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
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
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
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?
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
Jak możemy globalnie badać funkcje żywych komórek? Wysokoprzepustowe (ang. hightroughput) metody analizy
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.
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.
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.
Porównanie organizacji genomów Eukariotycznych i Prokariotycznych
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.
Wartość C jest większa u eukriota niż u prokariota
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
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.