1. История развития геномных исследований. Геномная революция конца хх века

Геномика – раздел биологии, посвящённый исследованию структуры, а также механизмов функционирования и изменчивости геномов.

Геном – совокупность всех молекул ДНК организма.

Открытие ДНК Иоганном Фридрихом Мишером в 1868.

Первое представление о геномах сложилось в начале ХХ века с открытием законов генетики, формулировкой хромосомной теории наследственности и построением первых генетических карт (построение генетических карт 1913).

Выяснение роли ДНК, как носителя наследственной информации, создание модели её структуры и формулировка основных принципов молекулярной биологии заложили теоретическую основу для исследования геномов (структура ДНК 1953).

Первые методы исследования геномов, включая секвенирование ДНК, были разработаны в 60-70-е годы ХХ века. (Первое секвенирование 1977, появление базы данных PDB 1965).

Автоматическое секвенирование значительно повысило скорость расшифровки геномных последовательностей и позволило инициировать первые геномные проекты (Автоматическое секвенирование 1986 г., появление GenBank 1982, первый ПЦР 1983).

Геномная эра началась с расшифровкой первого генома бактерии группой под руководством Крейга Вентера в 1995.

К концу ХХ века были полностью расшифрованы последовательности геномов двух десятков бактерий и четырёх эукариот, опубликован «черновик» генома человека( геном дрожжей 1996, геном нематоды 1998, геном мухи 1999, геном растения 2000, геном человека 2003).

С начала ХХl века ведётся интенсивная разработка более производительных и менее дорогих технологий секвенирования, что привело к появлению геномных секвенаторов 2004.

В последние несколько лет опубликованы первые результаты работы в направлении синтетической геномики: химический синтез бактериального генома, его клонирование в дрожжевой клетке, трансплантации в бактериальную клетку другого вида и создание первого «синтетического» организма 2010.

2. Геномные проекты. Иерархический и шот-ган подходы. Фазы геномного проекта.

Ограниченные возможности методов секвенирования ДНК предопределяют дополнительные шаги необходимые для определения последовательностей генома.

• Конструирование геномных библиотек – источников фрагментов ДНК для секвенирования.

• Картирование генома – составление подробной карты генома и определение позиций фрагментов из библиотеки на этой карте.

• Секвенирование отобранных из библиотеки клонов.

• Компьютерная сборка последовательности генома из полученных коротких фрагментов последовательностей ДНК.

• Финиширование – секвенирование остающихся пробелов.

• Аннотация геномной последовательности

Два подхода к секвенированию геномов предполагают разную последовательность необходимых стадий.

Иерархический (клон за клоном):

1. Конструирование геномных библиотек

2,3 Отбор коллекции перекрывающихся клонов и физическое картирование генома

4. Секвенирование отобранных клонов

5. Аннотация генома

Шот-ган подход (метод дробовика):

1. Конструирование геномных библиотек

2. Массовое секвенирование случайных клонов

3. Компьютерная сборка перекрывающихся участков секвенированных фрагментов

4. Финиширование

5. Аннотация генома

Иерархический и шот-ган подходы к секвенированию имеют свои достоинства и недостатки:

• Качество получаемой последовательности значительно выше при иерархическом подходе

• Трудоёмкость и стоимость ниже при шот-ган подходе

• Секвенаторы 2 поколения автоматически предполагают использование шот-ган подхода ( и более низкое качество получаемой последовательности)