Геномика — это междисциплинарная область биологии , изучающая структуру, функции, эволюцию, картирование и редактирование геномов . Геном — это полный набор ДНК организма , включая все его гены, а также его иерархическую, трехмерную структурную конфигурацию. [1] [2] [3] [4] В отличие от генетики , которая занимается изучением отдельных генов и их роли в наследовании, геномика направлена на коллективную характеристику и количественную оценку всех генов организма, их взаимосвязей и влияния. на организме. [5] Гены могут управлять выработкой белков с помощью ферментов и молекул-мессенджеров. В свою очередь, белки составляют структуры тела, такие как органы и ткани, а также контролируют химические реакции и переносят сигналы между клетками. Геномика также включает в себя секвенирование и анализ геномов с использованием высокопроизводительного секвенирования ДНК и биоинформатики для сборки и анализа функций и структуры целых геномов. [6] [7] Достижения в области геномики вызвали революцию в исследованиях, основанных на открытиях, и системной биологии , которые облегчили понимание даже самых сложных биологических систем, таких как мозг. [8]
Эта область также включает исследования внутригеномных (внутри генома) явлений, таких как эпистаз (влияние одного гена на другой), плейотропия (один ген влияет на более чем один признак), гетерозис (гибридная сила) и другие взаимодействия между локусами и аллелями внутри генома. геном. [9]
От греческого ΓΕΝ [10] gen , «ген» (гамма, эпсилон, ню, эпсилон), означающий «становиться, создавать, творение, рождение», и последующих вариантов: генеалогия, генезис, генетика, генный, геномер, генотип, род и т. д. Хотя слово геном (от немецкого Genom , приписываемого Гансу Винклеру ) использовалось в английском языке еще в 1926 году, [11] термин геномика был придуман Томом Родериком, генетиком из лаборатории Джексона ( Бар-Харбор, штат Мэн ) . , за пивом с Джимом Вомаком, Томом Шоузом и Стивеном О'Брайеном на встрече в Мэриленде по картированию генома человека в 1986 году. [12] Сначала как название нового журнала , а затем как совершенно новой научной дисциплины. [13]
После подтверждения Розалиндой Франклин спиральной структуры ДНК, публикации структуры ДНК Джеймсом Д. Уотсоном и Фрэнсисом Криком в 1953 году и публикации Фредом Сэнгером аминокислотной последовательности инсулина в 1955 году секвенирование нуклеиновых кислот стало главная цель ранних молекулярных биологов . [14] В 1964 году Роберт Холли и его коллеги опубликовали первую когда-либо определённую последовательность нуклеиновой кислоты — рибонуклеотидную последовательность РНК-переносчика аланина . [15] [16] Продолжая эту работу, Маршалл Ниренберг и Филип Ледер выявили тройную природу генетического кода и смогли определить последовательности 54 из 64 кодонов в своих экспериментах. [17] В 1972 году Уолтер Фирс и его команда из Лаборатории молекулярной биологии Гентского университета ( Гент , Бельгия ) первыми определили последовательность гена: гена белка оболочки бактериофага MS2 . [18] Группа Фирса расширила свою работу с белком оболочки MS2, определив полную нуклеотидную последовательность РНК бактериофага MS2 (чей геном кодирует всего четыре гена в 3569 пар оснований [bp]) и обезьяньего вируса 40 в 1976 и 1978 годах соответственно. . [19] [20]
Помимо своей плодотворной работы по аминокислотной последовательности инсулина, Фредерик Сэнгер и его коллеги сыграли ключевую роль в разработке методов секвенирования ДНК, которые позволили создать комплексные проекты по секвенированию генома. [9] В 1975 году он и Алан Коулсон опубликовали процедуру секвенирования с использованием ДНК-полимеразы с радиоактивно меченными нуклеотидами, которую он назвал методом «Плюс и Минус» . [21] [22] Это включало два близкородственных метода, которые позволили получить короткие олигонуклеотиды с определенными 3'-концами. Их можно фракционировать электрофорезом в полиакриламидном геле (так называемый электрофорез в полиакриламидном геле) и визуализировать с помощью авторадиографии. Эта процедура позволяла секвенировать до 80 нуклеотидов за один раз и была большим улучшением, но все равно оставалась очень трудоемкой. Тем не менее, в 1977 году его группа смогла секвенировать большую часть из 5386 нуклеотидов одноцепочечного бактериофага φX174 , завершив первый полностью секвенированный геном на основе ДНК. [23] В результате усовершенствования метода «Плюс и Минус» появился метод обрыва цепи, или метод Сэнгера (см. ниже), который лег в основу методов секвенирования ДНК, картирования генома, хранения данных и биоинформатического анализа, наиболее широко используемых в последующие четверть века исследований. [24] [25] В том же году Уолтер Гилберт и Аллан Максам из Гарвардского университета независимо разработали метод Максама-Гилберта (также известный как химический метод ) секвенирования ДНК, включающий преимущественное расщепление ДНК по известным основаниям, менее эффективный метод. метод. [26] [27] За новаторскую работу в области секвенирования нуклеиновых кислот Гилберт и Сэнгер разделили половину Нобелевской премии 1980 года по химии с Полом Бергом ( рекомбинантная ДНК ).
Появление этих технологий привело к быстрому увеличению масштабов и скорости выполнения проектов по секвенированию генома . Первая полная последовательность генома эукариотической органеллы , митохондрии человека (16 568 п.н., около 16,6 т.п.н. [килобаз]), была опубликована в 1981 году [28] , а первые геномы хлоропластов последовали в 1986 году . [29] [30] В 1992 году. была секвенирована первая эукариотическая хромосома , хромосома III пивных дрожжей Saccharomyces cerevisiae (315 т.п.н.). [31] Первым свободноживущим организмом, который был секвенирован, был Haemophilus influenzae (1,8 Мб [мегабаза]) в 1995 году. [32] В следующем году консорциум исследователей из лабораторий Северной Америки , Европы и Японии объявил о завершении секвенирования. из первой полной последовательности генома эукариот S. cerevisiae (12,1 МБ), и с тех пор геномы продолжают секвенироваться с экспоненциально растущей скоростью. [33] По состоянию на октябрь 2011 года [update]полные последовательности доступны для: 2719 вирусов , 1115 архей и бактерий и 36 эукариот , из которых около половины являются грибами . [34] [35]
Большинство микроорганизмов, чьи геномы были полностью секвенированы, являются проблемными патогенами , такими как Haemophilus influenzae , что привело к выраженному отклонению в их филогенетическом распределении по сравнению с широтой микробного разнообразия. [36] [37] Из других секвенированных видов большинство было выбрано потому, что они были хорошо изученными модельными организмами или обещали стать хорошими моделями. Дрожжи ( Saccharomyces cerevisiae ) долгое время были важным модельным организмом для эукариотической клетки , а плодовая мушка Drosophila melanogaster была очень важным инструментом (особенно в ранней домолекулярной генетике ). Червь Caenorhabditis elegans — часто используемая простая модель многоклеточных организмов . Рыбка данио Brachydanio rerio используется во многих исследованиях развития на молекулярном уровне, а растение Arabidopsis thaliana является модельным организмом для цветковых растений. Японская рыба-фугу ( Takifugu Rubripes ) и пятнистая зеленая рыба-фугу ( Tetraodon nigroviridis ) интересны своими маленькими и компактными геномами, которые содержат очень мало некодирующей ДНК по сравнению с большинством видов. [38] [39] Из млекопитающих собака ( Canis familiris ), [40] коричневая крыса ( Rattus norvegicus ), мышь ( Mus musculus ) и шимпанзе ( Pan troglodytes ) являются важными модельными животными в медицинских исследованиях. [27]
Черновой вариант генома человека был завершен в рамках проекта «Геном человека» в начале 2001 года, что вызвало много шума. [41] В этом проекте, завершенном в 2003 году, секвенировали весь геном одного конкретного человека, и к 2007 году эта последовательность была объявлена «завершенной» (менее одной ошибки на 20 000 оснований и всех собранных хромосом). [41] За прошедшие годы геномы многих других людей были секвенированы, частично под эгидой проекта « 1000 геномов» , который объявил о секвенировании 1092 геномов в октябре 2012 года. [42] Завершение этого проекта стало возможным. благодаря разработке значительно более эффективных технологий секвенирования и потребовало привлечения значительных ресурсов биоинформатики в результате широкого международного сотрудничества. [43] Продолжающийся анализ геномных данных человека имеет глубокие политические и социальные последствия для человеческого общества. [44]
Англоязычный неологизм omics неофициально относится к области исследований в биологии, оканчивающейся на -omics , такой как геномика, протеомика или метаболомика . Родственный суффикс -оме используется для обращения к объектам изучения таких областей, как геном , протеом или метаболом ( липидом ) соответственно. Суффикс -оме , используемый в молекулярной биологии, относится к некоторой совокупности ; Точно так же омика стала в целом относиться к изучению больших и полных наборов биологических данных. Хотя рост использования этого термина побудил некоторых ученых ( Джонатан Эйзен , среди других [45] ) заявить, что он переоценен, [46] он отражает изменение ориентации на количественный анализ полных или почти полных совокупность всех компонентов системы. [47] Например, при изучении симбиозов исследователи, которые когда-то ограничивались изучением одного генного продукта, теперь могут одновременно сравнивать общий набор нескольких типов биологических молекул. [48] [49]
После того, как организм выбран, геномные проекты включают три компонента: секвенирование ДНК, сборку этой последовательности для создания представления исходной хромосомы, а также аннотацию и анализ этого представления. [9]
Исторически секвенирование проводилось в центрах секвенирования , централизованных учреждениях (начиная от крупных независимых учреждений, таких как Объединенный институт генома , который секвенирует десятки терабаз в год, до местных основных центров молекулярной биологии), которые содержат исследовательские лаборатории с дорогостоящим оборудованием и необходимой технической поддержкой. Однако по мере того, как технология секвенирования продолжает совершенствоваться, новое поколение эффективных быстродействующих настольных секвенаторов стало доступно средней академической лаборатории. [50] [51] В целом подходы к секвенированию генома делятся на две широкие категории: дробовое секвенирование и высокопроизводительное секвенирование (или секвенирование следующего поколения ). [9]
Секвенирование дробовиком — это метод секвенирования, предназначенный для анализа последовательностей ДНК длиной более 1000 пар оснований, включая целые хромосомы. [52] Он назван по аналогии с быстро расширяющейся, квазислучайной схемой стрельбы из дробовика . Поскольку секвенирование гель-электрофорезом можно использовать только для довольно коротких последовательностей (от 100 до 1000 пар оснований), более длинные последовательности ДНК необходимо разбить на случайные небольшие сегменты, которые затем секвенируются для получения считываний . Множественные перекрывающиеся прочтения целевой ДНК получают путем выполнения нескольких раундов фрагментации и секвенирования. Компьютерные программы затем используют перекрывающиеся концы разных чтений, чтобы собрать их в непрерывную последовательность. [52] [53] Секвенирование методом дробовика представляет собой процесс случайной выборки, требующий избыточной выборки, чтобы гарантировать, что данный нуклеотид представлен в реконструированной последовательности; Среднее количество чтений, при которых геном подвергается избыточной выборке, называется покрытием . [54]
На протяжении большей части своей истории технология, лежащая в основе дробового секвенирования, представляла собой классический метод обрыва цепи или « метод Сэнгера », который основан на селективном включении дидезоксинуклеотидов , обрывающих цепь , с помощью ДНК-полимеразы во время репликации ДНК in vitro . [23] [55] В последнее время метод секвенирования был вытеснен высокопроизводительными методами секвенирования, особенно для крупномасштабного автоматического анализа генома . Тем не менее, метод Сэнгера по-прежнему широко используется, в первую очередь для небольших проектов и для получения особенно длинных последовательных считываний последовательностей ДНК (> 500 нуклеотидов). [56] Методы обрыва цепи требуют одноцепочечной ДНК-матрицы, ДНК- праймера , ДНК-полимеразы , нормальных дезоксинуклеозидтрифосфатов (dNTP) и модифицированных нуклеотидов (дидезоксиNTP), которые завершают удлинение цепи ДНК. В этих нуклеотидах, оканчивающих цепь, отсутствует 3'- ОН- группа, необходимая для образования фосфодиэфирной связи между двумя нуклеотидами, в результате чего ДНК-полимераза прекращает удлинение ДНК при включении ddNTP. ddNTP могут быть радиоактивно или флуоресцентно помечены для обнаружения в секвенаторах ДНК . [9] Обычно эти машины могут секвенировать до 96 образцов ДНК за одну партию (прогон) за 48 прогонов в день. [57]
Высокий спрос на недорогое секвенирование привел к развитию технологий высокопроизводительного секвенирования, которые распараллеливают процесс секвенирования, производя тысячи или миллионы последовательностей одновременно. [58] [59] Высокопроизводительное секвенирование предназначено для снижения стоимости секвенирования ДНК сверх того, что возможно при использовании стандартных методов красителя-терминатора. При сверхвысокопроизводительном секвенировании можно параллельно выполнять до 500 000 операций секвенирования путем синтеза. [60] [61]
Метод секвенирования красителя Illumina основан на обратимых терминаторах красителя и был разработан в 1996 году в Женевском институте биомедицинских исследований Паскалем Майером и Лораном Фаринелли. [62] В этом методе молекулы ДНК и праймеры сначала прикрепляются к предметному стеклу и амплифицируются с помощью полимеразы , так что образуются локальные клональные колонии, первоначально называемые «колониями ДНК». Для определения последовательности добавляются четыре типа обратимых терминаторных оснований (RT-оснований) и отмываются невключенные нуклеотиды. В отличие от пиросеквенирования, цепи ДНК удлиняются по одному нуклеотиду за раз, и получение изображений может выполняться с задержкой, что позволяет захватывать очень большие массивы колоний ДНК с помощью последовательных изображений, полученных с одной камеры. Разделение ферментативной реакции и захвата изображения обеспечивает оптимальную производительность и теоретически неограниченную мощность секвенирования; при оптимальной конфигурации конечная производительность прибора зависит только от скорости аналого-цифрового преобразования камеры. Камера делает изображения флуоресцентно меченных нуклеотидов, затем краситель вместе с блокатором концевого 3'-конца химически удаляется из ДНК, позволяя перейти к следующему циклу. [63]
Альтернативный подход — ионно-полупроводниковое секвенирование — основан на стандартной химии репликации ДНК. Эта технология измеряет высвобождение иона водорода каждый раз при добавлении основания. Микролунка, содержащая ДНК-матрицу, заполнена одним нуклеотидом . Если нуклеотид комплементарен цепи матрицы, он будет включен и высвободится ион водорода. Этот выпуск запускает ионный датчик ISFET . Если в матричной последовательности присутствует гомополимер , несколько нуклеотидов будут включены в один цикл заполнения, и обнаруженный электрический сигнал будет пропорционально выше. [64]
Сборка последовательности относится к выравниванию и слиянию фрагментов гораздо более длинной последовательности ДНК с целью восстановления исходной последовательности. [9] Это необходимо, поскольку современная технология секвенирования ДНК не может считывать целые геномы как непрерывную последовательность, а скорее считывает небольшие фрагменты длиной от 20 до 1000 оснований, в зависимости от используемой технологии. Технологии секвенирования третьего поколения, такие как PacBio или Oxford Nanopore, обычно генерируют считывания секвенирования длиной более 10 КБ; однако у них высокий уровень ошибок — примерно 15 процентов. [65] [66] Обычно короткие фрагменты, называемые чтениями, возникают в результате секвенирования геномной ДНК или транскриптов генов ( EST ). [9]
Сборку можно в общих чертах разделить на два подхода: сборка de novo для геномов, которые не похожи ни на один секвенированный в прошлом, и сравнительная сборка, которая использует существующую последовательность близкородственного организма в качестве эталона во время сборки. [54] По сравнению со сравнительной сборкой, сборка de novo сложна в вычислительном отношении ( NP-hard ), что делает ее менее благоприятной для технологий NGS с коротким чтением. В рамках парадигмы сборки de novo существуют две основные стратегии сборки: стратегии Эйлера и стратегии перекрытия-компоновки-консенсуса (OLC). Стратегии OLC в конечном итоге пытаются создать гамильтонов путь через граф перекрытия, что является NP-сложной проблемой. Стратегии эйлерова пути более удобны в вычислительном отношении, поскольку они пытаются найти эйлеров путь через граф де Брёйна. [54]
Готовые геномы определяются как имеющие одну непрерывную последовательность без двусмысленностей, представляющую каждый репликон . [67]
Сама по себе сборка последовательности ДНК не имеет большого значения без дополнительного анализа. [9] Аннотация генома — это процесс присоединения биологической информации к последовательностям , который состоит из трёх основных этапов: [68]
Инструменты автоматического аннотирования пытаются выполнить эти шаги in silico , в отличие от ручного аннотирования (так называемого курирования), которое предполагает человеческий опыт и потенциальную экспериментальную проверку. [69] В идеале эти подходы сосуществуют и дополняют друг друга в одном конвейере аннотаций (см. также ниже).
Традиционно базовым уровнем аннотации является использование BLAST для поиска сходства, а затем аннотирование геномов на основе гомологов. [9] Совсем недавно на платформу аннотаций была добавлена дополнительная информация. Дополнительная информация позволяет аннотаторам вручную устранять расхождения между генами, которым присвоена одна и та же аннотация. Некоторые базы данных используют информацию о контексте генома, оценки сходства, экспериментальные данные и интеграцию других ресурсов для предоставления аннотаций генома с помощью своего подхода подсистем. Другие базы данных (например, Ensembl ) полагаются как на курируемые источники данных, так и на ряд программных инструментов в своем автоматизированном конвейере аннотаций генома. [70] Структурная аннотация состоит из идентификации геномных элементов, в первую очередь ORF , и их локализации или структуры гена. Функциональная аннотация заключается в прикреплении биологической информации к геномным элементам.
Необходимость воспроизводимости и эффективного управления большими объемами данных, связанных с геномными проектами, означает, что вычислительные конвейеры имеют важные приложения в геномике. [71]
Функциональная геномика — это область молекулярной биологии , которая пытается использовать огромное количество данных, полученных в результате геномных проектов (таких как проекты секвенирования генома ), для описания функций и взаимодействий генов (и белков ). Функциональная геномика фокусируется на динамических аспектах, таких как транскрипция генов , трансляция и белок-белковые взаимодействия , в отличие от статических аспектов геномной информации, таких как последовательность или структуры ДНК . Функциональная геномика пытается ответить на вопросы о функции ДНК на уровне генов, транскриптов РНК и белковых продуктов. Ключевой характеристикой исследований функциональной геномики является их общегеномный подход к этим вопросам, обычно включающий высокопроизводительные методы, а не более традиционный подход «ген за геном».
Основная отрасль геномики по-прежнему занимается секвенированием геномов различных организмов, но знание полных геномов создало возможность для области функциональной геномики , которая в основном занимается изучением закономерностей экспрессии генов в различных условиях. Важнейшими инструментами здесь являются микрочипы и биоинформатика .
Структурная геномика стремится описать трехмерную структуру каждого белка, кодируемого данным геномом . [72] [73] Этот основанный на геноме подход позволяет использовать высокопроизводительный метод определения структуры за счет сочетания экспериментальных и модельных подходов . Принципиальное различие между структурной геномикой и традиционным структурным предсказанием заключается в том, что структурная геномика пытается определить структуру каждого белка, кодируемого геномом, а не сосредотачивается на одном конкретном белке. Имея полногеномные последовательности, предсказание структуры можно выполнять быстрее за счет сочетания экспериментальных и модельных подходов, особенно потому, что наличие большого количества секвенированных геномов и ранее решенных белковых структур позволяет ученым моделировать структуру белка на основе ранее решенных структур. гомологи. Структурная геномика включает в себя использование большого количества подходов к определению структуры, включая экспериментальные методы с использованием геномных последовательностей или подходы, основанные на моделировании, основанные на последовательности или структурной гомологии с белком известной структуры или основанные на химических и физических принципах для белка, не имеющего гомологии с белком. любая известная структура. В отличие от традиционной структурной биологии , определение структуры белка с помощью структурной геномики часто (но не всегда) происходит до того, как становится известно что-либо о функции белка. Это поднимает новые задачи в структурной биоинформатике , т.е. определение функции белка по его трехмерной структуре. [74]
Эпигеномика — это изучение полного набора эпигенетических модификаций генетического материала клетки, известного как эпигеном . [75] Эпигенетические модификации — это обратимые модификации клеточной ДНК или гистонов, которые влияют на экспрессию генов без изменения последовательности ДНК (Рассел 2010, стр. 475). Двумя наиболее характерными эпигенетическими модификациями являются метилирование ДНК и модификация гистонов . [76] Эпигенетические модификации играют важную роль в экспрессии и регуляции генов и участвуют в многочисленных клеточных процессах, таких как дифференцировка/развитие [77] и онкогенез . [75] Изучение эпигенетики на глобальном уровне стало возможным лишь недавно благодаря адаптации высокопроизводительных геномных анализов. [78]
Метагеномика — это изучение метагеномов , генетического материала, полученного непосредственно из образцов окружающей среды . Эту широкую область можно также назвать геномикой окружающей среды, экогеномикой или геномикой сообщества. В то время как традиционная микробиология и секвенирование микробного генома полагаются на культивируемые клональные культуры , раннее секвенирование генов окружающей среды клонировало специфические гены (часто ген 16S рРНК ) для получения профиля разнообразия в природном образце. Такая работа показала, что подавляющее большинство микробного биоразнообразия было упущено из-за методов культивирования . [79] Недавние исследования используют секвенирование по Сэнгеру или массовое параллельное пиросеквенирование , чтобы получить в значительной степени объективные образцы всех генов от всех членов отобранных сообществ. [80] Благодаря своей способности раскрыть ранее скрытое разнообразие микроскопической жизни, метагеномика предлагает мощную линзу для рассмотрения микробного мира, которая потенциально может революционизировать понимание всего живого мира. [81] [82]
Бактериофаги играли и продолжают играть ключевую роль в генетике бактерий и молекулярной биологии . Исторически они использовались для определения структуры генов и регуляции генов. Кроме того, первым геномом , который был секвенирован, был бактериофаг . Однако исследования бактериофагов не привели к революции в геномике, в которой явно доминирует бактериальная геномика. Лишь совсем недавно изучение геномов бактериофагов стало заметным, что позволило исследователям понять механизмы, лежащие в основе эволюции фагов . Последовательности генома бактериофагов могут быть получены путем прямого секвенирования изолированных бактериофагов, но также могут быть получены как часть микробных геномов. Анализ бактериальных геномов показал, что значительное количество микробной ДНК состоит из профаговых последовательностей и профагоподобных элементов. [83] Подробный анализ этих последовательностей в базе данных дает представление о роли профагов в формировании бактериального генома: в целом этот метод подтвердил многие известные группы бактериофагов, что делает его полезным инструментом для прогнозирования взаимоотношений профагов из бактериальных геномов. [84] [85]
В настоящее время существует 24 цианобактерии , для которых доступна полная последовательность генома. 15 из этих цианобактерий происходят из морской среды. Это шесть штаммов Prochromococcus , семь морских штаммов Synechococcus , Trichodesmium erythraeum IMS101 и Crocosphaera watsonii WH8501. Несколько исследований продемонстрировали, как эти последовательности можно очень успешно использовать для определения важных экологических и физиологических характеристик морских цианобактерий. Однако в настоящее время ведется еще много геномных проектов, среди которых есть другие изоляты Prochromococcus и морских Synechococcus , Acaryochromis и Prochromon , N 2 -фиксирующие нитчатые цианобактерии Nodularia spumigena , Lyngbya aestuarii и Lyngbya majuscula , а также бактериофаги , заражающие морские цианобактерии. . Таким образом, растущий объем геномной информации можно использовать и в более общем плане для решения глобальных проблем, применяя сравнительный подход. Некоторыми новыми и захватывающими примерами прогресса в этой области являются идентификация генов регуляторных РНК, понимание эволюционного происхождения фотосинтеза или оценка вклада горизонтального переноса генов в проанализированные геномы. [86]
Геномика нашла применение во многих областях, включая медицину , биотехнологию , антропологию и другие социальные науки . [44]
Геномные технологии следующего поколения позволяют клиницистам и биомедицинским исследователям резко увеличить объем геномных данных, собираемых на больших исследуемых популяциях. [87] В сочетании с новыми информационными подходами, которые интегрируют множество видов данных с геномными данными в исследованиях заболеваний, это позволяет исследователям лучше понять генетические основы реакции на лекарства и болезней. [88] [89] Ранние попытки применить геном в медицине включали усилия Стэнфордской команды под руководством Юана Эшли , которая разработала первые инструменты для медицинской интерпретации человеческого генома. [90] [91] [92] Исследовательская программа Genomes2People в Бригамской и женской больнице , Институте Броуда и Гарвардской медицинской школе была создана в 2012 году для проведения эмпирических исследований по использованию геномики в здравоохранении. В августе 2019 года Brigham and Women's Hospital открыла клинику профилактической геномики, а через месяц — Массачусетскую больницу общего профиля . [93] [94] Исследовательская программа «Все мы» направлена на сбор данных о последовательностях генома от 1 миллиона участников, чтобы стать важнейшим компонентом исследовательской платформы точной медицины. [95]
Рост геномных знаний позволил реализовать все более сложные применения синтетической биологии . [96] В 2010 году исследователи из Института Дж. Крейга Вентера объявили о создании частично синтетического вида бактерий Mycoplasma Laboratorium , полученного из генома Mycoplasma Genitalium . [97]
Популяционная геномика развилась как популярная область исследований, где методы геномного секвенирования используются для проведения крупномасштабных сравнений последовательностей ДНК среди популяций - за пределами генетических маркеров, таких как продукты ПЦР ближнего действия или микросателлиты, традиционно используемые в популяционной генетике . Популяционная геномика изучает общегеномные эффекты, чтобы улучшить наше понимание микроэволюции , чтобы мы могли изучить филогенетическую историю и демографию популяции. [98] Методы популяционной геномики используются во многих различных областях, включая эволюционную биологию , экологию , биогеографию , природоохранную биологию и управление рыболовством . Точно так же ландшафтная геномика развилась из ландшафтной генетики и стала использовать геномные методы для выявления взаимосвязей между закономерностями окружающей среды и генетическими вариациями.
Защитники природы могут использовать информацию, собранную с помощью геномного секвенирования, чтобы лучше оценить генетические факторы, имеющие ключевое значение для сохранения видов, такие как генетическое разнообразие популяции или является ли человек гетерозиготным по рецессивному наследственному генетическому заболеванию. [99] Используя геномные данные для оценки последствий эволюционных процессов и выявления закономерностей вариаций в данной популяции, защитники природы могут сформулировать планы по оказанию помощи данному виду, не оставляя так много переменных, остающихся неизвестными, как те, которые не учитываются стандартными генетическими подходами . [100]
{{cite book}}
: CS1 maint: DOI inactive as of January 2024 (link)электронная книга ISBN 978-94-007-5561-1 ISSN 1559-0836 электронная- ISSN 1868-0402