genomik ders1

GENOMİK

Prof. Dr. Şule ARI

2009-2010

-Omik Teknolojileri

• Son yıllarda yaşam bilimlerinde kaydedilen olağanüstü ilerlemeler –omik teknolojilerin gelişimiyle paralellik göstermektedir.

• 1995 yılında mikrobiyal genomlara ait ilk genom haritalarının tamamlanmasının ardından bu sayı insandan bitkilere kadar çeşitli organizma gruplarındaki farklı türler için yüzlerceye ulaşmıştır.

• Genom projeleri ile elde edilen genom bilgileri (genlerin yapı, sayı, genomdaki organizasyonları ve işlevleri) başta model organizmalar olmak üzere çeşitli organizmalar düzeyinde canlılıkla ilgili birçok bilinmezin anlaşılmasında önemli katkılar sağlamıştır.

• Genom bilgilerinin elde edilmesi genlerin nükleotid dizi bilgilerinin, anlatım biçimlerinin, hangi genin hangi karakteri ortaya koyduğunun anlaşılmasına dayalı gen anlatımı profillerinin organizmalar düzeyinde belirleme çalışmalarını başlatmıştır.

• Gen anlatımı analizleri ile birlikte genlerin ürünleri olan RNA ve proteinlerin yapı-işlev etkileşimlerinin belirlenmesi çalışmaları –omik teknolojileri adı altında yeni bir alanın doğmasına yol açmıştır.

• Bu teknolojilerle ve biyoinformatiğin de yardımıyla hücreye ait moleküler elemanların yapı, işlev ve etkileşim biçimleri ortaya konulmaktadır.

• -omik teknolojileri canlılıkla ilişkili mekanizmaların anlaşılması için hızlı, doğru ve kesin yöntemler olarak günümüz yaşam bilimleri çalışmalarına eşsiz bir katkı sağlamaktadır.

Genomik

• İnsan Genom Projesinin resmi başlama tarihi olan 1990 yılından itibaren önemli ve bağımsız bir çalışma alanı olarak ortaya çıkmıştır.

• Genomik tüm yaşam formlarının genomlarının yapılarının, işlevlerinin ve evrimlerinin anlaşılması bilimidir.

• Genomik bilgi + biyoteknoloji önemli biyolojik ve tıbbi soruların cevapları aranmaktadır.

• Genomik + biyoinformatikmoleküler modelleme, ilaç tasarımı, protein yapı ve işlev belirlenmesi, filogenetik analiz, metabolik network, sistem biyoloji

Yapısal genomik

• Yapısal genomik genomların ürünü olan proteinlerin yapısını, bilinen proteinlerle karşılaştırma yaparak inceler.

• www.ornl.gov: İnsan Genom Genom Projesi Bilgileri

• Dizilenmesi tamamlanmış genomlara ait bilgiler GOLD-Genomes On-Line Database;

• NCBI Entrez Genome Project dizilenmesi tamamlanmış/tamamlanmamış genomlara ait bilgiler

İşlevsel genomik

• Yüksek işlem hacimli (high-throughput) metodları kullanarak temel makromoleküllerin işlev ve anlatımlarının anlaşılması çalışmalarını kapsar.

• İşlevsel genomiğin yoğunlaştığı konular , hastalık ve kompleks özelliklerden (ilaçlara, ksenobiyotiklere direnç vb.) sorumlu genlerin belirlenmesi, hastalığa yol açma koşularının aydınlatılması

• Genom sonrası dizileme analizleri (mutasyon polimorfizm analizleri gen protein işlev-etkileşim analizleri) işlevsel genomik çalışmaları ile bütünleşmiştir.

• UniProt/Swiss-Prot: tedavi edici protein dizi databazı: domen yapıları, post translasyonel modifikasyonlar, varyantlar, diğer databazlarla integrasyon

• KEGG-Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes system: In silico metabolik yolların oluşturulması, metabolik yol karşılaştırmaları, metabolik yol temelli anlatım bilgi bankaları, olası ilaç hedeflerinin bulunması, metabolik yol mühendisliği

Karşılaştırmalı Genomik

• Karşılaştırmalı genomik, insan genom projesi sonrasında ortaya çıkmış önemli bir çalışma alanıdır.

• Karşılaştırmalı genomik ile, dizilenmesi tamamlanmış dizilerin diğer organizmalarla karşılaştırmaları yapılarak benzerlik-farklılıklar belirlenir. genom dizisi tanımlanan organizmaların (insan - fare - şempanze - maya gibi) dizi benzerlikleri - farklılıkları belirlenir.

• Bu bilgilerle araştırıcılar hastalıklarla savaşmak için yeni stratejiler belirleyebilirler.

• Farklı organizmalar arasında evrimsel değişikliklerin saptanması, türler arasında korunmuş dizilerin, organizmalara kendilerine ait özellikleri kazandıran genlerin belirlenmesi çalışmalarında kullanılır.

Sistem Biyoloji

• Gen ağları çalışmaları ile biyolojik bilgiler kullanılarak biyolojik sistemlerin Işlevlerini nasıl gerçekleştirdikleri anlaşılır.

• Biyolojik sistemlerin farklı kısımları arasındaki ilişkiler ve etkileşimler anlaşılmaya çalışılır. Böylece, hücrelerin normal ve patolojik durumlarda nasıl çalıştıkları anlaşılabilir.

• Bu gelişmekte olan alanın en iyi yanı, farklı genler arasında birçok bağlantının aynı anda kurulabilmesi ile hücredeki gen ağlarının aynı anda incelenebilme özelliğinin bulunmasıdır.

http://www.ncbi.nlm.nih.govNCBI Resources organism-specific links • Prokaryotic Projects • prokaryotic-specific • genome projects • Organellar Genomes • organellar reference sequences • and tools • Plant Genomes • major plant • genome projects • RefSeq • the reference • sequence project • Viral Genomes • viral reference sequences • and tools • WGS Sequences • whole genome • shotgun sequences

• Genomic Biology

• Entrez Gene

• gene-related • information • Entrez Genome • sequence and map data • from whole genomes • Entrez Protein Clusters • a collection of related • protein sequences • Metagenomic Projects • metagenomic-specific • genome projects • Eukaryotic Projects • eukaryotic-specific • genome projects

Genom terimi,

• 1920’de Alman Botanikçisi Hans Winkler tarafından haploid bir kromozom takımında taşınan genlerin tamamını ifade etmek için kullanılmıştır.

• Günümüzde ise bu tanım, haploid bir kromozom takımında taşınan sadece genleri değil tüm DNA’yı kapsayacak şekilde değiştirilmiştir.

• Çünkü bütün yüksek organizasyonlu ökaryotların genomlarında genlere ait DNA dizileri, gen olmayan DNA DNA dizilerine göre çok az yer tutar.

• Örneğin insan genomunun genleri içeren kısmı sadece %2-3’üdür.

Genomik,

• Genom terimine karşılık Genomik ifadesi yeni olup, 1986 ilk kez kullanılmıştır. Fare genetikçisi Thomas Roderick tarafından genomik, genomun haritalanmasını, dizilenmesini ve karakterizasyonunu olarak tanımlanmıştır.

• Daha sonra ise genomik kavramı yüksek işlem hacimli analizlerin biyolojiye katkılarıyla değişmiş ve ek terimlerle gelişmiştir.

• Genlerin işlevlerini araştırılması ile ilgili olan dalı işlevsel genomik, mRNA anlatımının geniş ölçekteki analizi transkriptomik, proteinlerin geniş ölçekteki analizi ise (anlatım profili, etkileşimler ve yapı) proteomik olarak adlandırılmaktadır.

Terminoloji• genom: 1 kromozom takımı • genomik: genom haritalama, dizileme, fonksiyon analizi• proteom: genomun oluşturduğu tüm protein içeriği• proteomik: protein tanımlanması, yapı, fonksiyon analizi• transkriptom: transkripsiyon sonrası elementler (RNA parçaları, modifikasyon enzimleri

vb.)• transkriptomik:transkriptomik: transkriptom anal• Metabolik: metabolitlerin tanımlanması, analizi çalışmaları• MetabonomikMetabonomik:: ilaçlara, çevresel değişikliklere ve hastalıklara verilen cevaplarla ilişkili

çalışmalar interaktom:interaktom: protein-protein etkileşimleri• çipler/mikroarrayler: birkaç cm2’lik katı yüzeylerde, fluoresan işaretli problar aracılığı ile,

10.000’den fazla melezlemenin bilgisayar ortamında görüntülendiği çipler • GENOM SONRASI İNFORMATİĞİ • selülomik: yapay hücre oluşturma Işlemleri• IT - BİYOLOJİ: Bilgi Teknolojisi - Biyoloji işbirliği • (biyoinformatik) Biyolojik olay/verilerin matematiksel ifadesi ve anlamlandırılması• In Silico Biyoloji: bilgisayar ortamında/bilgisayar canlandırmalı biyoloji

• integratif analiz: çok işlemcili bilgisayar alt yapısı kurulması high-through-put(HT)/robotik analiz

• nisan 2003’de tamamlandı

• insanlık tarihinin en önemli gelişmelerinden biri

• türümüzü oluşturan genlerinin tümünün (GENOM) haritasının çıkarılması

İİnsan Genom Projesi (HGP);nsan Genom Projesi (HGP);

HUGO (Human Genome Organization)

• Kurumlar– DOE (US Department of Energy)– NIH (National Institute of Health)

• Önemli Kişiler– Francis Collins – HGP Başkanı– J. Craig Ventner – Celera Genomics

Başkanı

HUGO (Human Genome Organization)

Francis CollinsFrancis Collins J. Craig VentnerJ. Craig Ventner

• Ülkeler– Avustralya– Brezilya– Kanada– Çin– Danimarka– Fransa– Almanya– İngiltere

HUGO (Human Genome Organization)

İİsrailsrail

İİtalyatalya

JaponyaJaponya

HollandaHollanda

KoreKore

MeksikaMeksika

RusyaRusya

İİsveçsveç

• Şirketler– Celera Genomics (haritalama, patent)– IBM– Compaq (otomasyon)– DuPont– Perkin-Elmer (özel sequencer üretimi)

HUGO (Human Genome Organization)

}}

• Bütçe– 1988’de 27.9 milyon $– 2000’de 360.6 milyon $– Ortalama yılda 200 milyon $

HUGO (Human Genome Organization)

amaç,amaç,

• model organizmalarda haritalama

• 4000’den fazla genetik hastalığın moleküler temelinin anlaşılması

• genom bilgisinin toplanması – dağıtımı

• etik, sosyal ve yasal düzenlemeler

• teknoloji geliştirilmesi - transferi

amaç,amaç,

• 100.000 olduğu düşünülen insan genlerinin,

– yapı– genomdaki yerleşim– fonksiyonlarının

anlaanlaşşılması için 24 insan kromozomundakiılması için 24 insan kromozomundaki

3 milyar baz çiftinin diziliminin belirlenmesi3 milyar baz çiftinin diziliminin belirlenmesi

model organizmalarda model organizmalarda haritalama,haritalama,

– bakteri – Escherichia coli– maya – Saccharomyces cerevisiae– nematod – Caenorhabtidis elegans– meyve sineği – Drosophila melanogaster– tere bitkisi – Arabidopsis thaliana– fare – Mus musculus