Proteomikaning usullari va asosiy vazifalari

Proteomika - yuqori texnologiyali "baliq ovlash"

Biz tilni muntazam ravishda ko'plab yangi so'zlar, atamalar va tushunchalar bilan boyitib boruvchi davrda yashayapmiz. Bilim sohalari va ularni to'ldiradigan ma'lumotlar inson imkoniyatlaridan tezroq ko'payadi, bu jarayonni amalga oshirishga imkon beradi. Proteomika - bu yaqinda paydo bo'lgan fanning yangi tarmog'i. Uni o'rganish ob'ekti oqsillar - har qanday hujayraning "ishchi otlari". Ushbu birikmalarga qiziqish nafaqat ularning tirik organizmlar faoliyatidagi ulkan roli, balki yangi dori vositalarini yaratishda maqsad bo'lib xizmat qilishi bilan ham bog'liq.

"Oqsil" so'zi odatda ilmiy adabiyotlarda ishora qilish uchun ishlatiladi oqsil(aminokislotalar zanjiri bo'lgan yuqori molekulyar og'irlikdagi organik birikma) yunon tilidan olingan. oqsillar- "asl". Uning etimologiyasi bakteriyalardan tortib to odamgacha bo'lgan har qanday organizm hujayrasining hayotini ta'minlashda oqsillarning rolini aniq tasvirlaydi.
Ammo "proteom" atamasi, ehtimol, faqat mutaxassislarga tanish. Qizig'i shundaki, u 1994 yilda avstraliyalik talaba M. Uilkins tomonidan o'z dissertatsiyasida "genom tomonidan ifodalangan barcha oqsillar" degan bema'ni ibora o'rniga inson oqsillarining to'liq to'plamining qisqa nomini topishga harakat qilgan holda ixtiro qilingan. Keyingi yili ilmiy matbuotda molekulyar biologiyaning yangi yo'nalishini bildiruvchi "proteomika" (proteomika) atamasi paydo bo'ldi (Vasinger). va boshqalar., 1995).
Shuni ta'kidlash kerakki, "odam molekulyar oqsil atlasini yaratish" taklifi taxminan o'ttiz yil oldin aytilgan (Anderson, 1985). Ammo o'sha paytda bu texnologik jihatdan amalga oshirib bo'lmaydigan istak edi. O'tgan o'n yilliklarda nima o'zgardi? Birinchidan, genomika dasturi muvaffaqiyatli amalga oshirildi, shu jumladan tezkor DNK ketma-ketligi uchun texnologiyalarni ishlab chiqish va nukleotidlar ketma-ketligi ma'lumotlar bazalarini yaratish. Ikkinchi asos instrumental usullarning portlovchi rivojlanishi bilan bog'liq: oqsillar va peptidlarning massa spektrometriyasi (aminokislotalarning kichik zanjirlari), shuningdek, organik molekulalarni ajratish uchun ishlatiladigan elektroforez va xromatografiya.
Bu omillar yangi "yuqori texnologiyali" biologik intizomning paydo bo'lishiga imkon berdi.
Proteinning ko'pligi
Genomlardan farqli o'laroq, proteomalar, ya'ni hujayra oqsillarining to'liq to'plamlari doimiy ravishda o'zgarib turadigan faol molekulalar to'plami bilan ifodalanadi. Shu bilan birga, agar biokimyo alohida ajratilgan molekulalar bilan shug'ullansa, proteomda biz ulkan molekulyar hovuz bilan shug'ullanamiz (o'ljaga tutilgan baliq va ko'plab baliqlar bilan taqqoslash o'rinlidir). to'r orqali).
Ushbu qoidalardan proteomika fanining maqsad va vazifalari kelib chiqadi. Avvalo, bu intizom protein "sistematikasi" uchun mas'uldir - ma'lum bir organizm genomida kodlangan barcha oqsillarning inventarizatsiyasi, shuningdek, alohida hujayralar, organlar va to'qimalarning molekulyar oqsil atlaslarini qurishni o'z ichiga oladi.
Biroq, yanada qiziqarli va ancha muhim vazifa (uni "fiziologik" deb ataymiz), bu oqsillar o'rtasidagi o'zaro ta'sir tamoyillarini aniqlashdan, shuningdek, ularning ishini tartibga solish qonuniyatlarini o'rnatishdan iborat. post-tarjimaviy modifikatsiya oqsillarning (o'zgarishi). Bu inson organizmidagi patologik jarayonlarning (kasalliklarning) yangi belgilarini izlash uchun muhimdir.
Gap shundaki, oqsillarning translatsiyadan keyingi modifikatsiyasi hujayrada ular sintez qilinganidan keyin qandaydir tashqi buzilish yoki kasalliklarga javoban sodir bo'ladi. Natijada, oqsillarning xossalari tez o'zgarishi mumkin, bu ularning sintezi va parchalanish tezligiga ta'sir qiladi. Natijada, bunday jarayonlarning natijasi oqsillarning umumiy profilida aks etadi. Uni o'rganish orqali kasallik holatida "ishlab chiqarish" "sog'lom me'yor" dan farq qiladigan oqsillarni aniqlash mumkin. Bunday oqsillar diagnostik maqsadlarda ma'lum bir kasallikning biomarkerlari sifatida ishlatilishi mumkin.
Funktsional, tarkibiy va tibbiy
Proteomika yosh fan, ammo bu sohadagi tadqiqotlar allaqachon yaxshi tashkiliy yordamga ega. 2001 yilda olimlarning sa'y-harakatlarini birlashtiruvchi va yo'naltiruvchi xalqaro tashkilot - Human Proteome Organization (HUPO) tashkil etildi.
Proteomika fanlararo fanning klassik namunasidir: u biologiya, kimyo, kompyuter modellashtirish, murakkab instrumental texnologiyani birlashtiradi.
Rasmiy HUPO sahifasi tadqiqotning asosiy yo'nalishlari haqida batafsil ma'lumot beradi, ularning ro'yxati hatto mutaxassis bo'lmaganlarga ham ko'p narsani aytib berishi mumkin: inson proteomi, miya proteomikasi, antikorlarni o'rganish, shakar almashinuvi buzilishidan kelib chiqadigan kasalliklar, yurak-qon tomir kasalliklari proteomikasi, proteomika ildiz hujayralari, kasalliklarning biomarkerlarini aniqlash, sichqoncha modellarida odam kasalliklarini o'rganish va boshqalar.
Metodologik jihatdan proteomikada bir qancha yo‘nalishlar mavjud bo‘lib, asosiylari funksional, strukturaviy va tibbiy (klinik) proteomikadir.
Funktsional proteomikaning maqsadlari yuqorida aytib o'tilgan. Bu oqsil-oqsil o'zaro ta'siri va ularning gen faolligining ifodasi va modulyatsiyasiga ta'siri, shuningdek, oqsil komplekslari ichidagi oqsillarning translatsiyadan keyingi modifikatsiyasi haqida ma'lumot olishdir.
Strukturaviy proteomika, oqsillarni tadqiq qilishning klassik sohasi bo'lishiga qaramay, NMR spektroskopiyasining yangi versiyalari, rentgen nurlanishini tahlil qilish va massa spektrometriyasi kabi analitik usullarni takomillashtirish tufayli jadal rivojlanishda davom etmoqda.

Zamonaviy spektrometrlarda MALDI uchun keng tarqalgan analizator parvoz vaqtining massa spektrometridir. Molekulyar ionlar evakuatsiya qilingan naychada harakatlanadi va ular massa ortishi tartibida detektorga etib boradi.
MALDI massa spektrometriyasida ionlarni olish (ro'yxatga olish) samaradorligi ko'plab parametrlarga bog'liq: namunani tayyorlash va tozalash usuli; matritsaning analitga miqdoriy nisbati va substrat materialini to'g'ri tanlash. Barqaror signalni olishning muhim shartlari lazer nurlanishining kuchi, namunadagi "issiq nuqta" ni tanlash va ionlash mintaqasidagi bosimdir.
Elektrosprey ion manbai bo'lgan massa spektrometrlari uchun analizator sifatida ko'pincha ion tuzoqlari qo'llaniladi. Hozirgi vaqtda quadrupolning elektrosprey ion manbai bilan birikmasi biokimyo va metabolomikada eng ko'p qo'llaniladigan vositalardan biridir.
Mass-spektroskopik usullarning ikkalasi ham o'zlarining afzalliklari va kamchiliklariga ega. Birinchidan, ular analitning yuqori kimyoviy tozaligini talab qiladi. ESI MALDIga qaraganda "yumshoq" ionlash usuli hisoblanadi. ESI bilan uzluksiz ionlar oqimi hosil bo'ladi, MALDI bilan juda cheklangan vaqt (10 ns gacha) ionlar paketi hosil bo'ladi; shu bilan birga, moddaning 10 dan ortiq femtomollari ESI tahliliga duchor bo'ladi, MALDI - 10 barobar kamroq.
Ammo bu mulohazalar faqat texnik xususiyatga ega va faqat biologik molekulalarning massa spektrometriyasi usullari bugungi kunda mavjud bo'lib, ilmiy tajribalar va klinik tadqiqotlarda keng qo'llanilganligini ko'rsatadi. Bundan tashqari, ushbu usullarning kuchli tomonlari bir-birini yaxshi to'ldiradi va haqiqatan ham kuchli tahliliy vosita bo'lib xizmat qiladi.
...Hozirgi kungacha mass-spektrometriyaning rivojlanish tarixi ikkinchi yuz yillikni tashkil etadi. Ammo yaqinda, Jon Fenn o'zining Nobel ma'ruzasida aytganidek, "...molekulyar fillar ion qanotlarida ucha oldilar".
Tibbiy proteomika - bu funktsional proteomika, genomika va bioinformatika yutuqlarini to'g'ridan-to'g'ri "hayotga" moslashtirishga, ya'ni bemorlardan olingan biologik namunalarni klinik tahlil qilish uchun mavjud bilimlardan foydalanishga imkon beruvchi biotibbiyot tadqiqotlarining yangi va istiqbolli yo'nalishi.