Genom Bilimi
Genom bilimi, bir organizmanın DNA'sının veya genomunun tüm koleksiyonunu inceleyen bir alandır. Genomların içerdiği bilgilerin sıralanmasını, analiz edilmesini ve karşılaştırılmasını içerir. Dizileme çok daha ucuz ve verimli hale geldiğinden, artık çok çeşitli organizmalar, özellikle de daha küçük genom boyutuna sahip mikroplar hakkında büyük miktarda genomik bilgi mevcuttur. Aslında, şu anda en büyük darboğaz bilgi eksikliği değil, bilgiyi işleyecek bilgi işlem gücü eksikliğidir.
Dizileme
Dizileme ya da bir organizmanın DNA veya RNA'sının baz sırasını belirleme, genellikle bir organizma hakkında ayrıntılı bilgi edinmenin ilk adımlarından biridir. Bakteriyel bir genom 130 kilobaz çiftinden (kbp) 14 Megabaz çiftine (Mbp) kadar değişebilirken, viral bir genom 0,859 ila 2473 kbp arasında değişir. Karşılaştırma yapmak gerekirse, insan genomu yaklaşık 3 milyar baz çifti içerir.
Shotgun Dizileme
Shotgun dizileme başlangıçta bir genomik kütüphanenin oluşturulmasını içerir; burada genom, bir klon kütüphanesi üretmek için vektörlere yerleştirilen rastgele boyutlu parçalara bölünür. Parçalar sıralanır ve daha sonra daha uzun bir dizi oluşturmak için örtüşen bölgeleri arayan bir bilgisayar tarafından analiz edilir. Sonunda tüm diziler tam genom dizisini vermek için hizalanır. Klonların çoğu aynı veya neredeyse aynı dizileri içerdiğinden hatalar azalır, bu da genomun iyi bir şekilde "kapsanması" ile sonuçlanır.
İkinci Nesil DNA Dizileme
İkinci nesil DNA dizileme, birden fazla örneğin yan yana dizilendiği kitlesel paralel yöntemler kullanır. Her biri birkaç yüz bazdan oluşan DNA parçaları PCR ile çoğaltılır ve daha sonra küçük taneciklere bağlanır, böylece her tanecik DNA'nın aynı bölümünün birkaç kopyasını taşır. Tanecikler, her birinde bir tanecik bulunan bir milyondan fazla oyuk içeren bir plakaya yerleştirilir ve DNA parçaları dizilenir.
Üçüncü ve Dördüncü Nesil DNA Dizileme
Üçüncü nesil DNA dizileme, tek DNA moleküllerinin dizilenmesini içerir. "Işık sonrası dizileme" olarak da bilinen dördüncü nesil DNA dizileme, dizileme için optik algılama dışındaki yöntemleri kullanır.
Biyoinformatik
Sıralamadan sonra sıra bilgiyi anlamlandırmaya gelir. Biyoinformatik alanı, genomik dizide bulunan bilgileri analiz etmek için bilgisayarların gücünü kullanmak üzere birçok alanı bir araya getirir (yani biyoloji, bilgisayar bilimi, istatistik). Bir genom içinde belirli genlerin yerini belirlemek genom anotasyonu olarak adlandırılır.
Açık Okuma Çerçeveleri (ORFS)
Açık okuma çerçevesi veya ORF, olası bir protein kodlayan geni belirtir. Çift iplikli DNA için analiz edilecek altı okuma çerçevesi vardır, çünkü DNA her seferinde üç bazlık setler halinde okunur ve iki DNA ipliği vardır. Bir ORF tipik olarak bir durdurma kodonundan önce en az 100 kodona ve 3' sonlandırıcı dizilere sahiptir. Bir fonksiyonel ORF, organizma tarafından bir protein kodlamak için gerçekten kullanılan ORF'dir. Bilgisayarlar, ORF'leri arayan DNA dizisini aramak için kullanılır ve protein kodladığı tahmin edilenler bir biyoinformatikçi tarafından daha fazla analiz edilir.
Dizinin, bilinen proteinleri kodlayan dizilerden oluşan bir veri tabanı ile karşılaştırılması genellikle yararlıdır. GenBank, bilim insanlarının ilgilenilen diziyle eşleşmeleri denemek ve bulmak için erişebilecekleri 200 milyardan fazla baz çifti dizisinden oluşan bir veritabanıdır. Veritabanı arama aracı BLAST (temel yerel hizalama arama aracı), hem nükleotid dizilerini hem de amino asit dizilerini karşılaştırmak için programlara sahiptir ve sonuçların azalan benzerlik sırasına göre sıralanmasını sağlar.
Karşılaştırmalı Genom Bilimi
Organizmaların dizilimleri elde edildikten sonra, karşılaştırmalı genomik kullanılarak anlamlı bilgiler toplanabilir. Bunun için genomlar boyut, organizasyon ve gen içeriği ile ilgili bilgiler açısından değerlendirilir.
Mikrobiyal suşların genomlarının karşılaştırılması, bilim insanlarına organizmaların aldığı genlerle ilgili daha iyi bir çerçeve sunmuştur. Bir grup çoklu suş çekirdek bir genomu paylaşır, temel hücresel işlevleri kodlayan genler hepsinde ortaktır. Pan genomu, türlerin tüm üyelerinde bulunan tüm genleri temsil eder, bu nedenle bir grubun çeşitliliği hakkında iyi bir fikir verir. Bu "ekstra" genlerin çoğu muhtemelen yatay gen transferi ile alınmıştır.
Karşılaştırmalı genomik de birçok genin gen duplikasyonu sonucu türediğini göstermektedir. Bir organizma içinde muhtemelen gen çoğaltması sonucu ortaya çıkan genler, paraloglar olarak adlandırılır. Birçok durumda genlerden biri yeni bir işlev üstlenecek şekilde değiştirilebilir. Orijinal genin ortak bir atadan alınmasının bir sonucu olarak, farklı organizmalarda gen duplikasyonunun bulunması da mümkündür. Bu genlere ortolog denir.
Fonksiyonel Genom Bilimi
Bir genomun dizilimi ve genlerin konumu resmin bir kısmını oluşturur, ancak bir organizmayı tam olarak anlamak için hücrenin genleriyle ne yaptığına dair bir fikre ihtiyacımız vardır. Başka bir deyişle, genler ifade edildiğinde ne olur? Fonksiyonel genom bilimi burada devreye giriyor - genomik bilgiyi bağlama yerleştirmek.
Gen ifadesindeki ilk adım transkripsiyon veya RNA üretimidir. Transkriptom, bir hücrenin genomundan üretebileceği RNA'nın tamamını ifade ederken, proteom, gen ifadesinin son adımında bir organizmanın genomu tarafından kodlanan tüm proteinleri ifade eder.
Mikrodiziler
Mikro diziler veya gen çipleri, üzerine ızgara benzeri bir şekilde birden fazla DNA noktasının yerleştirildiği katı desteklerdir. Her bir DNA noktası tek bir geni veya ORF'yi temsil eder. Bilinen nükleik asit parçaları etiketlenir ve prob olarak kullanılır, bağlanma gerçekleşirse bir sinyal üretilir. Mikro diziler, belirli koşullar altında hangi genlerin açılıp kapanabileceğini belirlemek için kullanılabilir; örneğin bakteriyel bir patojenin konakçı içinde ve konakçı dışında büyümesini karşılaştırmak gibi.
Proteomikler
Bir organizmanın proteinlerinin (veya proteomunun) incelenmesi proteomik olarak adlandırılır. İlginin büyük bir kısmı, hücresel proteinlerin işlevlerini ve birbirleriyle etkileşim yollarını inceleyen fonksiyonel proteomiklere odaklanmaktadır.
Proteinlerin incelenmesinde kullanılan yaygın tekniklerden biri, proteinleri ilk olarak izoelektrik noktalarına göre ayıran iki boyutlu jel elektroforezidir. Bu, proteinleri amino asit içeriklerine göre ayıran bir pH gradyanı kullanılarak gerçekleştirilir. Ayrılmış proteinler daha sonra bir poliakrilamid jelinden geçirilir ve proteinler boyutlarına göre ayrıldığından ikinci boyut sağlanır.
Yapısal proteomik, proteinlerin üç boyutlu yapısına odaklanır ve genellikle protein modellemesi yoluyla belirlenir. Bilgisayar algoritmaları kullanılarak, amino asit bilgisi ve bilinen protein desenleri temel alınarak proteinin en olası katlanması öngörülür.
Metabolomikler
Metabolomikler, bir organizma tarafından üretilen metabolik ara maddelerin tamamını tanımlamaya çalışır. Birçok metabolit hücreler tarafından çoklu yollarda kullanıldığından bu durum son derece karmaşık olabilir.
Metagenomikler
Metagenomik veya çevresel genomik, havuzlanmış DNA'nın, bu ortamdaki organizmaların ilk izolasyonu ve tanımlanması olmaksızın doğrudan belirli bir ortamdan çıkarılması anlamına gelir. Birçok mikrobiyal türün laboratuvarda kültüre alınması zor olduğundan, bir ortamın metagenomunu incelemek, bilim insanlarının mevcut olabilecek tüm organizmaları dikkate almasına olanak tanır. Taksonlar, sadece nükleik asit dizileri kullanılarak organizma izolasyonu olmadan da tanımlanabilir; burada takson filotip olarak bilinir.
Önceki Ders: Genetik Mühendisliği
Sonraki Ders: Mikrobiyal Ortakyaşamlar
Yorumlar
Yorum Gönder