احتمالا پیش از این کلماتی همچوم ژنوم و کروموزوم را شنیده اید. هریک از این کلمات به یک واژه ی واحد اشاره میکنند که ترکیب آنها نیز یک مفهوم خاص دارد. کروموزوم حاوی اطلاعات ژنتیکی است و مجموع کروموزومها، تشکیل دهنده ی ژنوم ( مجموعه ی کل ژنهایی که تشکیل دهندهی یک موجود است) می باشد.
معرفی Omics
یک انقلاب بزرگ در علم زمانی بود که برای برای بررسی تمام موجودات زنده در یک زمان، وسایلی اختراع شد. سلول یک واحد بسیار پیچیده و پویاست. سلول کوچکترین واحد ساختاری و عملکردی یک موجود زنده است که دارای تمام مولکولهای زیستی لازم برای بقای آن به عنوان یک موجود زنده است. در موجودات پر سلولی، تمام سلولهای سازندهی موجود باید به طور هماهنگ با هم، همکاری کنند.
تاکنون شناخت ما از ارگانیسم ها برپایه ی ایجاد جهش ژنتیکی، حذف ژن و یا بیان بیش از حد ژنهای کدکننده ی مولکولهای خاصی بوده است تا اهداف این مولکولها و نحوه ی هماهنگ شدن آنها برای پیشبرد مسیرهای بیولوژیکی را درک کنیم.
هدف از معرفی Omics، بررسی یک تک سلول، یک اندام، یک موجود و یا افرادی از یک جمعیت، برای شناسایی الگوهایی است که در نهایت به یک هدف خاص ختم میشوند. در اینجا به توصیف سه Omics اصلی در علم میپردازیم.
ژنومیک: قرارگیری کدهای ژنتیکی در کنارهم
در سال 1953 میلادی، روزالین فرانکلین ساختار مارپیچی DNA را کشف کرد و نتایج نهایی توسط واتسون و کریک به چاپ رسید. به محض مشخص شدن ساختار DNA، ظهور تکنولوژی توالی یابی DNA باعث ایجاد تحولی در زیست شناسی مولکولی شد. در همان سالهای ابتدایی 1955، محققان راه هایی برای رمزگشایی کدهای ژنتیکی که برای ساخت پروتئین مورد استفاده قرار میگیرند، را کشف کردند.
در سال 2007 پروژه ی ژنوم انسان کامل شد و توالی کامل ژنوم انسان آشکار شد و از آن زمان بود که مطالعات ژنومیک آغاز شد. برای مثال دانشمندان به راحتی میتوانند ژنومهای مختلف را برای شناسایی ژنهای مرتبط با بیماریها، با یکدیگر مقایسه کنند. همچنین توالی یابی ژنوم ویروسها و باکتریها، باعث شد ساخت واکسنها توسعه پیدا کنند و یا جهش هایی را که باعث پیدایش گونه های جدید عوامل بیماریزا و یا گونه های مقاوم به دارو می شوند، شناسایی شوند.
ژنومیک دارای چندین زیرمجموعه است. برای مثال ژنومیک عملکردی تلاش میکند که عملکردهای ژنی و برهمکنشهای ژنی را توضیح دهد. این شاخه از علم بیشتر بر ماهیت دینامیک و پویای DNA و استفاده از آن برای شناسایی کدهای ژنتیکی، و تولید پروتئین تکیه دارد. بنابراین دانشمندان تلاش میکنند با بررسی ژنوم، عملکردهای ژنتیکی را که فرایندهای زیستی را هماهنگ میکنند، شناسایی کنند.
زمینه ی دیگر ژنومیک هم، ژنومیک ساختاری است که هدف آن تعیین ساختار سه بعدی پروتئینهایی است که توسط ژنوم کدگذاری میشود. شناسایی ساختار پیچیده ی سه بعدی پروتئینها، نیازمند ترکیبی از مطالعات فیزیکی، شیمی ساختار و ژنومیک است تا نهایتا ساختار سه بعدی تعیین شود. با شناخت ساختار پروتئینها، همچنین میتوان تعاملات پروتئین- پروتئین را بررسی کرد که یکی از اهداف آن ساخت مهارکننده های پروتئنی ویژه برای درمان برخی بیماریها، یا مقابله با مواد مخدر است.
متاژنومیک، مطالعه ی ژنوم های بازیابی شده از نمونه های محیطی است. یک محدودیت مهم در پیشرفت علم میکروبشناسی، عدم توانایی کشت بیش از 90% میکروبهاست. در حالی که متاژنومیک به محققان کمک میکند با شناسایی ردیف ژنی میکروارگانیسمها، بتوانند همه ی انواع تنوع میکروبی را کشت دهند.
پروتئومیک: علم شناسایی مجموعه ی پروتئین های یک موجود زنده
فرایندهای بیوشیمایی مختلفی که در بدن توسط پروتئینها انجام میشوند، ترکیبات آلی ضروری برای انجام عملکردهای سلولی، آنزیمها و آنتیبادی های ضروری بدن را میسازند. کلمه ی پروتئوم ، کل مجموعه ی پروتئینهای کدشده توسط یک ژنوم، سلول، بافت یا ارگان را در یک سلول مشخص تعیین می کند. بنابراین پروتئومیک، مطالعه ی پروتئوم است که تلاش میکند کل شبکه های پروتئینی را که در یک زمینه ی خاص در تعامل هستند، شناسایی کنند.
پروتئین ها به طور دائم با یکدیگر برهمکنش دارند و متناسب با تغییرات فیزیولوژیک سلول تغییر میکنند. تغییرات پس از ترجمه که در پروتئین ها رخ میدهد برای تنظیم بهتر عملکردهای سلولی است. برای مثال فسفریلاسیون، افزوده شدن یک مولکول فسفات به اسیدهای آمینه ی خاص است که به پیام رسانی سلول کمک میکند. این پدیده معمولا باعث آغاز آبشاری از وقایع برای بروز یک پاسخ مناسب در شرایط خاص سلولی میشود. بنابراین پروتئومیک بررسی تغییرات یک پروتین خاص در زمان مناسب برای بروز پاسخ مناسب است.
مطالعات پروتئومیک در بسیاری از تحیقیقات در زمینه ی داروسازی مفید هستند. برای مثال شناسایی هدف، شناسایی اثربخشی ترکیب ، ایجاد احتمالی مسمومیت و همچنین درک مکانیسم عمل دارو. برای انجام این کار نیاز به شناسایی پروتئین هایی است که فعالیت آنها در حالت های سالم و بیمار تغییر می کند. این پروتئینها علاوه بر معرفی اهداف بالقوه داروهای جدید، باعث شناخت مارکرهای زیستی مناسب برای تعیین وضعیت سلامت یا بیماری می شوند. اگر محققان یک مجموعه از پروتئین های استخراج شده را از جمعیت های کنترل سالم و افراد مبتلا به یک بیماری مشخص، تجزیه و تحلیل کنند، میتوانند تفاوت های هر دو گروه را شناسایی کنند. با توجه به اثربخشی ترکیب، پروتئومیک ها می توانند در شناسایی متابولیسم پروتئین و شناسایی هر نشانگر زیستی برای ارزیابی اینکه آیا یک هدف فرضی در نظر گرفته شده توسط یک ترکیب خاص در زندگی واقعی تعدیل می شود، کمک می کند. در نهایت، گاهی اوقات محققان مواد شیمیایی را شناسایی میکنند که با یک پاتوژن خاص درمان می شوند اما هدف (ها) و یا مکانیسمهای عمل به طور کامل مشخص نیست. برای این کار برهمکنش دو پروتئین که یکی مادهی مخدر و دیگری پروتئین مهارکننده ی آن است مورد بررسی قرار میگیرد. برای شناسایی این برهمکنش ها، دانشمندان از نشانگر (پروب) فلورسنت استفاده میکنند.
متابولومیک: شما همان چیزی هستید که میخورید
زمانی که دانشمندان یک داروی جدید برای یک عفونت کشف میکنند، اولین سوالی که پس از کشف یک ترکیب کشندهی یک پاتوژن برای آنها مطرح است، این است که در این مسیر هدف چیست؟ اینکه مولکول یا مسیر بیوشیمایی که در این موجود توسط آن ترکیب مهار می شود و باعث مرگ آن میشود، چیست؟
برای پاسخ به این سوالات، علاوه بر برسی پروتئومیک، باید متابولومیک یعنی مجموعهی مسیرهای متابولیکی موجود را نیز بررسی کنند. مثلا مقایسهی مسیرهای متابولیکی در جمعیتهای باکتریایی تیمار شده و غیر تیمار شده. متابولوم مجموعهای از تمام محصولات نهایی مکانیسمهای سلولی درون یک سلول، بافت، اندام و کل موجود است.
متابولومیک نقش بسیار مهمی در زمینه ی تشخیص دارد، هم برای بیماریهای غیرقابل انتقال و هم بیماریهای قابل انتقال دارد. برای مثال ممکن است پس از ورود عامل بیماریزا به درون میزبان، فرایندهای متابولیکی میزبان به نحوی تغییر کند که پاتوژن بتواند اثر بیماریزایی خود را ایفا کند. همچنین در این شاخه از علم، میتوان مولکول ها یا مسیرهایی که به طور بالقوه می توانند بر وضعیت بیماریزایی اثر بگذارند شناسایی شوند. برای سایر بیماریها همچون دیابت نیز با بررسی متابولومیک در افراد مختلف، میتوان مکانیسم بیماریزایی را مورد تجزیه و تحلیل قرار داد و از این طریق برای تهیه ی دارو ویا مولکولهای مهارکننده ی مناسب، اقدامات مناسب به کار برد.
در پروژه های بیولوژیکی معمولا شاخه های ژنومیک، پروتئومیک و متابولومیک به صورت همگرا و یکپارچه برای پاسخ به مسائل زیست شناختی مختلف همکاری می کنند. Omicها به همین جا ختم نمی شوند و زمینه های جدید آن در حال ظهور هستند. برای مثال نوروژنومیک (مطالعه ی تنوعات ژنتیکی و اثر آنها بر سیستم عصبی) و نوتریژنومیک ( بررسی ارتباط بین ژنوم انسان با تغذیه و سلامت) شاخه های دیگری از دنیای بزرگ Omics هستند.
References
Witten DM, Tibshirani R. Scientific research in the age of omics: the good, the bad, and the sloppy. Journal of the American Medical Informatics Association. 2012;20(1):125-7.
نویسندگان
اریترون یک آزمایشگاه تخصصی است که از راه های مختلف میتوانید با آن در تماس باشید و پرسش ها و مشکلات خود را به آسانی با متخصصین ما در میان بگذارید.
آدرس: اصفهان، خیابان شیخ صدوق شمالی، خیابان شیخ مفید غربی
شماره تماس: 7-36631906- 031 2 -36633621 - 031
031-37134
شماره فکس: 89784728- 021 کد پستی : 76351-81647
ایمیل: med@Erythron-lab.com
شماره واتس آپ برای دریافت جواب آزمایش :
09138183947
برای هماهنگی جهت نمونه گیری در محل مورد نظر خود با شماره های زیر در ساعت مشخص تماس حاصل فرمایید:
آقای مهندس عزیزی 09131689270
تمام حقوق مطالب و محتویات این سایت متعلق به آزمایشگاه اریترون می باشد.