26. Предсказание структур белков и белковая инженерия

Предсказание структур белков — это направление молекулярного моделирования, которое позволяет вывести трёхмерную структуру белка из его аминокислотной последовательности (вторичной, третичной или четвертичной).

Белковая инженерия — это область молекулярной биологии, задачей которой является целенаправленное изменение структуры природных белков и получение новых белков с заданными свойствами.

В белковой инженерии выделяют два направления:

• Рациональный дизайн. Подразумевает использование информации о структурно-функциональных отношениях в белках, получаемой с помощью физико-химических и биологических методов, а также компьютерного молекулярного моделирования.

• Направленная молекулярная эволюция белков. Подход, который имитирует природную эволюцию белков, но только существенно более быстрыми темпами.

Данные, полученные при предсказании структур белков, применяются в медицине (например, в фармацевтике) и биотехнологии (при создании новых ферментов).

27. Секвенирование и анализ биологических последовательностей

Секвенирование — это процесс определения последовательности нуклеотидов в молекулах ДНК или РНК.

Основной принцип секвенирования: сначала ДНК многократно клонируется и рассекается в случайных местах, а затем каждый такой участок читается по отдельности.

Существует несколько методов секвенирования, которые различаются по принципу работы, точности и пропускной способности:

• Метод секвенирования по синтезу (Sanger sequencing). В нём используются дезоксинуклеотиды, которые содержат дополнительный фрагмент, приводящий к прекращению синтеза ДНК цепи.

• Методы на основе параллельного секвенирования (next-generation sequencing, NGS). Позволяют одновременно секвенировать миллионы фрагментов ДНК или РНК, что значительно увеличивает пропускную способность и снижает стоимость секвенирования.

Анализ биологических последовательностей необходим для получения биологически релевантной информации. Без него любая информация о последовательности остаётся без научной ценности.

28. Геномика

Геномика — раздел молекулярной генетики, посвящённый изучению генома и генов живых организмов, всей совокупности генов организма или значительной их части

В геномике выделяют следующие направления:

• Структурная геномика. Изучение содержания и организации геномной информации — последовательности нуклеотидов всех молекул ДНК клетки (ядерной, митохондриальной и хлоропластной).

• Функциональная геномика. Анализ путей реализации информации от гена к признаку, начиная с этапа модификации нуклеотидов в молекуле ДНК (эпигеномика).

• Сравнительная (эволюционная) геномика. Сравнительные исследования содержания и организации геномов разных организмов.

Значение геномики:

• вносит вклад в разработку проблем фундаментальной биологии;

• помогает в решении задач здравоохранения, сельского хозяйства и биотехнологии

• на её основе разрабатываются методы ДНК-диагностики инфекционных болезней человека, определения предрасположенности к наследственным болезням, генной терапии;

• данные геномики используют в судебно-медицинской экспертизе при установлении отцовства, идентификации личности преступника и жертв катастроф, в том числе по останкам.