Możliwości współczesnej inżynierii genetycznej w obszarze biotechnologii

Transkrypt

1 Możliwości współczesnej inżynierii genetycznej w obszarze biotechnologii 1. Technologia rekombinowanego DNA jest podstawą uzyskiwania genetycznie zmodyfikowanych organizmów 2. Medycyna i ochrona zdrowia 3. Genomika poznawanie genomów

2 Przełom XX i XXI wieku to okres dynamicznego rozwoju metod i projektów sekwencjonowania genomów ERA GENOMOWA: 1995 genom Haemophilus influenzae 1997 genom E. coli 1997 genom drożdży S. cerevisiae 1998 genom nicienia Caenorhabditis elegans 1999 genom Muszki owocowej 2000 genom rzodkiewnika A. thaliana 2001 genom człowieka

3 Genom całkowity DNA komórki obejmujący zarówno wszystkie geny jak i odcinki międzygenowe (niekodujące) Genomika obejmuje badania genomu na różnych poziomach jego działania (Thomas Roderick 1986) Genomika strukutralna Genomika funkcjonalna

4 Genomika strukutralna obejmuje wstępną fazę analizy genomu i ma ściśle określony punkt końcowy, którym jest uzyskanie mapy fizycznej genomu, o możliwie największej rozdzielczości czyli jego kompletnej sekwencji nukleotydowej Genomika funkcjonalna obejmuje różne poziomy badań funkcji genomu (zaczynając od analiz bioinformatycznych poprzez tranksryptom i proteom) i różne, zwykle tzw. wysokoprzepustowe (ang. hightroughput) metody analizy mające na celu znalezienie odpowiedzi na pytanie: jak na podstawie informacji zgromadzonych w genomie, działa komórka, tkanka, organizm?

5 Wszystkie -omiki mają jeden wspólny mianownik: globalne (całościowe) spojrzenie na badany obiekt (żywa komórka), który nie ogranicza się do badania funkcji wybranych genów i białek, ale analizuje ich wiele na raz próbując spojrzeć na żywą komórkę z dalszej perspektywy

6 Jak możemy globalnie badać funkcje żywych komórek? Wysokoprzepustowe (ang. hightroughput) metody analizy

7 Transkryptomika Profile transkrypcji genów w poszczególnych tkankach, a nawet w poszczególnych komórkach (np. w komórkach układu odpornościowego) różnią się: zależnie od okresu życia, czynników zewnętrznych itd. na poziomie molekularnym organizm jest sumą bardzo wielu różnych profili transkrypcyjnych swego genomu, rozłożonych zarówno w przestrzeni (różne tkanki i komórki), jak i w czasie (różne okresy w rozwoju, stany chorobowe itd.). Pojedynczy profil można nazwać stanem transkrypcyjnym któremu odpowiada określony zestaw transkryptów, tj. różnych mrna, który można też określić mianem programu transkrypcyjnego - transkryptomu. Analizy transkryptomu to badania wszystkich programów transkrypcyjnych, czyli transkryptomów, które składają się na tzw. globalny transkryptom organizmu. Odczytanie globalnego transkryptomu jest nieporównanie trudniejsze niż odczytanie genomu.

8 2. Proteomika Pojawienie się określonego transkryptu w komórce nie oznacza, że będzie on natychmiast wykorzystany do produkcji białka. W cząsteczce mrna zawartych jest wiele skomplikowanych motywów strukturalnych, które odbierają sygnały o stanie komórki. W zależności od wypadkowej tych sygnałów ten sam mrna może być wykorzystany do syntezy bardzo wielu, kilku lub tylko jednej kopii białka, może też być od razu zniszczony. A zatem, aby się dowiedzieć, jaki jest końcowy efekt konkretnego stanu transkrypcyjnego tkanki, musimy poznać wszystkie zawarte w niej białka, czyli jej proteom. Profil wszystkich białek organizmu możemy nazwać jego globalnym proteomem. Składa się nań suma proteomów w poszczególnych tkankach, stanach fizjologicznych itp.

9 Proteomika c.d. Proteom jest jeszcze bardziej skomplikowany niż transkryptom: cząsteczki białek, już po syntezie, ulegają różnorodnym modyfikacjom, które w zasadniczy sposób zmieniają właściwości białka. Skomplikowany wzór modyfikacji nie jest bezpośrednio zakodowany w genie odpowiadającym danemu białku Modyfikacje są główną przyczyną tego, że liczba różnych rodzajów białek w organizmie wielokrotnie przewyższa liczbę genów zawartych w jego genomie. Przykład: genom ludzki zawiera ok. 20 tysięcy różnych genów, a równocześnie w naszych organizmach występuje ponad milion różnych rodzajów białek.

10 Porównanie organizacji genomów Eukariotycznych i Prokariotycznych

11 Wielkość genomu: Ilość DNA w haploidalnym genomie (np. komórkach rozrodczych) nazywana jest wielkością genomu lub wartością C. C oznacza też constant i characteristic tzn. że wartość C jest stosunkowo stała i charakterystyczna dla danego gatunku ale zmienia się znacząco między gatunkami.

12 Wartość C jest większa u eukriota niż u prokariota

13 Wielkość genomu i zakres jego zmienności nie odzwierciedla w pełni złożoności organizmu: Paradoks wartości C Wielkość jest tylko do pewnego stopnia skorelowana ze złożonością organizmu

14 Paradoks wartości C Wyjaśnienie: Genomy mniej złożonych organizmów są bardziej wyładowane genami, ponieważ dostępna przestrzeń jest wykorzystywana oszczędniej: geny leżą bliżej siebie, mogą na siebie nachodzić (wirusy). Większe wartości C u wielu roślin i zwierząt dowodzą obecności dużej ilości powtórzonego DNA.

15