علم الجينوميات
| جزء من سلسلة عن |
| علم الوراثة |
|---|
علم الجينوم هو مجال متعدد التخصصات من علم الأحياء الجزيئي يركز على بنية ووظيفة وتطور ورسم الخرائط وتحرير الجينومات . الجينوم هو مجموعة كاملة من الحمض النووي للكائن الحي ، بما في ذلك جميع جيناته بالإضافة إلى تكوينه الهيكلي الهرمي ثلاثي الأبعاد. [1] [2] [3] [4] على النقيض من علم الوراثة ، الذي يشير إلى دراسة الجينات الفردية وأدوارها في الوراثة، يهدف علم الجينوم إلى التوصيف الجماعي وتقدير جميع جينات الكائن الحي وعلاقاتها المتبادلة وتأثيرها على الكائن الحي. [5] قد توجه الجينات إنتاج البروتينات بمساعدة الإنزيمات وجزيئات الرسول. بدورها، تشكل البروتينات هياكل الجسم مثل الأعضاء والأنسجة بالإضافة إلى التحكم في التفاعلات الكيميائية وحمل الإشارات بين الخلايا. يتضمن علم الجينوم أيضًا تسلسل وتحليل الجينومات من خلال استخدام تسلسل الحمض النووي عالي الإنتاجية وعلم المعلومات الحيوية لتجميع وتحليل وظيفة وبنية الجينومات بأكملها. [6] [7] لقد أحدثت التطورات في علم الجينوم ثورة في البحث القائم على الاكتشاف وعلم الأحياء النظمي لتسهيل فهم حتى أكثر الأنظمة البيولوجية تعقيدًا مثل الدماغ. [8]
يشمل المجال أيضًا دراسات الظواهر داخل الجينوم (داخل الجينوم) مثل التفاعل الجيني (تأثير جين على آخر)، والتعدد الجيني (تأثير جين واحد على أكثر من سمة)، والتغاير (قوة الهجين)، والتفاعلات الأخرى بين المواضع والأليلات داخل الجينوم. [9]
تاريخ
علم أصول الكلمات
من الكلمة اليونانية ΓΕΝ [10] gen ، "الجين" (جاما، إبسيلون، نو، إبسيلون) وتعني "يصبح، يخلق، يخلق، يولد"، والمتغيرات اللاحقة: علم الأنساب، التكوين، علم الوراثة، الجيني، الجينوم، النمط الجيني، الجنس وما إلى ذلك. في حين أن كلمة الجينوم (من الكلمة الألمانية Genom ، المنسوبة إلى هانز وينكلر ) كانت مستخدمة في اللغة الإنجليزية منذ وقت مبكر من عام 1926، [11] صاغ مصطلح الجينوميات توم رودريك، عالم الوراثة في مختبر جاكسون ( بار هاربور، مين )، أثناء تناول البيرة مع جيم ووماك وتوم شوز وستيفن أوبراين في اجتماع عقد في ماريلاند حول رسم خريطة الجينوم البشري في عام 1986. [12] أولاً كاسم لمجلة جديدة ثم كتخصص علمي جديد تمامًا. [13]
جهود التسلسل المبكر
بعد تأكيد روزاليند فرانكلين على البنية الحلزونية للحمض النووي، ونشر جيمس د. واتسون وفرانسيس كريك عن بنية الحمض النووي في عام 1953 ونشر فريد سانجر عن تسلسل الأحماض الأمينية للأنسولين في عام 1955، أصبح تسلسل الأحماض النووية هدفًا رئيسيًا لعلماء الأحياء الجزيئية الأوائل . [14] في عام 1964، نشر روبرت دبليو هولي وزملاؤه أول تسلسل للأحماض النووية تم تحديده على الإطلاق، وهو تسلسل الريبونوكليوتيد لـ RNA الناقل للألانين . [15] [16] وتوسيعًا لهذا العمل، كشف مارشال نيرينبيرج وفيليب ليدر عن الطبيعة الثلاثية للرمز الجيني وتمكنا من تحديد تسلسلات 54 من أصل 64 كودونًا في تجاربهما. [17] في عام 1972، كان والتر فيرس وفريقه في مختبر علم الأحياء الجزيئي بجامعة جينت ( جينت ، بلجيكا ) أول من حدد تسلسل الجين: الجين الخاص ببروتين غلاف البكتيريا MS2 . [18] توسعت مجموعة فيرس في عملها الخاص ببروتين غلاف MS2، حيث حددت التسلسل النوكليوتيدي الكامل لـ RNA البكتيريا MS2 (الذي يشفر جينومه أربعة جينات فقط في 3569 زوجًا قاعديًا [bp]) وفيروس القرد 40 في عامي 1976 و1978 على التوالي. [19] [20]
تم تطوير تقنية تسلسل الحمض النووي
بالإضافة إلى عمله الرائد على تسلسل الأحماض الأمينية للأنسولين، لعب فريدريك سانجر وزملاؤه دورًا رئيسيًا في تطوير تقنيات تسلسل الحمض النووي التي مكنت من إنشاء مشاريع تسلسل الجينوم الشاملة. [9] في عام 1975، نشر هو وآلان كولسون إجراء تسلسل باستخدام بوليميراز الحمض النووي مع نيوكليوتيدات مُشعة أطلق عليها تقنية الزائد والناقص . [21] [22] تضمن ذلك طريقتين وثيقتي الصلة أنتجتا أوليجونوكليوتيدات قصيرة ذات نهايات 3' محددة. يمكن تجزئتها بالرحلان الكهربائي على هلام بولي أكريلاميد (يسمى الرحلان الكهربائي لهلام بولي أكريلاميد) وتصورها باستخدام التصوير الشعاعي. يمكن للإجراء تسلسل ما يصل إلى 80 نوكليوتيدًا دفعة واحدة وكان تحسنًا كبيرًا، لكنه كان لا يزال شاقًا للغاية. ومع ذلك، في عام 1977 تمكنت مجموعته من تسلسل معظم النوكليوتيدات البالغ عددها 5386 من البكتيريا أحادية السلسلة φX174 ، مما أدى إلى إكمال أول جينوم متسلسل بالكامل قائم على الحمض النووي. [23] أدى تحسين طريقة زائد وناقص إلى إنهاء السلسلة، أو طريقة سانجر (انظر أدناه)، والتي شكلت الأساس لتقنيات تسلسل الحمض النووي، ورسم خرائط الجينوم، وتخزين البيانات، والتحليل المعلوماتي الحيوي الأكثر استخدامًا في ربع القرن التالي من البحث. [24] [25] في نفس العام، طور والتر جيلبرت وآلان ماكسام من جامعة هارفارد بشكل مستقل طريقة ماكسام جيلبرت (المعروفة أيضًا بالطريقة الكيميائية ) لتسلسل الحمض النووي، والتي تنطوي على الانقسام التفضيلي للحمض النووي عند قواعد معروفة، وهي طريقة أقل كفاءة. [26] [27] لعملهم الرائد في تسلسل الأحماض النووية، تقاسم جيلبرت وسانجر نصف جائزة نوبل في الكيمياء عام 1980 مع بول بيرج ( الحمض النووي المؤتلف ).
الجينومات الكاملة
أدى ظهور هذه التقنيات إلى تكثيف سريع في نطاق وسرعة إكمال مشاريع تسلسل الجينوم . تم الإبلاغ عن أول تسلسل جينوم كامل لعضية حقيقية النواة ، الميتوكوندريا البشرية (16568 زوجًا قاعديًا، حوالي 16.6 كيلو قاعدة) في عام 1981، [28] وتبع ذلك أول جينومات البلاستيدات الخضراء في عام 1986. [29] [30] في عام 1992، تم تسلسل أول كروموسوم حقيقي النواة ، الكروموسوم الثالث لخميرة البيرة Saccharomyces cerevisiae (315 كيلو قاعدة). [31] كان أول كائن حي حر يتم تسلسله هو Haemophilus influenzae (1.8 ميجا بايت [megabase]) في عام 1995. [32] في العام التالي ، أعلن اتحاد من الباحثين من مختبرات في جميع أنحاء أمريكا الشمالية وأوروبا واليابان عن اكتمال أول تسلسل كامل لجينوم حقيقيات النوى، S. cerevisiae (12.1 ميجا بايت)، ومنذ ذلك الحين استمر تسلسل الجينومات بوتيرة متزايدة بشكل كبير. [33] اعتبارًا من أكتوبر 2011 ، تتوفر التسلسلات الكاملة لـ: 2719 فيروسًا و1115 من العتائق والبكتيريا و36 من حقيقيات النوى ، نصفها تقريبًا من الفطريات . [34] [35][تحديث]

معظم الكائنات الحية الدقيقة التي تم تسلسل جينوماتها بالكامل هي مسببات أمراض إشكالية ، مثل Haemophilus influenzae ، مما أدى إلى تحيز واضح في توزيعها التطوري مقارنة باتساع التنوع الميكروبي. [36] [37] من الأنواع الأخرى المتسلسلة، تم اختيار معظمها لأنها كانت كائنات نموذجية مدروسة جيدًا أو وعدت بأن تصبح نماذج جيدة. لطالما كانت الخميرة ( Saccharomyces cerevisiae ) كائنًا نموذجيًا مهمًا للخلية حقيقية النواة ، بينما كانت ذبابة الفاكهة Drosophila melanogaster أداة مهمة للغاية (خاصة في علم الوراثة ما قبل الجزيئي المبكر ). غالبًا ما تكون الدودة Caenorhabditis elegans نموذجًا بسيطًا يستخدم للكائنات متعددة الخلايا . يستخدم سمك الزرد Brachydanio rerio في العديد من الدراسات التنموية على المستوى الجزيئي، ونبات Arabidopsis thaliana هو كائن نموذجي للنباتات المزهرة. تعتبر سمكة المنتفخة اليابانية ( Takifugu rubripes ) وسمكة المنتفخة الخضراء المرقطة ( Tetraodon nigroviridis ) مثيرة للاهتمام بسبب جينوماتها الصغيرة والمضغوطة، والتي تحتوي على القليل جدًا من الحمض النووي غير المشفر مقارنة بمعظم الأنواع. [38] [39] تعد الثدييات الكلب ( Canis familiaris )، [40] والفأر البني ( Rattus norvegicus )، والفأر ( Mus musculus )، والشمبانزي ( Pan troglodytes ) كلها حيوانات نموذجية مهمة في البحث الطبي. [27]
تم الانتهاء من مسودة أولية للجينوم البشري من قبل مشروع الجينوم البشري في أوائل عام 2001، مما خلق ضجة كبيرة. [41] هذا المشروع، الذي اكتمل في عام 2003، قام بتسلسل الجينوم بالكامل لشخص معين، وبحلول عام 2007 تم إعلان هذا التسلسل "منتهيًا" (أقل من خطأ واحد في 20000 قاعدة وجميع الكروموسومات المجمعة). [41] في السنوات التي تلت ذلك، تم تسلسل جينومات العديد من الأفراد الآخرين، جزئيًا تحت رعاية مشروع 1000 جينوم ، والذي أعلن عن تسلسل 1092 جينوم في أكتوبر 2012. [42] أصبح إكمال هذا المشروع ممكنًا من خلال تطوير تقنيات تسلسل أكثر كفاءة بشكل كبير وتطلب التزامًا بموارد المعلومات الحيوية الهامة من تعاون دولي كبير. [43] إن التحليل المستمر لبيانات الجينوم البشري له عواقب سياسية واجتماعية عميقة على المجتمعات البشرية. [44]
ثورة "الأوميكس"

يشير المصطلح الجديد باللغة الإنجليزية omics بشكل غير رسمي إلى مجال دراسة في علم الأحياء ينتهي بـ -omics ، مثل علم الجينوم أو علم البروتينات أو علم الأيض . تُستخدم اللاحقة ذات الصلة -ome لمعالجة أهداف الدراسة في مثل هذه المجالات، مثل الجينوم أو البروتيوم أو الأيض ( الليبيدوم ) على التوالي. تشير اللاحقة -ome كما تستخدم في علم الأحياء الجزيئي إلى نوع من المجموع الكلي ؛ وبالمثل، أصبح مصطلح omics يشير بشكل عام إلى دراسة مجموعات البيانات البيولوجية الكبيرة والشاملة. في حين أن النمو في استخدام المصطلح دفع بعض العلماء ( جوناثان آيزن ، من بين آخرين [45] ) إلى الادعاء بأنه قد تم بيعه بشكل مبالغ فيه، [46] فإنه يعكس التغيير في التوجه نحو التحليل الكمي للتشكيلة الكاملة أو شبه الكاملة لجميع مكونات النظام. [47] في دراسة التكافل ، على سبيل المثال، يمكن للباحثين الذين كانوا مقتصرين في السابق على دراسة منتج جيني واحد أن يقارنوا الآن المكمل الكامل لعدة أنواع من الجزيئات البيولوجية في نفس الوقت. [48] [49]
تحليل الجينوم
بعد اختيار الكائن الحي، تتضمن مشاريع الجينوم ثلاثة مكونات: تسلسل الحمض النووي، وتجميع هذا التسلسل لإنشاء تمثيل للكروموسوم الأصلي، وشرح وتحليل هذا التمثيل. [9]

التسلسل
تاريخيًا، كان التسلسل يتم في مراكز التسلسل ، والمرافق المركزية (التي تتراوح من المؤسسات المستقلة الكبيرة مثل معهد الجينوم المشترك الذي يتسلسل عشرات التيرابيسيس سنويًا، إلى المرافق الأساسية لعلم الأحياء الجزيئي المحلي) والتي تحتوي على مختبرات بحثية مع الأجهزة المكلفة والدعم الفني اللازم. ومع استمرار تحسن تقنية التسلسل، أصبح الجيل الجديد من أجهزة التسلسل الفعالة والسريعة في متناول المختبر الأكاديمي المتوسط. [50] [51] بشكل عام، تنقسم طرق تسلسل الجينوم إلى فئتين عريضتين، التسلسل العشوائي والتسلسل عالي الإنتاجية (أو الجيل التالي ). [9]
تسلسل البندقية

تسلسل البندقية هو طريقة تسلسل مصممة لتحليل تسلسلات الحمض النووي الأطول من 1000 زوج قاعدي، بما في ذلك الكروموسومات بأكملها. [52] تم تسميته بالقياس على نمط إطلاق النار شبه العشوائي سريع التوسع للبندقية . نظرًا لأنه لا يمكن استخدام تسلسل الرحلان الكهربائي للهلام إلا للتسلسلات القصيرة إلى حد ما (100 إلى 1000 زوج قاعدي)، فيجب تقسيم تسلسلات الحمض النووي الأطول إلى أجزاء صغيرة عشوائية يتم تسلسلها بعد ذلك للحصول على قراءات . يتم الحصول على قراءات متداخلة متعددة للحمض النووي المستهدف من خلال إجراء عدة جولات من هذا التفتت والتسلسل. ثم تستخدم برامج الكمبيوتر الأطراف المتداخلة لقراءات مختلفة لتجميعها في تسلسل مستمر. [52] [53] تسلسل البندقية هو عملية أخذ عينات عشوائية، تتطلب أخذ عينات زائدة لضمان تمثيل نوكليوتيد معين في التسلسل المعاد بناؤه؛ يُشار إلى متوسط عدد القراءات التي يتم فيها أخذ عينات زائدة من الجينوم باسم التغطية . [54]
طوال معظم تاريخها، كانت التكنولوجيا التي تقوم عليها عملية التسلسل بالبندقية هي طريقة إنهاء السلسلة الكلاسيكية أو " طريقة سانجر "، والتي تعتمد على التضمين الانتقائي للديديوكسي نيوكليوتيدات التي تنهي السلسلة بواسطة بوليميراز الحمض النووي أثناء تكرار الحمض النووي في المختبر . [23] [55] في الآونة الأخيرة، حلت طرق التسلسل عالية الإنتاجية محل تسلسل البندقية، وخاصة لتحليلات الجينوم الآلية واسعة النطاق . ومع ذلك، لا تزال طريقة سانجر مستخدمة على نطاق واسع، في المقام الأول للمشاريع الأصغر حجمًا وللحصول على قراءات تسلسل الحمض النووي المتجاورة الطويلة بشكل خاص (>500 نوكليوتيد). [56] تتطلب طرق إنهاء السلسلة قالبًا أحادي السلسلة من الحمض النووي، وبرايمر الحمض النووي ، وبوليميراز الحمض النووي ، وديوكسي نيوكليوسايد ثلاثي الفوسفات الطبيعي (dNTPs)، والنوكليوتيدات المعدلة (dideoxyNTPs) التي تنهي استطالة سلسلة الحمض النووي. تفتقر هذه النيوكليوتيدات التي تنتهي بالسلسلة إلى مجموعة 3'- OH المطلوبة لتكوين رابطة فوسفودايستر بين نيوكليوتيدتين، مما يتسبب في توقف بوليميراز الحمض النووي عن امتداد الحمض النووي عند دمج ddNTP. يمكن وضع علامات إشعاعية أو فلورية على ddNTPs للكشف عنها في أجهزة تسلسل الحمض النووي . [9] عادةً، يمكن لهذه الأجهزة تسلسل ما يصل إلى 96 عينة من الحمض النووي في دفعة واحدة (تشغيل) في ما يصل إلى 48 تشغيلًا في اليوم. [57]
تسلسل عالي الإنتاجية
لقد أدى الطلب المرتفع على التسلسل منخفض التكلفة إلى دفع تطوير تقنيات التسلسل عالية الإنتاجية التي تعمل بالتوازي مع عملية التسلسل، مما ينتج آلاف أو ملايين التسلسلات في وقت واحد. [58] [59] يهدف التسلسل عالي الإنتاجية إلى خفض تكلفة تسلسل الحمض النووي إلى ما هو أبعد مما هو ممكن باستخدام طرق إنهاء الصبغة القياسية. في التسلسل عالي الإنتاجية للغاية، يمكن تشغيل ما يصل إلى 500000 عملية تسلسل عن طريق التخليق بالتوازي. [60] [61]

تعتمد طريقة تسلسل صبغ Illumina على منتهيات الصبغة القابلة للعكس وقد تم تطويرها في عام 1996 في معهد جنيف للأبحاث الطبية الحيوية، بواسطة باسكال ماير ولوران فارينيلي. [62] في هذه الطريقة، يتم أولاً ربط جزيئات الحمض النووي والبادئات على شريحة وتضخيمها باستخدام بوليميراز بحيث تتشكل مستعمرات استنساخية محلية، والتي كانت تسمى في البداية "مستعمرات الحمض النووي". لتحديد التسلسل، تتم إضافة أربعة أنواع من قواعد المنهيات القابلة للعكس (قواعد RT) ويتم غسل النيوكليوتيدات غير المدمجة. على عكس تسلسل البايرو، يتم تمديد سلاسل الحمض النووي نوكليوتيدًا واحدًا في كل مرة ويمكن إجراء التقاط الصور في لحظة متأخرة، مما يسمح بالتقاط مجموعات كبيرة جدًا من مستعمرات الحمض النووي بواسطة صور متسلسلة مأخوذة من كاميرا واحدة. يسمح فصل التفاعل الأنزيمي والتقاط الصورة بالإنتاجية المثلى وقدرة تسلسل غير محدودة نظريًا؛ مع التكوين الأمثل، فإن الإنتاجية النهائية للجهاز تعتمد فقط على معدل التحويل من تناظري إلى رقمي للكاميرا. تلتقط الكاميرا صورًا للنوكليوتيدات المصبوغة بالفلورسنت ، ثم تتم إزالة الصبغة مع مانع الطرف 3' كيميائيًا من الحمض النووي، مما يسمح بالدورة التالية. [63]
يعتمد النهج البديل، تسلسل أشباه الموصلات الأيونية، على كيمياء تكرار الحمض النووي القياسية. تقيس هذه التقنية إطلاق أيون الهيدروجين في كل مرة يتم فيها دمج قاعدة. يتم غمر بئر صغير يحتوي على الحمض النووي القالبي بنوكليوتيد واحد ، إذا كان النوكليوتيد مكملًا لسلسلة القالب، فسيتم دمجه وسيتم إطلاق أيون الهيدروجين. يؤدي هذا الإطلاق إلى تشغيل مستشعر أيونات ISFET . إذا كان هناك بوليمر متماثل موجود في تسلسل القالب، فسيتم دمج نيوكليوتيدات متعددة في دورة غمر واحدة، وستكون الإشارة الكهربائية المكتشفة أعلى نسبيًا. [64]
حَشد
يشير تجميع التسلسل إلى محاذاة ودمج أجزاء من تسلسل DNA أطول بكثير من أجل إعادة بناء التسلسل الأصلي. [9] وهذا ضروري لأن تقنية تسلسل الحمض النووي الحالية لا يمكنها قراءة الجينومات الكاملة كتسلسل مستمر، بل تقرأ أجزاء صغيرة تتراوح بين 20 و1000 قاعدة، اعتمادًا على التقنية المستخدمة. تولد تقنيات التسلسل من الجيل الثالث مثل PacBio أو Oxford Nanopore بشكل روتيني قراءات تسلسل بطول 10-100 كيلو بايت؛ ومع ذلك، فإن معدل الخطأ فيها مرتفع بنحو 1 بالمائة. [65] [66] عادةً ما تنتج الأجزاء القصيرة، التي تسمى القراءات، عن تسلسل الحمض النووي الجينومي العشوائي ، أو نسخ الجينات ( ESTs ). [9]
نهج التجميع
يمكن تصنيف التجميع على نطاق واسع إلى طريقتين: التجميع الجديد ، للجينومات التي لا تشبه أي تسلسل في الماضي، والتجميع المقارن، والذي يستخدم التسلسل الحالي لكائن حي وثيق الصلة كمرجع أثناء التجميع. [54] بالنسبة للتجميع المقارن، فإن التجميع الجديد صعب حسابيًا ( NP-hard )، مما يجعله أقل ملاءمة لتقنيات NGS قصيرة القراءة. داخل نموذج التجميع الجديد ، هناك استراتيجيتان أساسيتان للتجميع، استراتيجيات المسار الأويلي، واستراتيجيات التداخل-التخطيط-الإجماع (OLC). تحاول استراتيجيات OLC في النهاية إنشاء مسار هاملتوني من خلال رسم بياني للتداخل وهو مشكلة NP-hard. استراتيجيات المسار الأويلي أكثر قابلية للحل حسابيًا لأنها تحاول العثور على مسار أويلي من خلال رسم بياني deBruijn. [54]
الانتهاء
يتم تعريف الجينومات النهائية على أنها تحتوي على تسلسل متجاور واحد بدون أي غموض يمثل كل نسخة متماثلة . [67]
التعليق التوضيحي
إن تجميع تسلسل الحمض النووي وحده ليس له قيمة كبيرة دون تحليل إضافي. [9] إن شرح الجينوم هو عملية ربط المعلومات البيولوجية بالتسلسلات ، ويتكون من ثلاث خطوات رئيسية: [68]
- تحديد أجزاء من الجينوم التي لا تشفر البروتينات
- تحديد العناصر الموجودة على الجينوم ، وهي عملية تسمى التنبؤ بالجينات ، و
- ربط المعلومات البيولوجية بهذه العناصر.
تحاول أدوات التوضيح التلقائي تنفيذ هذه الخطوات في الحاسوب ، على عكس التوضيح اليدوي (المعروف أيضًا باسم التنظيم) الذي يتضمن الخبرة البشرية والتحقق التجريبي المحتمل. [69] من الناحية المثالية، تتعايش هذه الأساليب وتكمل بعضها البعض في نفس خط أنابيب التوضيح (انظر أيضًا أدناه).
تقليديًا، المستوى الأساسي للتعليق هو استخدام BLAST للعثور على أوجه التشابه، ثم التعليق على الجينومات بناءً على المتماثلات. [9] وفي الآونة الأخيرة، تمت إضافة معلومات إضافية إلى منصة التعليق. تسمح المعلومات الإضافية للمعلقين اليدويين بتفكيك التناقضات بين الجينات التي تم إعطاؤها نفس التعليق. تستخدم بعض قواعد البيانات معلومات سياق الجينوم ودرجات التشابه والبيانات التجريبية وتكاملات الموارد الأخرى لتوفير تعليقات على الجينوم من خلال نهج الأنظمة الفرعية. تعتمد قواعد البيانات الأخرى (مثل Ensembl ) على كل من مصادر البيانات المنسقة بالإضافة إلى مجموعة من أدوات البرامج في خط أنابيب التعليق الآلي على الجينوم. [70] يتكون التعليق الهيكلي من تحديد العناصر الجينومية، وخاصة إطارات القراءة المفتوحة وموقعها أو بنية الجين. يتكون التعليق الوظيفي من ربط المعلومات البيولوجية بالعناصر الجينومية.
تسلسل خطوط الأنابيب وقواعد البيانات
إن الحاجة إلى إمكانية إعادة إنتاج وإدارة كمية كبيرة من البيانات المرتبطة بمشاريع الجينوم بكفاءة تعني أن خطوط الأنابيب الحسابية لها تطبيقات مهمة في علم الجينوم. [71]
مجالات البحث
الجينوميات الوظيفية
علم الجينوم الوظيفي هو أحد مجالات علم الأحياء الجزيئي الذي يحاول الاستفادة من الثروة الهائلة من البيانات التي تنتجها المشاريع الجينومية (مثل مشاريع تسلسل الجينوم ) لوصف وظائف وتفاعلات الجينات ( والبروتينات ). يركز علم الجينوم الوظيفي على الجوانب الديناميكية مثل نسخ الجينات والترجمة والتفاعلات بين البروتينات ، على عكس الجوانب الثابتة للمعلومات الجينومية مثل تسلسل الحمض النووي أو هياكله. يحاول علم الجينوم الوظيفي الإجابة على الأسئلة حول وظيفة الحمض النووي على مستويات الجينات ونسخ الحمض النووي الريبي ومنتجات البروتين. من السمات الرئيسية لدراسات علم الجينوم الوظيفي نهجها على مستوى الجينوم لهذه الأسئلة، والذي ينطوي عمومًا على طرق عالية الإنتاجية بدلاً من نهج "الجين حسب الجين" التقليدي.
لا يزال أحد الفروع الرئيسية لعلم الجينوم يهتم بتسلسل جينومات الكائنات الحية المختلفة، ولكن معرفة الجينومات الكاملة خلقت إمكانية مجال علم الجينوم الوظيفي ، والذي يهتم بشكل أساسي بأنماط التعبير الجيني أثناء ظروف مختلفة. الأدوات الأكثر أهمية هنا هي المصفوفات الدقيقة وعلم المعلومات الحيوية .
الجينوميات البنيوية

يسعى علم الجينوم البنيوي إلى وصف البنية ثلاثية الأبعاد لكل بروتين مشفر بواسطة جينوم معين . [72] [73] يسمح هذا النهج القائم على الجينوم بطريقة عالية الإنتاجية لتحديد البنية من خلال مزيج من الأساليب التجريبية والنمذجة . الفرق الرئيسي بين علم الجينوم البنيوي والتنبؤ البنيوي التقليدي هو أن علم الجينوم البنيوي يحاول تحديد بنية كل بروتين مشفر بواسطة الجينوم، بدلاً من التركيز على بروتين معين. مع توفر تسلسلات الجينوم الكامل، يمكن إجراء التنبؤ بالبنية بشكل أسرع من خلال مزيج من الأساليب التجريبية والنمذجة، وخاصة لأن توفر أعداد كبيرة من الجينومات المتسلسلة وهياكل البروتين التي تم حلها مسبقًا يسمح للعلماء بنمذجة بنية البروتين على هياكل نظائر تم حلها مسبقًا. يتضمن علم الجينوم البنيوي اتباع عدد كبير من الأساليب لتحديد البنية، بما في ذلك الأساليب التجريبية باستخدام التسلسلات الجينومية أو الأساليب القائمة على النمذجة القائمة على التسلسل أو التشابه البنيوي لبروتين ذي بنية معروفة أو بناءً على المبادئ الكيميائية والفيزيائية لبروتين ليس له تشابه مع أي بنية معروفة. على عكس علم الأحياء البنيوي التقليدي ، فإن تحديد بنية البروتين من خلال جهود علم الجينوم البنيوي يأتي غالبًا (ولكن ليس دائمًا) قبل معرفة أي شيء يتعلق بوظيفة البروتين. وهذا يثير تحديات جديدة في علم المعلوماتية الحيوية البنيوي ، أي تحديد وظيفة البروتين من بنيته ثلاثية الأبعاد . [74]
علم الجينوم
علم الوراثة فوق الجينية هو دراسة المجموعة الكاملة للتعديلات فوق الجينية على المادة الوراثية للخلية، والمعروفة باسم الجينوم فوق الجيني . [75] التعديلات فوق الجينية هي تعديلات عكسية على الحمض النووي للخلية أو الهستونات التي تؤثر على التعبير الجيني دون تغيير تسلسل الحمض النووي (راسل 2010 ص 475). اثنان من التعديلات فوق الجينية الأكثر تميزًا هما مثيلة الحمض النووي وتعديل الهستونات . [76] تلعب التعديلات فوق الجينية دورًا مهمًا في التعبير الجيني والتنظيم، وتشارك في العديد من العمليات الخلوية مثل التمايز / التطور [77] وتكوين الأورام . [75] أصبحت دراسة علم الوراثة فوق الجينية على المستوى العالمي ممكنة مؤخرًا فقط من خلال تكييف الاختبارات الجينومية عالية الإنتاجية. [78]
ميتاجينوميكس

الميتاجينوميكس هو دراسة الميتاجينومات ، وهي المادة الوراثية المسترجعة مباشرة من العينات البيئية . يمكن أيضًا الإشارة إلى المجال الواسع باسم علم الجينوم البيئي أو علم الجينوم البيئي أو علم الجينوم المجتمعي. في حين تعتمد علم الأحياء الدقيقة التقليدي وتسلسل الجينوم الميكروبي على الثقافات المستنسخة المزروعة ، فإن تسلسل الجينات البيئية المبكرة استنسخ جينات محددة (غالبًا جين 16S rRNA ) لإنتاج ملف تعريف للتنوع في عينة طبيعية. كشف مثل هذا العمل أن الغالبية العظمى من التنوع البيولوجي الميكروبي قد فاتته الأساليب القائمة على الزراعة . [79] تستخدم الدراسات الحديثة تسلسل سانجر "البندقية" أو تسلسل البايرو المتوازي على نطاق واسع للحصول على عينات غير متحيزة إلى حد كبير من جميع الجينات من جميع أعضاء المجتمعات التي تم أخذ العينات منها. [80] نظرًا لقدرتها على الكشف عن التنوع المخفي سابقًا للحياة المجهرية، تقدم الميتاجينوميكس عدسة قوية لمشاهدة العالم الميكروبي الذي لديه القدرة على إحداث ثورة في فهم العالم الحي بأكمله. [81] [82]
أنظمة النماذج
الفيروسات والبكتيريا
لعبت البكتيريا العاثية وما زالت تلعب دورًا رئيسيًا في علم الوراثة البكتيري وعلم الأحياء الجزيئي . تاريخيًا، كانت تستخدم لتحديد بنية الجينات وتنظيم الجينات. كما أن أول جينوم تم تسلسله كان بكتيريا عاثية . ومع ذلك، لم تقود أبحاث البكتيريا العاثية ثورة الجينوم، التي تهيمن عليها بوضوح جينومات البكتيريا. لم تصبح دراسة جينومات البكتيريا العاثية بارزة إلا مؤخرًا جدًا، مما مكّن الباحثين من فهم الآليات الكامنة وراء تطور البكتيريا العاثية . يمكن الحصول على تسلسلات جينوم البكتيريا العاثية من خلال التسلسل المباشر للبكتيريا العاثية المعزولة، ولكن يمكن أيضًا اشتقاقها كجزء من الجينومات الميكروبية. أظهر تحليل الجينومات البكتيرية أن كمية كبيرة من الحمض النووي الميكروبي تتكون من تسلسلات طليعة البكتيريا وعناصر شبيهة بالطليعة. [83] يوفر التعدين التفصيلي لقاعدة البيانات لهذه التسلسلات رؤى حول دور البكتيريا العاثية في تشكيل الجينوم البكتيري: بشكل عام، أثبتت هذه الطريقة العديد من مجموعات البكتيريا العاثية المعروفة، مما يجعلها أداة مفيدة للتنبؤ بعلاقات البكتيريا العاثية من الجينومات البكتيرية. [84] [85]
البكتيريا الزرقاء
يوجد حاليًا 24 نوعًا من البكتيريا الزرقاء التي يتوفر لها تسلسل جينوم كامل. 15 من هذه البكتيريا الزرقاء تأتي من البيئة البحرية. هذه ست سلالات من Prochlorococcus ، وسبع سلالات بحرية من Synechococcus ، و Trichodesmium erythraeum IMS101 و Crocosphaera watsonii WH8501. وقد أظهرت العديد من الدراسات كيف يمكن استخدام هذه التسلسلات بنجاح كبير لاستنتاج الخصائص البيئية والفسيولوجية المهمة للبكتيريا الزرقاء البحرية. ومع ذلك، هناك العديد من مشاريع الجينوم الأخرى قيد التنفيذ حاليًا، ومن بينها المزيد من عزلات Prochlorococcus و Synechococcus البحرية ، و Acaryochloris و Prochloron ، والبكتيريا الزرقاء الخيطية المثبتة للنيتروجين 2 Nodularia spumigena و Lyngbya aestuarii و Lyngbya majuscula ، بالإضافة إلى البكتيريا التي تصيب البكتيريا الزرقاء البحرية. وبالتالي، يمكن الاستفادة من مجموعة المعلومات الجينية المتنامية بطريقة أكثر عمومية لمعالجة المشاكل العالمية من خلال تطبيق نهج مقارن. ومن الأمثلة الجديدة والمثيرة للتقدم في هذا المجال تحديد الجينات المسؤولة عن تنظيم الحمض النووي الريبي، أو التعرف على الأصل التطوري لعملية التمثيل الضوئي ، أو تقدير مساهمة النقل الجيني الأفقي في الجينومات التي تم تحليلها. [86]
التطبيقات

لقد قدم علم الجينوم تطبيقات في العديد من المجالات، بما في ذلك الطب والتكنولوجيا الحيوية وعلم الإنسان وغيرها من العلوم الاجتماعية . [44]
الطب الجينومي
تسمح تقنيات الجينوم من الجيل التالي للأطباء والباحثين في مجال الطب الحيوي بزيادة كمية البيانات الجينومية التي يتم جمعها على مجموعات كبيرة من السكان الخاضعين للدراسة بشكل كبير. [87] وعندما يتم دمجها مع مناهج المعلوماتية الجديدة التي تدمج العديد من أنواع البيانات مع البيانات الجينومية في أبحاث الأمراض، فإن هذا يسمح للباحثين بفهم أفضل للأسس الجينية لاستجابة الدواء والمرض. [88] [89] [90]
تضمنت الجهود المبكرة لتطبيق الجينوم في الطب تلك التي قام بها فريق ستانفورد بقيادة إيوان آشلي الذي طور الأدوات الأولى للتفسير الطبي للجينوم البشري. [91] [92] [93] تم إنشاء برنامج أبحاث Genomes2People في مستشفى بريغهام والنساء ومعهد برود وكلية الطب بجامعة هارفارد في عام 2012 لإجراء أبحاث تجريبية في ترجمة الجينوم إلى الصحة. افتتح مستشفى بريغهام والنساء عيادة وقائية للجينوم في أغسطس 2019، وتبعه مستشفى ماساتشوستس العام بعد شهر. [94] [95] يهدف برنامج البحث All of Us إلى جمع بيانات تسلسل الجينوم من مليون مشارك ليصبح مكونًا أساسيًا لمنصة أبحاث الطب الدقيق [96] وقد درست مبادرة البنك الحيوي في المملكة المتحدة أكثر من 500000 فرد ببيانات جينومية وظاهرية عميقة. [97]
البيولوجيا التركيبية والهندسة الحيوية
لقد مكّن نمو المعرفة الجينية من تطبيقات متطورة بشكل متزايد لعلم الأحياء الاصطناعي . [98] في عام 2010، أعلن الباحثون في معهد جيه كريج فينتر عن إنشاء نوع اصطناعي جزئيًا من البكتيريا ، Mycoplasma laboratorium ، المشتق من جينوم Mycoplasma genitalium . [99]
علم الجينوم السكاني والمحافظة عليه
تطور علم الجينوم السكاني كمجال بحثي شائع، حيث تُستخدم طرق التسلسل الجينومي لإجراء مقارنات واسعة النطاق لتسلسلات الحمض النووي بين السكان - خارج حدود العلامات الجينية مثل منتجات تفاعل البوليميراز المتسلسل قصير المدى أو الأقمار الصناعية الدقيقة المستخدمة تقليديًا في علم الوراثة السكاني . يدرس علم الجينوم السكاني التأثيرات على مستوى الجينوم لتحسين فهمنا للتطور الجزئي حتى نتمكن من تعلمالتاريخ النشوئي والديموغرافي للسكان. [100] تُستخدم طرق الجينوم السكاني في العديد من المجالات المختلفة بما في ذلك علم الأحياء التطوري وعلم البيئة والجغرافيا الحيوية وعلم الأحياء الحافظة وإدارة مصائد الأسماك . وبالمثل،تطور علم الجينوم المناظر الطبيعية من علم الوراثة المناظر الطبيعية لاستخدام الأساليب الجينومية لتحديد العلاقات بين أنماط التباين البيئي والوراثي.
يمكن للمحافظين على البيئة استخدام المعلومات التي تم جمعها من خلال التسلسل الجينومي من أجل تقييم العوامل الوراثية الرئيسية للحفاظ على الأنواع بشكل أفضل، مثل التنوع الجيني للسكان أو ما إذا كان الفرد متغاير الزيجوت لاضطراب وراثي متنحي. [101] من خلال استخدام البيانات الجينومية لتقييم آثار العمليات التطورية واكتشاف الأنماط في التباين في جميع أنحاء مجموعة سكانية معينة، يمكن للمحافظين على البيئة صياغة خطط لمساعدة نوع معين دون ترك العديد من المتغيرات غير معروفة مثل تلك التي لم يتم تناولها من خلال الأساليب الجينية القياسية . [102]
انظر أيضا
- Hi-C (تقنية التحليل الجينومي)
- الجينوميات المعرفية
- الجينوميات الحاسوبية
- علم الجينوم
- الجينوميات الوظيفية
- GeneCalling ، وهي تقنية لتحليل ملف تعريف mRNA
- جينوميات التدجين
- علم الوراثة في الخيال
- الغليكوميكس
- علم المناعة
- ميتاجينوميكس
- علم الأمراض
- الجينوميات الشخصية
- تحليل البروتينات
- النسخ الجيني
- علم السموم
- علم النفس الجيني
- تسلسل الجينوم الكامل
- توماس رودريك
مراجع
- ^ Franklin RE, Gosling RG (أبريل 1953). "التكوين الجزيئي في نواة ثيمونوكليات الصوديوم". Nature . 171 (4356): 740–1. Bibcode :1953Natur.171..740F. doi :10.1038/171740a0. PMID 13054694. S2CID 4268222.
- ^ Satzinger H (مارس 2008). "Theodor and Marcella Boveri: chromosomes and cytoplasm in heredity and development". Nature Reviews. Genetics . 9 (3): 231–238. doi :10.1038/nrg2311. PMID 18268510. S2CID 15829893.
- ^ Cremer T, Cremer C (2006). "صعود وهبوط وبعث مناطق الكروموسوم: منظور تاريخي. الجزء الأول. صعود مناطق الكروموسوم". المجلة الأوروبية للكيمياء النسيجية . 50 (3): 161-176. PMID 16920639.
- ^ روسي، إم جيه؛ كونتالا، بي كيه؛ لاي، دبليو كيه إم؛ يامادا، إن؛ بادجاتيا، إن؛ ميتال، سي؛ كوزو، جيه؛ بوكلوند، كيه؛ فاريل، إن بي؛ بلاندا، تي آر؛ مايروز، جيه دي؛ باستينج، إيه في؛ ميستريتا، كيه إس؛ روكو، دي جيه؛ بيركينسون، إي إس؛ كيلوج، جي دي؛ ماهوني، إس؛ بوغ، بي إف (مارس 2021). "هندسة بروتينية عالية الدقة لجينوم الخميرة المتبرعمة". نيتشر . 592 (7853): 309-314. رمز Bibcode :2021Natur.592..309R. doi :10.1038/s41586-021-03314-8. PMC 8035251. PMID 33692541 .
- ^ "تعريفات منظمة الصحة العالمية لعلم الوراثة وعلم الجينوم". منظمة الصحة العالمية. مؤرشف من الأصل في 30 يونيو 2004.
- ^ مفاهيم علم الوراثة (الطبعة العاشرة). سان فرانسيسكو: بيرسون للتعليم. 2012. ISBN 978-0-321-72412-0.
- ^ Culver KW, Labow MA (8 November 2002). "Genomics" . في Robinson R (محرر). علم الوراثة . مكتبة ماكميلان للعلوم. مرجع ماكميلان الولايات المتحدة الأمريكية. رقم ISBN 978-0-02-865606-9.
- ^ Kadakkuzha BM, Puthanveettil SV (يوليو 2013). "الجينوميات والبروتينات في حل تعقيدات الدماغ". Molecular BioSystems . 9 (7): 1807–1821. doi :10.1039/C3MB25391K. PMC 6425491. PMID 23615871 .
- ^ abcdefghi بيفسنر جي (2009). المعلوماتية الحيوية وعلم الجينوم الوظيفي (الطبعة الثانية). هوبوكين، نيوجيرسي: وايلي بلاكويل. رقم ISBN 978-0-470-08585-1.
- ^ Liddell HG, Scott R (2013). Intermediate Greek-English Lexicon . Martino Fine Books. ISBN 978-1-61427-397-4.
- ^ "Genome, n". قاموس أكسفورد الإنجليزي (الطبعة الثالثة). مطبعة جامعة أكسفورد. 2008. تم الاسترجاع في 2012-12-01 .(الاشتراك مطلوب)
- ^ ياداف إس بي (ديسمبر 2007). "الكمال في اللواحق -omics، -omes، وكلمة om". مجلة التقنيات الجزيئية الحيوية . 18 (5): 277. PMC 2392988. PMID 18166670 .
- ^ O'Brien SJ ( يونيو 2022). "عقد من GigaScience: منظور حول علم الوراثة للحفاظ على البيئة". GigaScience . 11. doi :10.1093/gigascience/giac055. PMC 9197679. PMID 35701371 .
- ^ Ankeny RA (يونيو 2003). "تسلسل الجينوم من الديدان الخيطية إلى الإنسان: تغيير الأساليب، تغيير العلم". Endeavour . 27 (2): 87–92. doi :10.1016/S0160-9327(03)00061-9. PMID 12798815.
- ^ Holley RW, Everett GA, Madison JT, Zamir A (مايو 1965). "تسلسلات النوكليوتيدات في حمض الريبونوكلييك الناقل للألانين في الخميرة". مجلة الكيمياء الحيوية . 240 (5): 2122-2128. doi : 10.1016/S0021-9258(18)97435-1 . PMID 14299636.
- ^ Holley RW, Apgar J, Everett GA, Madison JT, Marquisee M, Merrill SH, et al. (مارس 1965). "بنية حمض الريبونوكلييك". مجلة العلوم . 147 (3664): 1462–1465. رمز Bibcode :1965Sci...147.1462H. doi :10.1126/science.147.3664.1462. PMID 14263761. S2CID 40989800.
- ^ Nirenberg M, Leder P, Bernfield M, Brimacombe R, Trupin J, Rottman F, O'Neal C (مايو 1965). "كلمات شفرة الحمض النووي الريبي وتخليق البروتين، المجلد السابع. حول الطبيعة العامة لشفرة الحمض النووي الريبي". وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم في الولايات المتحدة الأمريكية . 53 (5): 1161-1168. رمز Bibcode :1965PNAS...53.1161N. doi : 10.1073/pnas.53.5.1161 . PMC 301388. PMID 5330357 .
- ^ Min Jou W, Haegeman G, Ysebaert M, Fiers W (مايو 1972). "تسلسل النوكليوتيدات للجين المشفر لبروتين غلاف البكتيريا MS2". Nature . 237 (5350): 82–88. Bibcode :1972Natur.237...82J. doi :10.1038/237082a0. PMID 4555447. S2CID 4153893.
- ^ Fiers W, Contreras R, Duerinck F, Haegeman G, Iserentant D, Merregaert J, et al. (أبريل 1976). "تسلسل نوكليوتيدي كامل لحمض نووي ريبوزي بكتيريا MS2: البنية الأولية والثانوية لجين النسخ المتماثل". Nature . 260 (5551): 500–507. Bibcode :1976Natur.260..500F. doi :10.1038/260500a0. PMID 1264203. S2CID 4289674.
- ^ فيرس دبليو، كونتريراس آر، هيجمان جي، روجرز آر، فان دي فورد أ، فان هوفيرسوين إتش، وآخرون. (مايو 1978). “تسلسل النيوكليوتيدات الكامل للحمض النووي SV40”. طبيعة . 273 (5658): 113-120. بيب كود :1978Natur.273..113F. دوى :10.1038/273113a0. بميد 205802. S2CID 1634424.
- ^ تامارين ر (2004). مبادئ علم الوراثة (7 ed.). لندن: ماكجرو هيل. رقم ISBN 978-0-07-124320-9.
- ^ سانجر ف (1980). "محاضرة نوبل: تحديد تسلسلات النوكليوتيدات في الحمض النووي" (PDF) . Nobelprize.org . تم الاسترجاع في 2010-10-18 .
- ^ ab Sanger F, Air GM, Barrell BG, Brown NL, Coulson AR, Fiddes CA, et al. (فبراير 1977). "تسلسل النوكليوتيدات للحمض النووي لبكتيريا phi X174". Nature . 265 (5596): 687–695. Bibcode :1977Natur.265..687S. doi :10.1038/265687a0. PMID 870828. S2CID 4206886.
- ^ Kaiser O, Bartels D, Bekel T, Goesmann A, Kespohl S, Pühler A, Meyer F (December 2003). "Whole genome shotgun sequencing directed by bioinformatics pipelines--an optimized approach for an established technique". مجلة التكنولوجيا الحيوية . 106 (2-3): 121-133. doi :10.1016/j.jbiotec.2003.08.008. PMID 14651855.
- ^ سانجر ف، نيكلين س، كولسون أ. ر. (ديسمبر 1977). "تسلسل الحمض النووي باستخدام مثبطات إنهاء السلسلة". وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم في الولايات المتحدة الأمريكية . 74 (12): 5463-5467. رمز Bibcode : 1977PNAS...74.5463S. doi : 10.1073/pnas.74.12.5463 . PMC 431765. PMID 271968 .
- ^ ماكسام إيه إم، جيلبرت دبليو (فبراير 1977). "طريقة جديدة لتسلسل الحمض النووي". وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم في الولايات المتحدة الأمريكية . 74 (2): 560-564. Bibcode :1977PNAS...74..560M. doi : 10.1073/pnas.74.2.560 . PMC 392330. PMID 265521 .
- ^ ab Darden L, Tabery J (2010). "Molecular Biology". في Zalta EN (محرر). موسوعة ستانفورد للفلسفة (طبعة خريف 2010).
- ^ Anderson S, Bankier AT, Barrell BG, de Bruijn MH, Coulson AR, Drouin J, et al. (April 1981). "تسلسل وتنظيم الجينوم البشري للميتوكوندريا". Nature . 290 (5806): 457–465. Bibcode :1981Natur.290..457A. doi :10.1038/290457a0. PMID 7219534. S2CID 4355527.(الاشتراك مطلوب)
- ^ Shinozaki K, Ohme M, Tanaka M, Wakasugi T, Hayashida N, Matsubayashi T, et al. (سبتمبر 1986). "التسلسل النوكليوتيدي الكامل لجينوم البلاستيدات الخضراء في التبغ: تنظيم الجينات والتعبير عنها". مجلة EMBO . 5 (9): 2043–2049. doi :10.1002/j.1460-2075.1986.tb04464.x. PMC 1167080. PMID 16453699 .
- ^ Ohyama K, Fukuzawa H, Kohchi T, Shirai H, Sano T, Sano S, et al. (1986). "Chloroplast gene structure deduced from complete sequence of liverwort Marchantia polymorpha chloroplast DNA". Nature . 322 (6079): 572–574. Bibcode :1986Natur.322..572O. doi :10.1038/322572a0. S2CID 4311952.
- ^ Oliver SG ، van der Aart QJ، Agostoni-Carbone ML، Aigle M، Alberghina L، Alexandraki D، et al. (مايو 1992). "التسلسل الكامل للحمض النووي لكروموسوم الخميرة III". Nature . 357 (6373): 38–46. Bibcode :1992Natur.357...38O. doi :10.1038/357038a0. PMID 1574125. S2CID 4271784.
- ^ Fleischmann RD, Adams MD, White O, Clayton RA, Kirkness EF, Kerlavage AR, et al. (يوليو 1995). "التسلسل العشوائي للجينوم الكامل وتجميع Haemophilus influenzae Rd". Science . 269 (5223): 496–512. Bibcode :1995Sci...269..496F. doi :10.1126/science.7542800. PMID 7542800. S2CID 10423613.
- ^ Goffeau A, Barrell BG, Bussey H, Davis RW, Dujon B, Feldmann H, et al. (أكتوبر 1996). "الحياة مع 6000 جين". مجلة العلوم . 274 (5287): 546، 563-546، 567. رمز Bibcode :1996Sci...274..546G. doi :10.1126/science.274.5287.546. PMID 8849441. S2CID 211123134.(الاشتراك مطلوب)
- ^ "الجينومات الكاملة: الفيروسات". المركز الوطني لبحوث المعلومات الحيوية . 17 نوفمبر 2011. تم استرجاعه في 18 نوفمبر 2011 .
- ^ "إحصائيات مشروع الجينوم". مشروع الجينوم في إنتريز . 7 أكتوبر 2011. تم استرجاعه في 18 نوفمبر 2011 .
- ^ زيمر سي (29 ديسمبر 2009). "علماء يبدؤون كتالوجًا جينوميًا للميكروبات الوفيرة على الأرض". نيويورك تايمز . ISSN 0362-4331 . تم الاسترجاع في 2012-12-21 .
- ^ Wu D، Hugenholtz P، Mavromatis K، Pukall R، Dalin E، Ivanova NN، et al. (ديسمبر 2009). "موسوعة جينومية للبكتيريا والعتائق تعتمد على علم النشوء والتطور". Nature . 462 (7276): 1056–1060. Bibcode :2009Natur.462.1056W. doi :10.1038/nature08656. PMC 3073058. PMID 20033048 .
- ^ "تقليص عدد الجينات البشرية". بي بي سي . 20 أكتوبر 2004. تم استرجاعه في 2012-12-21 .
- ^ Yue GH, Lo LC, Zhu ZY, Lin G, Feng F (أبريل 2006). "التسلسل النوكليوتيدي الكامل للجينوم الميتوكوندريا لـ Tetraodon nigroviridis". تسلسل الحمض النووي . 17 (2): 115–121. doi :10.1080/10425170600700378. PMID 17076253. S2CID 21797344.
- ^ المعهد الوطني لبحوث الجينوم البشري (14 يوليو 2004). "تجميع جينوم الكلاب: جينوم الكلاب متاح الآن للمجتمع البحثي في جميع أنحاء العالم". Genome.gov . تم الاسترجاع في 2012-01-20 .
- ^ ab McElheny V (2010). رسم خريطة الحياة: داخل مشروع الجينوم البشري . نيويورك نيويورك: Basic Books. ISBN 978-0-465-04333-0.
- ^ Abecasis GR, Auton A, Brooks LD, DePristo MA, Durbin RM, Handsaker RE, et al. (نوفمبر 2012). "خريطة متكاملة للتباين الجيني من 1092 جينوم بشري". Nature . 491 (7422): 56–65. Bibcode :2012Natur.491...56T. doi :10.1038/nature11632. PMC 3498066. PMID 23128226 .
- ^ نيلسن ر (أكتوبر 2010). "علم الجينوم: بحثًا عن المتغيرات البشرية النادرة". مجلة نيتشر . 467 (7319): 1050–1051. رمز Bibcode :2010Natur.467.1050N. doi : 10.1038/4671050a . PMID: 20981085.
- ^ ab Barnes B, Dupré J (2008). الجينومات وماذا نصنع منها . شيكاغو: مطبعة جامعة شيكاغو. ISBN 978-0-226-17295-8.
- ^ Eisen JA (يوليو 2012). "كلمات بادوميكس وقوة وخطورة ميم أوم". GigaScience . 1 (1): 6. doi : 10.1186/2047-217X-1-6 . PMC 3617454. PMID 23587201 .
- ^ هوتز آر إل (13 أغسطس 2012). "ها هي حكاية علمية: علماء يكتشفون لاحقة منتشرة". وول ستريت جورنال . ISSN 0099-9660 . تم الاسترجاع في 2013-01-04 .
- ^ Scudellari M (1 أكتوبر 2011). "Data Deluge". The Scientist . تم الاسترجاع في 2013-01-04 .
- ^ Chaston J, Douglas AE (أغسطس 2012). "استغلال أقصى قدر من "التحليلات الجينية" في أبحاث التكافل". النشرة البيولوجية . 223 (1): 21–29. doi :10.1086/BBLv223n1p21. PMC 3491573. PMID 22983030 .
- ^ McCutcheon JP, von Dohlen CD (أغسطس 2011). "An interdependent metabolic patchwork in the nested symbiosis of mealybugs". علم الأحياء الحالي . 21 (16): 1366–1372. رمز Bibcode :2011CBio...21.1366M. doi :10.1016/j.cub.2011.06.051. PMC 3169327. PMID 21835622 .
- ^ ab Baker M (14 سبتمبر 2012). "Benchtop sequencers ship off" (مدونة) . مدونة Nature News . تم الاسترجاع في 2012-12-22 .
- ^ Quail MA, Smith M, Coupland P, Otto TD, Harris SR, Connor TR, et al. (يوليو 2012). "قصة ثلاث منصات تسلسل للجيل القادم: مقارنة بين أجهزة التسلسل Ion Torrent وPacific Biosciences وIllumina MiSeq". BMC Genomics . 13 : 341. doi : 10.1186/1471-2164-13-341 . PMC 3431227. PMID 22827831 .
- ^ ab Staden R (يونيو 1979). "استراتيجية تسلسل الحمض النووي باستخدام برامج الكمبيوتر". Nucleic Acids Research . 6 (7): 2601–2610. doi :10.1093/nar/6.7.2601. PMC 327874. PMID 461197 .
- ^ أندرسون س (يوليو 1981). "تسلسل الحمض النووي بالبندقية باستخدام شظايا مستنسخة من إنزيم الدناز I". أبحاث الأحماض النووية . 9 (13): 3015-3027. doi :10.1093/nar/9.13.3015. PMC 327328. PMID 6269069 .
- ^ abc Pop M (يوليو 2009). "إعادة ولادة تجميع الجينوم: التحديات الحسابية الحديثة". Briefings in Bioinformatics . 10 (4): 354–366. doi :10.1093/bib/bbp026. PMC 2691937. PMID 19482960 .
- ^ سانجر ف، كولسون أر (مايو 1975). "طريقة سريعة لتحديد التسلسلات في الحمض النووي عن طريق التخليق الأولي باستخدام بوليميراز الحمض النووي". مجلة علم الأحياء الجزيئي . 94 (3): 441-448. doi :10.1016/0022-2836(75)90213-2. PMID 1100841.
- ^ Mavromatis K, Land ML, Brettin TS, Quest DJ, Copeland A, Clum A, et al. (2012). Liu Z (محرر). "المشهد المتغير بسرعة لتقنيات التسلسل وتأثيرها على تجميعات الجينوم الميكروبي والتعليق التوضيحي". PLOS ONE . 7 (12): e48837. Bibcode :2012PLoSO...748837M. doi : 10.1371/journal.pone.0048837 . PMC 3520994. PMID 23251337 .
- ^ Illumina, Inc. (28 فبراير 2012). مقدمة لتقنية التسلسل الجيني للجيل القادم (PDF) . سان دييغو، كاليفورنيا، الولايات المتحدة الأمريكية: Illumina, Inc. ص. 12. مؤرشف من الأصل (PDF) في 2013-04-11 . تم الاسترجاع في 2012-12-28 .
- ^ Hall N (مايو 2007). "تقنيات التسلسل المتقدمة وتأثيرها الأوسع في علم الأحياء الدقيقة". مجلة علم الأحياء التجريبي . 210 (الجزء 9): 1518-1525. doi : 10.1242/jeb.001370 . PMID 17449817.
- ^ Church GM (يناير 2006). "الجينومات للجميع". مجلة ساينتفك أمريكان . 294 (1): 46–54. Bibcode :2006SciAm.294a..46C. doi :10.1038/scientificamerican0106-46. PMID 16468433. S2CID 28769137.
- ^ ten Bosch JR, Grody WW (نوفمبر 2008). "مواكبة الجيل القادم: التسلسل المتوازي الهائل في التشخيصات السريرية". مجلة التشخيص الجزيئي . 10 (6): 484-492. doi :10.2353/jmoldx.2008.080027. PMC 2570630. PMID 18832462 .
- ^ Tucker T, Marra M, Friedman JM (أغسطس 2009). "Massively parallel sequencing: the next big thing in genetic medicine". American Journal of Human Genetics . 85 (2): 142–154. doi :10.1016/j.ajhg.2009.06.022. PMC 2725244. PMID 19679224 .
- ^ US 20050100900، Kawashima EH، Farinelli L، Mayer P، "طريقة تضخيم الأحماض النووية"، نُشرت في 12 مايو 2005، صدرت في 26 يوليو 2011، مخصصة لشركة Solexa Ltd في بريطانيا العظمى.
- ^ Mardis ER (2008). "Next-generation DNA sequencing methods" (PDF) . Annual Review of Genomics and Human Genetics . 9 : 387–402. doi :10.1146/annurev.genom.9.081307.164359. PMID 18576944. مؤرشف من الأصل (PDF) في 2013-05-18 . تم الاسترجاع في 2013-01-04 .
- ^ Davies K (2011). "Powering Preventative Medicine". Bio-IT World (سبتمبر-أكتوبر). مؤرشف من الأصل في 2016-06-06 . تم الاسترجاع في 2014-12-17 .
- ^ "الصفحة الرئيسية". PacBio .
- ^ "الصفحة الرئيسية". Oxford Nanopore Technologies .
- ^ Chain PS, Grafham DV, Fulton RS, Fitzgerald MG, Hostetler J, Muzny D, et al. (أكتوبر 2009). "علم الجينوم. معايير مشروع الجينوم في عصر جديد من التسلسل". مجلة العلوم . 326 (5950): 236–237. رمز Bibcode :2009Sci...326..236C. doi :10.1126/science.1180614. PMC 3854948. PMID 19815760 .
- ^ Stein L (يوليو 2001). "شرح الجينوم: من التسلسل إلى علم الأحياء". مراجعات الطبيعة. علم الوراثة . 2 (7): 493-503. doi :10.1038/35080529. PMID 11433356. S2CID 12044602.
- ^ برنت إم آر (يناير 2008). "التقدم الثابت والاختراقات الحديثة في دقة الشرح الآلي للجينوم" (PDF) . مراجعات الطبيعة. علم الوراثة . 9 (1): 62-73. doi :10.1038/nrg2220. PMID 18087260. S2CID 20412451. مؤرشف من الأصل (PDF) في 2013-05-29 . تم الاسترجاع في 2013-01-04 .
- ^ Flicek P, Ahmed I, Amode MR, Barrell D, Beal K, Brent S, et al. (يناير 2013). "Ensembl 2013". Nucleic Acids Research . 41 (إصدار قاعدة البيانات): D48–D55. doi :10.1093/nar/gks1236. PMC 3531136 . PMID 23203987.
- ^ كيث جيه إم (2008). كيث جيه إم (محرر). علم المعلومات الحيوية . طرق في علم الأحياء الجزيئي. المجلد 453. الصفحات من الخامس إلى السادس. doi :10.1007/978-1-60327-429-6. ISBN 978-1-60327-428-9. PMID 18720577.
- ^ Marsden RL, Lewis TA, Orengo CA (مارس 2007). "نحو تغطية بنيوية شاملة للجينومات المكتملة: وجهة نظر في علم الجينوم البنيوي". BMC Bioinformatics . 8 : 86. doi : 10.1186/1471-2105-8-86 . PMC 1829165. PMID 17349043 .
- ^ برينر إس إي، ليفيت إم (يناير 2000). "التوقعات من علم الجينوم البنيوي". مجلة علوم البروتين . 9 (1): 197-200. doi :10.1110/ps.9.1.197. PMC 2144435. PMID 10739263 .
- ^ برينر إس إي (أكتوبر 2001). "جولة في علم الجينوم البنيوي". مراجعات الطبيعة. علم الوراثة . 2 (10): 801-809. doi :10.1038/35093574. PMID 11584296. S2CID 5656447.
- ^ ab Francis RC (2011). Epigenetics: the ultimate mystery of genetics . نيويورك: دبليو دبليو نورتون. ISBN 978-0-393-07005-7.
- ^ Gallego, LD; Schneider, M; Mittal, C; Romanuska, Anete; Gudino Carrillo, RM; Schubert, T; Pugh, BF; Kohler, A (مارس 2020). "الفصل الطوري يوجه يوبيكويتين نيوكليوسومات الجين والجسم". Nature . 579 (7800): 592–597. Bibcode :2020Natur.579..592G. doi :10.1038/s41586-020-2097-z. PMC 7481934. PMID 32214243 .
- ^ Sams, KL; Mukai, C; Marks, BA; Mittal, C; Demeter, EA; Nelissen, S; Grenier, JK; Tate, AE; Ahmed, F; Coonrod, SA (أكتوبر 2022). "تأخر البلوغ واضطرابات الغدد التناسلية وقلة الخصوبة لدى فئران Padi2/Padi4 الذكور الخاضعة لتعديل الجين المزدوج". Reprod Biol Endocrinol . 20 (1): 150. doi : 10.1186/s12958-022-01018-w . PMC 9555066. PMID 36224627 .
- ^ Laird PW (مارس 2010). "مبادئ وتحديات تحليل مثيلة الحمض النووي على مستوى الجينوم". مراجعات الطبيعة. علم الوراثة . 11 (3): 191-203. doi :10.1038/nrg2732. PMID 20125086. S2CID 6780101.
- ^ Hugenholtz P, Goebel BM, Pace NR (سبتمبر 1998). "تأثير الدراسات المستقلة عن الثقافة على النظرة التطورية الناشئة للتنوع البكتيري". مجلة علم الجراثيم . 180 (18): 4765-4774. doi :10.1128 / JB.180.18.4765-4774.1998. PMC 107498. PMID 9733676.
- ^ Eisen JA (مارس 2007). "تسلسل البندقية البيئي: إمكاناته وتحدياته لدراسة العالم الخفي للميكروبات". PLOS Biology . 5 (3): e82. doi : 10.1371/journal.pbio.0050082 . PMC 1821061. PMID 17355177 .
- ^ ماركو د، محرر (2010). ميتاجينوميكس: النظرية والأساليب والتطبيقات . دار كايستر للنشر الأكاديمي. رقم ISBN 978-1-904455-54-7.
- ^ ماركو د، محرر (2011). ميتاجينوميكس: الابتكارات الحالية والاتجاهات المستقبلية . دار كايستر للنشر الأكاديمي . رقم ISBN 978-1-904455-87-5.
- ^ Canchaya C, Proux C, Fournous G, Bruttin A, Brüssow H (يونيو 2003). "Prophage genomics". Microbiology and Molecular Biology Reviews . 67 (2): 238–76, table of contents. doi :10.1128/MMBR.67.2.238-276.2003. PMC 156470. PMID 12794192 .
- ^ McGrath S, van Sinderen D, eds. (2007). Bacteriophage: Genetics and Molecular Biology (الطبعة الأولى). Caister Academic Press. ISBN 978-1-904455-14-1.
- ^ Fouts DE (نوفمبر 2006). "Phage_Finder: التعرف الآلي وتصنيف مناطق الطليعة في تسلسلات الجينوم البكتيري الكاملة". Nucleic Acids Research . 34 (20): 5839–5851. doi :10.1093/nar/gkl732. PMC 1635311. PMID 17062630 .
- ^ Herrero A, Flores E, eds. (2008). The Cyanobacteria: Molecular Biology, Genomics and Evolution (الطبعة الأولى). Caister Academic Press. ISBN 978-1-904455-15-8.
- ^ Hudson KL (سبتمبر 2011). "علم الجينوم والرعاية الصحية والمجتمع". مجلة نيو إنجلاند الطبية . 365 (11): 1033-1041. doi : 10.1056/NEJMra1010517 . PMID 21916641.
- ^ O'Donnell CJ, Nabel EG (ديسمبر 2011). "Genomics of cardiovascular disease". مجلة نيو إنجلاند الطبية . 365 (22): 2098–2109. doi : 10.1056/NEJMra1105239 . PMID 22129254.
- ^ Lu YF, Goldstein DB, Angrist M, Cavalleri G (يوليو 2014). "الطب الشخصي والتنوع الجيني البشري". Cold Spring Harbor Perspectives in Medicine . 4 (9): a008581. doi :10.1101/cshperspect.a008581. PMC 4143101. PMID 25059740 .
- ^ Feero WG, Guttmacher AE, Collins FS (مايو 2010). "الطب الجينومي--مقدمة محدثة". مجلة نيو إنجلاند الطبية . 362 (21): 2001–2011. doi :10.1056/NEJMra0907175. PMID 20505179.
- ^ Ashley EA، Butte AJ، Wheeler MT، Chen R، Klein TE، Dewey FE، et al. (مايو 2010). "التقييم السريري الذي يتضمن جينومًا شخصيًا". لانسيت . 375 (9725): 1525–1535. doi : 10.1016 /S0140-6736(10)60452-7. PMC 2937184. PMID 20435227.
- ^ Dewey FE, Chen R, Cordero SP, Ormond KE, Caleshu C, Karczewski KJ, et al. (سبتمبر 2011). "مخاطر وراثية على مراحل للجينوم الكامل في رباعية عائلية باستخدام تسلسل مرجعي رئيسي للأليل". PLOS Genetics . 7 (9): e1002280. doi : 10.1371/journal.pgen.1002280 . PMC 3174201. PMID 21935354 .
- ^ Dewey FE, Grove ME, Pan C, Goldstein BA, Bernstein JA, Chaib H, et al. (مارس 2014). "التفسير السريري وتداعيات تسلسل الجينوم الكامل". JAMA . 311 (10): 1035–1045. doi :10.1001/jama.2014.1717. PMC 4119063. PMID 24618965 .
- ^ روبنز ر (16 أغسطس 2019). "أفضل المراكز الطبية في الولايات المتحدة تطلق عيادات تسلسل الحمض النووي للعملاء الأصحاء (والأثرياء غالبًا)". STAT News .
- ^ "نظامان صحيان في بوسطن يدخلان سوق التسلسل الجيني المتنامية للمستهلك مباشرة من خلال افتتاح عيادات الجينوم الوقائي، ولكن هل يستطيع المرضى تحمل تكلفة الخدمة؟". دارك ديلي . مجموعة دارك إنتليجنس. 3 يناير 2020.
- ^ "مراكز الجينوم الممولة من المعاهد الوطنية للصحة لتسريع اكتشافات الطب الدقيق". المعاهد الوطنية للصحة: برنامج أبحاثنا جميعًا . المعاهد الوطنية للصحة. 25 سبتمبر 2018.
- ^ Bycroft, Clare; Freeman, Colin; Petkova, Desislava; Band, Gavin; Elliott, Lloyd T.; Sharp, Kevin; Motyer, Allan; Vukcevic, Damjan; Delaneau, Olivier; O'Connell, Jared; Cortes, Adrian; Welsh, Samantha; Young, Alan; Effingham, Mark; McVean, Gil (أكتوبر 2018). "موارد بنك المملكة المتحدة للأنماط الظاهرية العميقة والبيانات الجينومية". نيتشر . 562 (7726): 203-209. doi :10.1038/s41586-018-0579-z. ISSN 1476-4687. PMC 6786975. PMID 30305743 .
- ^ Church GM, Regis E (2012). Regenesis: how synthetic biology will reinvent nature and ourselves . نيويورك: Basic Books. ISBN 978-0-465-02175-8.
- ^ Baker M (مايو 2011). "الجينومات الاصطناعية: الخطوة التالية للجينوم الاصطناعي". مجلة نيتشر . 473 (7347): 403، 405-403، 408. رمز Bibcode : 2011Natur.473..403B. doi : 10.1038/473403a . PMID 21593873. S2CID 205064528.
- ^ Luikart G, England PR, Tallmon D, Jordan S, Taberlet P (December 2003). "The power and promises of population genomics: from genotyping to genome typing". Nature Reviews. Genetics . 4 (12): 981–94. doi :10.1038/nrg1226. PMID 14631358. S2CID 8516357.
- ^ فرانكهام ر (1 سبتمبر 2010). "التحديات والفرص التي توفرها الأساليب الجينية في الحفاظ البيولوجي". الحفاظ البيولوجي . 143 (9): 1922–1923. Bibcode :2010BCons.143.1919F. doi :10.1016/j.biocon.2010.05.011.
- ^ Allendorf FW, Hohenlohe PA, Luikart G (أكتوبر 2010). "علم الجينوم ومستقبل علم الوراثة المحافظ". مراجعات الطبيعة. علم الوراثة . 11 (10): 697–709. doi :10.1038/nrg2844. PMID 20847747. S2CID 10811958.
قراءة إضافية
- ليسك إيه إم (2017). مقدمة في علم الجينوم (الطبعة الثالثة). نيويورك: مطبعة جامعة أكسفورد. ص 544. رقم ISBN 978-0-19-107085-3. ASIN 0198754833.
- Stunnenberg HG, Hubner NC (يونيو 2014). "الجينوميات تلتقي بالبروتينات: تحديد الجناة في المرض". علم الوراثة البشرية . 133 (6): 689-700. doi :10.1007/s00439-013-1376-2. PMC 4021166. PMID 24135908 .
- شيباتا ت (أكتوبر 2012). "جينوميات السرطان وعلم الأمراض: كلنا معًا الآن". علم الأمراض الدولي . 62 (10): 647-659. doi : 10.1111/j.1440-1827.2012.02855.x . PMID 23005591. S2CID 27886018.
- Roychowdhury S, Chinnaiyan AM (2016). "ترجمة جينومات السرطان والنسخ الجينية لعلم الأورام الدقيق". CA. 66 (1): 75–88. doi : 10.3322/caac.21329. PMC 4713245. PMID 26528881 .
- Gladyshev VN, Zhang Y (2013). "الفصل 16 التحليل الجينومي المقارن للمعادن". في Banci L (المحرر). علم المعادن والخلية . أيونات المعادن في علوم الحياة. المجلد 12. Springer. doi :10.1007/978-94-007-5561-10_16 (غير نشط 1 نوفمبر 2024). ISBN 978-94-007-5560-4.
{{cite book}}:CS1 maint: DOI غير نشط اعتبارًا من نوفمبر 2024 ( الرابط )الكتاب الإلكتروني ISBN 978-94-007-5561-1 ISSN 1559-0836 ISSN الإلكتروني 1868-0402
روابط خارجية
- المراجعة السنوية لعلم الجينوم وعلم الوراثة البشرية محفوظ في 18 يناير 2009 على موقع واي باك مشين
- BMC Genomics: مجلة BMC عن علم الجينوم
- مجلة الجينوميات
- Genomics.org: بوابة جينوميات مفتوحة ومجانية.
- NHGRI: معهد الجينوم التابع للحكومة الأمريكية
- الموارد الميكروبية الشاملة لـ JCVI
- KoreaGenome.org: أول جينوم كوري تم نشره والتسلسل متاح مجانًا.
- GenomicsNetwork: يهتم بتطوير واستخدام العلوم والتقنيات الخاصة بعلم الجينوم.
- معهد علوم الجينوم: أبحاث الجينوم.
- MIT OpenCourseWare HST.512 Genomic Medicine دورة مجانية للدراسة الذاتية في الطب الجينومي. تتضمن الموارد محاضرات صوتية وملاحظات محاضرات مختارة.
- مستكشف خيوط ENCODE: مناهج التعلم الآلي في علم الجينوم. مجلة نيتشر
- خريطة عالمية لمختبرات الجينوم
- علم الجينوم: تعليم قابل للتعلم بطبيعته
- تعلم كل شيء عن علم الوراثة عبر الإنترنت
