Геномика и протеомика. Значение для поиска новых лекарств

Содержание

Слайд 2

Геном – диплоидные организмы, содержащие 2 генома – отцовский и материнский.

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 3

Геномика – это направление биотехнологии, занимающееся изучением геномов и роли, которые

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 4

Задачи геномики: 1. Установление полной генетической характеристики клетки: 1.1 определение количества

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 5

2. Геномика позволяет определить сущность организма: 2.1 потенциальные возможности; 2.2 видовые

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 6

Цель геномики – получение информации обо всех потенциальных свойствах клетки (напр.: «молчащие гены»). 7

Цель геномики – получение информации обо всех потенциальных свойствах клетки (напр.:

«молчащие гены»).

7

Слайд 7

Скрытые или по образному выражению "молчащие" in vitro гены патогенных микроорганизмов

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 8

Пример: микробная клетка находясь in vivo, испытывает недостаток ионов железа, чего

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 9

Это не означает, что во время инфекции в клетке патогена экспрессируются

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 10

Поскольку ингибиторы house keeping gens обнаруживаются при поиске на питательных средах

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

ГЕНОМИКА РАЗВИВАЕТСЯ ПО СЛУДУЮЩИМ НАПРАВЛЕНИЯМ: Структурная геномика – установление полной последовательности

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 12

2. Сравнительная геномика – установление степени близости организмов по последовательности нуклеотидов

2. Сравнительная геномика – установление степени близости организмов по последовательности нуклеотидов

в генах, полученных из разных источников.

9

Слайд 13

3. Функциональная геномика – определение функций белка, кодируемого каждым отдельным геном,

3. Функциональная геномика – определение функций белка, кодируемого каждым отдельным геном,

и роли этого белка в метаболизме.

10

Слайд 14

4. Молекулярная геномика изучает химические механизмы наследственности. 11

4. Молекулярная геномика изучает химические механизмы наследственности.

11

Слайд 15

5. Вычислительная геномика позволяет расшифровывать последовательность генома и связанные с ними

5. Вычислительная геномика позволяет расшифровывать последовательность генома и связанные с ними

данные, включая последовательности ДНК и РНК.
Вычислительная геномика является разделом биоинформатики.

12

Слайд 16

Биоинформатика – наука, занимающаяся изучением биологической информации с помощью математических, статистических и компьютерных методов. 13

Биоинформатика – наука, занимающаяся изучением биологической информации с помощью математических, статистических

и компьютерных методов.

13

Слайд 17

Проект «геном человека» это международная программа, целью которой является построение генетической

Проект «геном человека» это международная программа, целью которой является построение генетической

и физической карт генома человека и определение полной нуклеотидной последовательности ДНК

14

Слайд 18

15

15

Слайд 19

16

16

Слайд 20

17

17

Слайд 21

ПРОТЕОМ - совокупность структурных и каталитических белков клетки прокариота или эукариота. 18

ПРОТЕОМ - совокупность структурных и каталитических белков клетки прокариота или эукариота.

18

Слайд 22

Протеомика (от англ. PROTEins – белки и genOMe – геном) –

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 23

Схема, иллюстрирующая полную взаимосвязь трех новых биологических наук 20

Схема, иллюстрирующая полную
взаимосвязь трех новых биологических наук

20

Слайд 24

Основные задачи протеомики: Предсказание функциональной роли отдельных белков путем экспериментального сопоставления

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 25

Методы «инвентаризации» белков: -двумерный электрофорез; - массспектрометрический анализ молекулярной массы с последующим анализом методами биоинформатики. 22

Методы «инвентаризации» белков: -двумерный электрофорез; - массспектрометрический анализ молекулярной массы с последующим анализом

методами биоинформатики.

22

Слайд 26

Виды протеомики: 1. Структурная, 2. Функциональная; 3. Прикладная. 23

Виды протеомики:

1. Структурная,
2. Функциональная;
3. Прикладная.

23

Слайд 27

В структурной протеомике проводится определение структуры одновременно не одного, а сразу

В структурной протеомике
проводится определение структуры одновременно не одного, а сразу

множества белков, включает специальный цикл операций определения.

24

Слайд 28

СХЕМА ПРОТЕОМНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ В ЛАБОРАТОРНЫХ УСЛОВИЯХ 1. Выделение и очистка белков

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 29

В каждом пятне содержаться только одинаковые молекулы (число пятен (белков) может

В каждом пятне содержаться только одинаковые молекулы (число пятен (белков) может

быть 1000.
Молекулы группируются на специальном носителе, образуя макроскопические пятна.

26

Слайд 30

5. Проводят отбор пятен и определение химической (первичной) структуры с помощью масс-спектрометрии. 27

5. Проводят отбор пятен и определение химической (первичной) структуры с помощью

масс-спектрометрии.

27

Слайд 31

СХЕМА ПРОТЕОМНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ В ЛАБОРАТОРНЫХ УСЛОВИЯХ

СХЕМА ПРОТЕОМНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ В ЛАБОРАТОРНЫХ УСЛОВИЯХ

Слайд 32

Слайд 33

Таким образом, задача структурной протеомики сводится к выделению, очистке, определению первичной,

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 34

Функциональная протеомика занимается определением функциональных свойств протеома. 31

Функциональная протеомика
занимается определением функциональных свойств протеома.

31

Слайд 35

Функционирование протеома (белка) осуществляется в многокомпонентной среде, в которой присутствует множество

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 36

Прикладная (практическая) протеомика изучает механизмы взаимодействия огромного числа белков и пептидов в одном организме. 33

Прикладная (практическая) протеомика
изучает механизмы взаимодействия огромного числа белков и пептидов

в одном организме.

33

Слайд 37

Новые данные в протеомике используются для разработки новых лекарственных средств, методов

Новые данные в протеомике используются для разработки новых лекарственных средств, методов

лечения многих заболеваний, диагностических тестов.

34

Слайд 38

СХЕМА КОНСТРУИРОВАНИЯ ЛП И ВЗАИМОСВЯЗЬ ГЕНОМИКИ, ПРОТЕОМИКИ И БИОИНФОРМАТИКИ

СХЕМА КОНСТРУИРОВАНИЯ ЛП И ВЗАИМОСВЯЗЬ ГЕНОМИКИ, ПРОТЕОМИКИ И БИОИНФОРМАТИКИ