Слайд 2
ПЛАН ЛЕКЦИИ:
Геномика. Определение. Цели и задачи. Значение для
поиска новых ЛП.
1
Виды геномики.
2
Протеомика. Определение. Цели и задачи. Значение
для поиска новых ЛП.
3
2
Слайд 3
Геном – диплоидные организмы, содержащие 2 генома –
отцовский и материнский.
Или совокупность генов, содержащихся в одинарном
или гаплоидном наборе хромосом и в нехромосомных генах организма.
3
Слайд 4
Геномика – это направление биотехнологии, занимающееся изучением геномов
и роли, которые играют различные гены, индивидуально и в
комплексе, в определении структуры, направлении роста, развития и регуляции биологических функций.
4
Слайд 5
Задачи геномики:
1. Установление полной генетической характеристики клетки:
1.1 определение
количества генов, их последовательности;
1.2 количества нуклеотидов в каждом гене
и их последовательности;
1.3 определение функций каждого гена по отношению метаболизма к организму.
5
Слайд 6
2. Геномика позволяет определить сущность организма:
2.1 потенциальные возможности;
2.2 видовые (индивидуальные) отличия от других организмов;
2.3 предвидеть реакцию
на внешние воздействия, зная последовательность нуклеотидов в каждом из генов и число генов.
6
Слайд 7
Цель геномики –
получение информации обо всех потенциальных
свойствах клетки (напр.: «молчащие гены»).
7
Слайд 8
Скрытые или по образному выражению "молчащие" in vitro
гены патогенных микроорганизмов получили название ivi генов (генов вирулентности),
несмотря на то, что в их число входят не только гены, кодирующие образование токсинов, адгезинов и других факторов вирулентности. К ним относят также гены ферментов и транспортных белков, позволяющих патогенной микробной клетке жить и размножаться в тканях макроорганизма в условиях дефицита некоторых органических веществ и неорганических ионов.
Слайд 9
Пример: микробная клетка находясь in vivo, испытывает недостаток
ионов железа, чего не бывает на обычных питательных средах.
В этом случае в клетке синтезируется специальная система транспорта железа в клетку из среды с малой его концентрацией; фактически транспорт идет против градиента концентрации. Для образования такой системы необходима экспрессия определенных генов. Из молчащих («несущественных») они становятся «существенными», то есть подавление их функций отобранными ингибиторами приведет к подавлению роста (размножения) патогена именно в условиях in vivo, т.е. в инфицированном организме. Это, собственно, и есть цель исследователей, создающих новые лекарственные препараты.
Слайд 10
Это не означает, что во время инфекции в
клетке патогена экспрессируются только ivi гены. Большинство генов экспрессируется
и in vivo и in vitro. Их продукты необходимы клетке всегда. Такие гены получили образное название "house keeping gens", что означает, "гены, на которых держится дом". Эти гены экспрессируются в любых условиях, поскольку без них клетка просто не может существовать.
Соотношение между house keeping gens и ivi gens у разных патогенных бактерий варьирует, но более 90% генов принадлежит к первой группе.
Поскольку ингибиторы house keeping gens обнаруживаются при поиске на питательных средах in vitro, практически все применяемые в клинике антибиотики и синтетические антибактериальные препараты являются ингибиторами функций именно этих генов.
Гены, кодирующие эти защитные ферменты не относятся к house keeping gens. При этом, ингибиторы беталактамаз сами почти не обладают антибактериальной активностью и применяются вместе с беталактамными антибиотиками. Последние, в свою очередь, ингибируют активность транспептидазы пептидогликана, гена принадлежащего к house keeping gens.
Таким образом, ivi гены (их продукты) составляют набор таргетов для использования их только в будущем.
Слайд 11
Поскольку ингибиторы house keeping gens обнаруживаются при поиске
на питательных средах in vitro, практически все применяемые в
клинике антибиотики и синтетические антибактериальные препараты являются ингибиторами функций именно этих генов.
Гены, кодирующие эти защитные ферменты не относятся к house keeping gens. При этом, ингибиторы беталактамаз сами почти не обладают антибактериальной активностью и применяются вместе с беталактамными антибиотиками. Последние, в свою очередь, ингибируют активность транспептидазы пептидогликана, гена принадлежащего к house keeping gens.
Таким образом, ivi гены (их продукты) составляют набор таргетов для использования их только в будущем.
Слайд 12
ГЕНОМИКА РАЗВИВАЕТСЯ ПО СЛУДУЮЩИМ НАПРАВЛЕНИЯМ:
Структурная геномика – установление
полной последовательности нуклеотидных пар в гене, хромосоме (хромосомах).
1.1. Идентификацию
генов осуществляют с помощью специальных компьютерных программ.
8
Слайд 13
2. Сравнительная геномика – установление степени близости организмов
по последовательности нуклеотидов в генах, полученных из разных источников.
9
Слайд 14
3. Функциональная геномика – определение функций белка, кодируемого
каждым отдельным геном, и роли этого белка в метаболизме.
10
Слайд 15
4. Молекулярная геномика изучает химические механизмы наследственности.
11
Слайд 16
5. Вычислительная геномика позволяет расшифровывать последовательность генома и
связанные с ними данные, включая последовательности ДНК и РНК.
Вычислительная геномика является разделом биоинформатики.
12
Слайд 17
Биоинформатика – наука, занимающаяся изучением биологической информации с
помощью математических, статистических и компьютерных методов.
13
Слайд 18
Проект «геном человека» это международная программа, целью которой
является построение генетической и физической карт генома человека и
определение полной нуклеотидной последовательности ДНК
14
Слайд 22
ПРОТЕОМ - совокупность структурных и каталитических белков клетки
прокариота или эукариота.
18
Слайд 23
Протеомика (от англ. PROTEins – белки и genOMe
– геном) – наука, основным предметом изучения которой является
белки и их взаимодействия в живых организмах, в том числе – в человеческом.
19
Слайд 24
Схема, иллюстрирующая полную
взаимосвязь трех новых биологических наук
20
Слайд 25
Основные задачи протеомики:
Предсказание функциональной роли отдельных белков путем
экспериментального сопоставления их качественного и количественного состава в клетке;
Установление
взаимосвязи между структурой белка и его функциями.
21
Слайд 26
Методы «инвентаризации» белков:
-двумерный электрофорез;
- массспектрометрический анализ молекулярной массы
с последующим анализом методами биоинформатики.
22
Слайд 27
Виды протеомики:
1. Структурная,
2. Функциональная;
3. Прикладная.
23
Слайд 28
В структурной протеомике
проводится определение структуры одновременно не
одного, а сразу множества белков, включает специальный цикл операций
определения.
24
Слайд 29
СХЕМА ПРОТЕОМНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ В ЛАБОРАТОРНЫХ УСЛОВИЯХ
1. Выделение
и очистка белков с помощью двумерного электрофореза.
2. Разделение проводят
по двум направлениям:
- молекулы белка разной массы,
- молекулы, имеющие различный суммарный электрический заряд.
25
Слайд 30
В каждом пятне содержаться только одинаковые молекулы (число
пятен (белков) может быть 1000.
Молекулы группируются на специальном
носителе, образуя макроскопические пятна.
26
Слайд 31
5. Проводят отбор пятен и определение химической (первичной)
структуры с помощью масс-спектрометрии.
27
Слайд 32
СХЕМА ПРОТЕОМНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ В ЛАБОРАТОРНЫХ УСЛОВИЯХ
Слайд 34
Таким образом, задача структурной протеомики сводится к выделению,
очистке, определению первичной, вторичной и третичной структур всех белков
живого организма, а ее основными средствами являются двумерный электрофорез, масс-спектрометрия и биоинформатика.
30
Слайд 35
Функциональная протеомика
занимается определением функциональных свойств протеома.
31
Слайд 36
Функционирование протеома (белка)
осуществляется в многокомпонентной среде, в
которой присутствует множество молекул других химических классов – сахаров,
липидов, простагландинов, различных ионов и многих других, включая молекулы воды.
32
Слайд 37
Прикладная (практическая) протеомика
изучает механизмы взаимодействия огромного числа
белков и пептидов в одном организме.
33
Слайд 38
Новые данные в протеомике используются для разработки новых
лекарственных средств, методов лечения многих заболеваний, диагностических тестов.
34
Слайд 39
СХЕМА КОНСТРУИРОВАНИЯ ЛП И ВЗАИМОСВЯЗЬ ГЕНОМИКИ, ПРОТЕОМИКИ И
БИОИНФОРМАТИКИ