicha muhim tadqiqotlarni katalizlashning tejamkor mexanizmi hisoblanadi. Biyomedikal tadqiqotlarning keng doirasi har bir genomik ma'lumotlar bazasi tomonidan qo'llab-quvvatlanishi mumkin, bu turli manfaatlarga ega bo'lgan tadqiqot guruhlariga vaqt o'tishi bilan rivojlanayotgan hisoblash texnikasi va yondashuvlarini qayta qo'llash imkonini beradi.
Eng qadimgi genomik ma'lumotlar bazalari ma'lumotlardan foydalanish yoki tarqatishda cheklovlarsiz turli xil tirik organizmlarning DNK ketma-ketligini yaratish maqsadida yaratilgan. Amerika Qo'shma Shtatlaridagi Milliy Tibbiyot Kutubxonasi (NLM) tomonidan qo'llab-quvvatlanadigan GenBank Internet orqali bepul mavjud bo'lgan bunday ma'lumotlar bazasining hanuzgacha saqlanib qolgan va tez-tez keltiriladigan misolidir. 300 dan ortiq ketma-ketliklarni o'z ichiga olgan ma'lumotlar bazasi 000 ga yaqin tirik organizmlar bir qator manbalar asosida yaratilgan: ayrim tadqiqotchilarning ketma-ketlik ma'lumotlarini taqdim etish, ba'zan nashr qilishning old sharti sifatida, ketma-ketlik markazlaridan ma'lumotlarni ommaviy ravishda taqdim etish va Evropa va Yaponiyadagi ommaviy ketma-ketlik ma'lumotlar bazalari bilan kundalik ma'lumotlar almashinuvi. Ba'zi jurnallarning siyosatiga ko'ra nashrdan oldin olingan ma'lumotlarning yuqori ulushi ma'lumotlar bazasining o'z vaqtida va to'liqligini oshiradi, uning ilmiy hamjamiyatda foydaliligini oshiradi.
Vaqt o'tishi bilan klinik jihatdan yo'naltirilgan tadqiqotlarni osonlashtirish uchun inson genomik ma'lumotlarini to'plash va taqdim etishga qiziqish ortib bordi. Bu avvalgilaridan farqli o'laroq, keng qamrovli nazorat siyosati bilan inson genomik ma'lumotlar bazalarini ishlab chiqishga olib keldi. Nazorat siyosati ma'lumotlar bazalarining keng qamrovliligini oshirish uchun ma'lum turdagi ma'lumotlarning muntazam ravishda ma'lumotlar bazalariga joylashtirilishini ta'minlashga xizmat qilishi mumkin (masalan, moliyalashtirish yoki nashr qilish sharti sifatida, masalan, GenBank modeli bilan). Boshqa siyosatlar saqlanadigan ma'lumotlar turlarini, saqlangan ma'lumotlarga nisbatan qo'llaniladigan xavfsizlik mexanizmlarini, ma'lumotlardan kimlar foydalanishi mumkinligini va ma'lumotlardan qanday maqsadlarda foydalanishni cheklash orqali ma'lumotlar bazasi resurslaridan foydalanishga cheklovlar qo'yadi. Ushbu cheklovlar inson genomik ma'lumotlariga keng foydalanish imkoniyatini tan olishdan kelib chiqqan.
Genomik ma'lumotlar bazalarini yaratishdan foyda ko'rgan istiqbolli tadqiqot yo'nalishlaridan biri bu genom bo'ylab assotsiatsiyalarni o'rganish (GWAS). GWAS DNK ketma-ketligi variantlari va qiziqish fenotiplari o'rtasidagi assotsiatsiyalarni tekshiradi, birinchi navbatda turli fenotiplarga ega bo'lgan shaxslarni o'rganish va ularning genotipini yuz minglab SNP pozitsiyalarida aniqlash, so'ngra yangi shaxslar namunasida ochilgan assotsiatsiyalarni tasdiqlash orqali. Garchi ba'zi xususiy kompaniyalar GWAS uchun individual klinik tadqiqot guruhlariga genotiplash xizmatlarini taqdim etsalar ham, davlat tomonidan moliyalashtiriladigan yirik genomik ma'lumotlar bazalari keng tarqalgan ma'lumotlar almashishni osonlashtirishi, assotsiatsiyalarni aniqlash va tasdiqlashni tezlashtirishi mumkin. Muvaffaqiyatli hamkorlikdagi sa'y-harakatlarga misol sifatida, Bir nechta mustaqil tadqiqot guruhlari birgalikda yoshga bog'liq makula nasli (AMD) rivojlanishining xavf omili sifatida komplement omil H (CHF) deb nomlanuvchi genning umumiy variantini aniqladilar. Bu gen kasal va zararlangan hujayralarga hujum qiluvchi immunitet tizimining bir qismida yallig'lanishni tartibga solishga yordam beradigan oqsil uchun javobgardir. AMD bilan kasallangan ba'zi odamlarda ko'zning yallig'lanishi kasallikka olib keladigan biologik jarayonni qo'zg'atishi mumkin. Genetik tarkibi CFH genining variantini o'z ichiga olgan odamlarda AMD rivojlanish ehtimoli etti martadan ko'proq. Ushbu tadqiqot AMDning turli bosqichlari bo'lgan 5000 ga yaqin bemorlarni yaqindan kuzatgan klinik tadqiqot ishtirokchilarining genom tahliliga asoslangan. Keyingi tadqiqotlar AMD rivojlanish xavfining to'rtdan uch qismini tashkil etuvchi qo'shimcha xavf omillarini aniqladi.
NLM tomonidan joylashtirilgan Genotiplar va Fenotiplar ma'lumotlar bazasi (dbGaP) AQSh hukumati tomonidan Milliy Sog'liqni saqlash institutlari (NIH) orqali qo'llab-quvvatlanadigan barcha GWAS uchun ma'lumotlar ombori sifatida belgilangan. Istiqbolli ravishda olingan va ilgari mavjud bo'lgan ma'lumotlarni o'z ichiga olgan ushbu ma'lumotlar bazasi ma'lumotlarni majburiy saqlash, muhim xavfsizlik choralari va tadqiqotchilar tomonidan nazorat qilinadigan kirishni o'z ichiga olgan shartlar to'plamida umumiy ma'lumotlarni joylashtirishga texnologik jihatdan qodir bo'lgan kam sonli ma'lumotlar bazasidan biridir. Ushbu ma'lumotlar bazasiga kiritilgan genotip ma'lumotlari ko'p sonli SNPlardan iborat bo'lishini hisobga olsak, ushbu xavfsizlik choralari ayniqsa muhimdir, 300 000 dan 1 milliongacha har bir alohida namunada baholanishi mumkin. Shaxsning SNP namunasi noyobdir (faqat bir xil aka-uka va opa-singillar uchun umumiy bo'ladi) va o'z-o'zidan shaxsning etnik kelib chiqishini aniqlash imkonini berishi mumkin, individual SNP namunalarini taqqoslash esa oilaviy munosabatlarni tan olishga imkon beradi. dbGaP tarkibidagi ma'lumotlar orqali ma'lum bir shaxsni identifikatsiya qilish, xuddi shu shaxsning boshqa aniqlanishi mumkin bo'lgan DNK namunasidagi SNP namunasi bilan solishtirishni talab qiladi; vaqt o'tishi bilan ommaga taqdim etiladigan ma'lumotlar bazalarining ko'payishi kelajakda SNP naqshini identifikatsiya qilish ehtimolini oshirishi prognoz qilinmoqda.

DbGaP kabi genomik ma'lumotlarning hukumat to'plamlari sog'liqni saqlash masalalari bilan bog'liq bo'lsa-da, boshqa sa'y-harakatlar to'g'ridan-to'g'ri tijorat maqsadlarida ishlab chiqilgan, masalan, foydali diagnostika va terapevtik mahsulotlarning quyi oqimi va'dasi. Genomik namunalar va ma'lumotlarni olish va nazorat qilishda tijorat ishtirokining joizligi va maqsadga muvofiqligi ko'p munozarali mavzulardir. O'zaro kelishmovchiliklar asosan tijorat tuzilmalari ochiqlik majburiyatlarini qabul qiladimi yoki jamoat sa'y-harakatlarini tavsiflovchi ma'lumotlarni almashishga tayyormi yoki yo'qmi, tijorat harakatlari inson tanasini noto'g'ri ishlab chiqaradimi va tijorat faoliyati innovatsiyalar va moliyalashtirish oqimlari orqali ilmiy taraqqiyotni tezlashtirish ehtimoli ko'proq bo'ladimi? , yoki eng muhtoj shaxslarning ilmiy kashfiyotdan foyda olishiga yo'l qo'ymaslik. Islandiya hukumati va deCODE Genetics kompaniyasi o'rtasida Islandiyada taklif qilingan Genealogy Genotype Phenotype Resource (GGPR) kabi davlat-xususiy hamkorlikning ba'zi sa'y-harakatlari sifatida ishlab chiqilgan. Ushbu tashabbus milliy qonunchilik tomonidan qo'llab-quvvatlangan bo'lsa-da, yuzaga kelgan huquqiy va axloqiy qarama-qarshiliklar tufayli u kechiktirildi.
Yaqin kelajakda elektron sog'liqni saqlash yozuvlari (EHR) keng qamrovli, aholiga asoslangan genomik ma'lumotlar bazasini o'z ichiga oladi, chunki ular murakkab genomik va tibbiy ma'lumotlarni boshqarish uchun sog'liqni saqlash muassasalarida tobora ko'proq foydalaniladi. EHRning asosiy yordami klinik sharoitda qolsa-da, EHR ma'lumotlarini tadqiqotchilarga taqdim etish genetik kasalliklar xavfini aniqlash, dori dozalari va individual bemorlarda davolash usullari haqida ma'lumot berish maqsadini ilgari surishga yordam beradi. Islandiya/DeCODE maʼlumotlar bazasining bir qismi sifatida EHR taklif qilindi, u tibbiy, fenotipik, geneologik va genomik/genetik maʼlumotlarni bogʻlash imkonini beruvchi yirik GGPRning bir qismi sifatida milliy kompyuterlashtirilgan tibbiy maʼlumotlar bazasini yaratishni oʻz ichiga oladi.