دنیای Omics: نگاهی بر ژنومیک، پروتئومیک و متابولومیک

| تعداد بازدید : 389

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.

دنیای Omics: نگاهی بر ژنومیک، پروتئومیک و متابولومیک

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.

www.nature.com/scitable/ebooks/the-omics-age


نویسندگان

دکتر محمد کاظمی، اکرم سرمدی

تماس با ما


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.

 

ساعت کار آزمایشگاه از 06:30 صبح الی 10 شب به طور یکسره و روزهای تعطیل از 7 صبح الی 2 بعد از ظهر

اصفهان / خیابان شیخ صدوق شمالی / خیابان شیخ مفید غربی

جواب آزمایش خود را به آسانی از طریق ربات تلگرامی به آدرس [email protected] دریافت نمایید.

شماره تماس : 2-36633621 - 031

شماره فکس: 89784728- 021

[email protected]

کد پستی : 76351-81647