1. STRUKTŪRINĖ IR FUNKCINĖ GENOMIKA, PROTEOMIKA IR BIOINFORMATIKA

2. ĮVADAS Genomika yra rūšies viso genomo molekulinė analizė
Genomo analizę sudaro dvi pagrindinės fazės
Genolapio sudarymas
Sekvenavimas (nukleotidų sekos nustatymas)
1995 m. mokslininkai vadovaujami Craigo Venterio ir Hamiltono Smitho nustatė pirmojo organizmo pilną DNR seką
Tai buvo bakterija Haemophilus influenzae
10-2

3. 1.83 milijonų bp
~ 1,743 genų
Bakterijos Haemophilus influenzae pilnas genolapis
10-3

4. Vėliau buvo sekvenuoti kitų organizmų genomai, įskaitant žmogų
1996 m. buvo pabaigtas pirmojo eukariotinio organizmo genomo tyrimas. Jį atliko pasaulinis mokslininkų konsorciumas, vadovaujamas Andre Goffeau iš Belgijos
Saccharomyces cerevisiae
Genomą sudaro 16 linijiškų chromosomų
~ 12 milijonų bp, ~ 6,200 genų
Vėliau buvo sekvenuoti kitų organizmų genomai, įskaitant žmogų
Struktūrinė genomika prasideda genolapio sudarymu ir baigiasi pilnu genomo sekvenavimu
Funkcinė genomika tiria, kaip genų sąveikos skuria organizmo požymius
Funcinės genomikos pagrindinė paskirtis yra išsiaiškinti genetinių sekų reikšmę organizmo funkcionavimui
Daugeliu atvejų tai leidžia suprasti geno funkciją
10-4

5. Proteomika yra visų genomo koduojamų baltymų ir jų sąveikų tyrimas
Pilnas rinkinys baltymų, kuriuos gali sintetinti organizmas, yra vadinamas proteomu
Proteomika yra visų genomo koduojamų baltymų ir jų sąveikų tyrimas
Proteomikos tikslas yra išsiaiškinti organizmo baltymų funkcinę paskirtį
Taip pat ji siekia ištirti baltymų sąveikas
Bioinformatikos tikslas yra perskaityti informaciją, esančią genetinėse sekose, naudojant matematinius/kompiuterinius metodus
10-5

6. 10.1 STRUKTŪRINĖ GENOMIKA
DNR sričių struktūrinė organizacija paprastai nustatoma trimis būdais
1. Citogenetinis (geno)kartografavimas
Remiasi mikroskopine analize
Genai siejami su chromosomų ruožais
2. Sankibos (geno)kartografavimas
Remiasi kryžminimais
Nustatoma genų padėtis vienas kito atžvilgiu
Atstumai matuojami genolapio vienetais (arba centimorganais)
3. Fizinis (geno)kartografavimas
Remiasi DNR klonavimo metodais
Atstumai matuojami bazių poromis
10-6

7. Citogenetinis (geno)kartografavimas
Citogenetinis kartografavimas remiasi mikroskopija
Dažniausiai naudojamas tiriant eukariotus, turinčius dideles chromosomas
Eukariotų chromosomas galima atskirti pagal
Dydį
Centromeros padėtį
Ruožuotumą
Ruožuotumas išryškėja chromosomas nudažius specifiniais dažais
Jis naudojamas genų kartografavimui
10-7

8. Citogenetinis kartografavimas remiasi mikroskopija
Darant citogenetinį kartografavimą yra bandoma nustatyti genų išsidėstymą specifinių chromosomos ruožų atžvilgiu
Dažniausiai tai yra augalų ir gyvūnų genų lokalizacijos nustatymo pirmasis etapas
Citogenetinis kartografavimas remiasi mikroskopija
Todėl jo skiriamoji geba yra gana limituota
Daugelio rūšių atveju ji yra ~ 5 milijonus bp
Skiriamoji geba daug geresnė toms rūšims, kurios turi politenines chromosomas
Pvz., Drosophila melanogaster
10-8

9. Hibridizacija in situ
Hibridizacija in situ padeda nustatyti geno padėtį intaktinėse chromosomose
Ji naudojama nustatyti genų ar DNR sekų lokalizaciją didelėse eukariotų chromosomose
Naudojami zondai, padedantys aptikti ieškomas DNR sekas (“taikinį”)
Dažniausiai naudojami fluorescenciniais dažais pažymėti DNR zondai
Šis metodas vadinamas fluorescencine in situ hibridizacija (FISH)
10-9

10. Ląstelės veikiamos medžiagomis, fiksuojančiomis jas ant stikliuko
DNR zondai yra chemiškai modifikuoti taip, kad prie jų gali prisijungti fluorescuojanti žymė
Fluorescencinės in situ hibridizacijos (FISH) metodas
10-10

11. Fluorescencinių zondų skleidžiamai šviesai aptikti yra naudojami fluorescenciniai mikroskopai
Fluorescuojantis zondas yra matomas kaip švytinti sritis nešvytinčiame fone
Zondai prisitvirtina tik prie specifinių sekų
FISH eksperimentų rezultatai yra lyginami su Giemsa dažais nudažytų chromosomų vaizdu
Zondo padėtis gali būti nusakoma G ruožų atžvilgiu
10-11

12. 10-12

13. 10-13

14. Sankibos (geno)kartografavimas
Sankibos kartografavimas remiasi rekombinantinių palikuonių dažnio skaičiavimu
Visi genai, esantys vienoje chromosomoje, yra paveldmi kartu sukibę, t.y. sudaro vieną sankibos grupę
Jei įvyksta krosingoveris, gali pasikeisti sukibusių genų seka
Krosingoverio dažnis tuo mažesnis, kuo arčiau vienas kito yra sukibę genai
Gali būti sudaromi ne genų, o genetinių žymenų genolapiai. Molekulinis žymuo yra DNR fragmentas, kuris randamas specifinėje chromosomos vietoje ir gali būti specifiškai atpažintas
Kaip ir alelių atveju, molekulinių žymenų ypatybės gali skirtis tarp skirtingų individų
10-14

15. Restrikcijos fragmentų ilgio polimorfizmas (RFLP)
Restrikcijos fermentai atpažįsta specifines DNR sekas ir jose kerpa DNR
Ilgose chromosomose gali būti daug vietų, kurias atpažįsta ir kerpa restrikcijos fermentai
Jos yra pasiskirstę atsitiktinai
Lyginant du individus galima aptikti tokių atpažinimo vietų kiekio ir/ar išsidėstymo skirtumus
10-15

16. Figure: 16-03a
Caption:
Some common restriction enzymes, with their recognition sequences, cutting sites, cleavage patterns, and sources.
10-16

17. Figure: 16-05
Caption:
The plasmid pUC18 offers several advantages as a vector for cloning. Because of its small size, it accepts relatively large DNA fragments for cloning; it replicates to a high copy number, and has a large number of restriction sites in the polylinker, located within a lacZ gene. Bacteria carrying pUC18 produce blue colonies when grown on media containing Xgal. DNA inserted into the polylinker site disrupts the lacZ gene; this results in white colonies and allows direct identification of colonies carrying cloned DNA inserts.
10-17

18. Populiacijoje stebimas DNR fragmentų ilgio polimorfizmas
Rodyklės rodo restriktazių kirpimo vietas
Restrikcijos vieta, randama tik 1-ame individe
Populiacijoje stebimas DNR fragmentų ilgio polimorfizmas
Ši variacija gali atsirasti dėl delecijų, duplikacijų, genų mutacijų ir t.t.
Restrikcijos fragmentų ilgio polimorfizmas (RFLP)
10-18

19. 10-19 Trijų individų chromosominės DNR RFLP analizė
EcoRI kirpimo vietos yra abiejose chromosomose
EcoRI kirpimo vietų nėra abiejose chromosomose
Trijų individų chromosominės DNR RFLP analizė
10-19

20. 10-20 EcoRI kirpimo vieta yra tik vienoje chromosomoje
Trys individai turi daug bendrų vienodo ilgio DNR fragmentų
Polimorfinės juostos pažymėtos strėlėmis
Jei šie fragmentai randami 99% visų populiacijos individų, jie vadinami monomorfiniais
10-20

21. RFLP genolapiai
RFLP sankibos analizė gali būti atlikta su daugeliu RFLP žymenų, nustatant jų santykinę padėtį genome
Genolapis, sudarytas iš daugelio RFLP žymenų, vadinamas RFLP genolapiu
RFLP genolapiai naudojami genų padėčiai nustatyti tam tikroje chromosomoje
10-21

22. Keletas žinomų genų pažymėti raudonai
Dešiniojoje pusėje nurodyti genetiniai atstumai
Kairiojoje pusėje nurodyta RFLP žymenų išsidėstymas
Supaprastintas augalo Arabidopsis thaliana RFLP genolapis
10-22

23. Fizinis (geno)kartografavimas
Fiziniam kartografavimui atlikti reikia klonuoti daugelį chromosominės DNR fragmentų
Klonuoti DNR fragmentai yra apibūdinami pagal
1. Dydį
2. Turimus genus
3. Padėtį chromosomoje
Pastaraisiais metais naudojant fizinį kartografavimą sekvenuoti ištisi genomai
10-23

24. 10-24

25. 10.2 FUNKCINĖ GENOMIKA
Atliekamas plataus masto genomų sekvenavimas leidžia tyrinėti genų veiklą daug sudėtingesniame lygmenyje
Dabar galima vienu metu tirti daugelio genų grupių veiklą
Vienas iš pagrindinių genominių tyrimų tikslų yra nustatyti tas DNR sritis, kuriose iš tiesų yra genų
Vienas būdų tai padaryti yra parodyti, kad tiriama sritis yra transkribuojama į RNR
10-25

26. Genų ekspresija gali būti nustatyta cDNR bibliotekoje
Tai padaroma sukuriant cDNA biblioteką
cDNR (copy DNA) yra gaunama atvirkštinės transkriptazės pagalba susintetinus DNR nuo mRNR, išskirtos iš ląstelės
cDNR biblioteka taip pat vadinama EST biblioteka (expressed sequence tag library)
Šios sekos taip pat gali būti naudojamos kaip žymenys, atliekant fizinį chromosomų kartografimą
EST bibliotekoje esančios sekos gali būti sekvenuotos ir vėliau palygintos su genomo sekomis
Atitikimai rodo, kurios genomo vietos koduoja genus
cDNR bibliotekos sukūrimas padeda tirti genų reguliaciją genomo lygmenyje
Tokių tyrimų strategija yra išskirti mRNR esant skirtingoms ląstelės ar organizmo funkcionavimo sąlygoms
Tada galima nustatyti tas mRNR, kurios yra sintetinamos tik esant vienokioms ar kitokioms sąlygoms
10-26

27. Mikrogardelės gali nustatyti transkribuojamus genus
Sukurtas naujas tyrimo metodas, vadinamas DNR mikrogardelėmis (taip pat vadinama genų lustais)
Šis naujas metodas leidžia vienu metu tirti tūkstančių genų veiklą
DNR mikrogardelė yra maža silicio, stilo ar plastiko plokštelė, padengta daugelio DNR sekų taškeliais
Kiekviena iš šių sekų atitinka vieną žinomą geną
Šios sekos veikia kaip zondai, aptinkantys transkribuojamus genus
10-27

28. Šie DNR fragmentai gali būti
Amplifkuoti PGR pagalba ir vėliau pritvirtinti ant mikrogardelės
Tiesiogiai susintetinti ant mikrogardelės
Viena mikrogardelė turi dešimtis tūkstančių skirtingų taškų, o jos dydis neviršia pašto ženklo
Kiekvieno taško (su skirtingo geno DNR) padėtis gardelėje yra tiksliai žinoma
DNR mikrogradelių gamybos technologija yra gana įdomi ir primena technologiją, kuri naudojama rašaliniuose spausdintuvuose
Pagamintos DNR mikrogardelės naudojamos hibridizacijai su cDNR, susintetinta atvirkštinės transkriptazės pagalba nuo iš ląstelės išskirtų mRNR
10-28

29. 10-29 Mikrogardelė nuplaunama
Po to ji tiriama skenuojančiu konfokaliniu fluorescenciniu mikroskopu
Tiriama fluorescuojančios vietos, kurios rodo įvykusią hibridizaciją
10-29

30. 10-30

31. DNR mikrogardelių panaudojimas
Aprašymas
Specifinėms ląstelėms būdingos genų ekspresijos tyrimai
Lyginant cDNR, gautas iš skirtingų tipų ląstelių, galima nustatyti genus, kurių ekspresija vyksta tik tam tikrose ląstelėse ar audiniuose
Genų reguliacijos tyrimai
Galima tirti kintančių aplinkos sąlygų įtaką genų ekspresijai
Metabolizmo kelių tyrimai
Galima tirti visų genų, dalyvaujančių viename ar kitame metabolizmo kelyje, ekspresiją
Vėžinių ląstelių tyrimai
Skirtingų tipų vėžinių ląstelių genų ekspresija labai skiriasi. DNR mikrogardeles galima naudoti klasifikacijai navikų, kurie morfologiškai nesiskiria
Genetinio kintamumo tyrimai
Mutantinis alelis gali hibridizuotis su mikrogardele prasčiau, negu laukinio tipo alelis
Mikroorganizmų kamienų identifikacija
Mikrogardelių pagalba galima atskirti giminiškų bakterijų rūšis ar porūšius
10-31

32. 10.3 PROTEOMIKA
Proteomika tiria organizmo gaminamų baltymų funkcinę paskirtį
Pilnas rūšies baltymų rinkinys yra vadinamas proteomu
Genomikos duomenys gali suteikti svarbių žinių apie proteomą
1. DNR mikrogardelės parodo genus, kurie yra transkribuojami esant tam tikroms sąlygoms
2. Skirtingų rūšių genų homologijos tyrimai gali būti panaudojami baltymų struktūrai ar funkcijai nuspėti
Tačiau genominius tyrimus turi sekti tiesioginiai pačių baltymų tyrimai
10-32

33. Proteomas yra žymiai didesnis už genomą
Viso genomo sekvenavimas ir analizė gali padėti nustatyti visus rūšies genus
Tačiau proteomas yra didesnis už genomą ir tikrąjį jo dydį sunku nustatyti
Taip įvyksta dėl keletos procesų
1. Alternatyvaus splaisingo
2. RNR redagavimo
3. Potransliacinės kovalentinės modifikacijos
10-33

34. 1. Alternatyvus splaisingas
Svarbiausias pokytis, atsiradęs eukariotuose
Viena pre-mRNR yra pertvarkoma į keletą skirtingų mRNR
Splaisingas dažnai yra specifiškas tam tikroms ląstelėms arba tam tikroms aplinkos sąlygoms
2. RNR redagavimas
Sutinkamas rečiau už alternatyvų splaisingą
Pakeičia koduojančią mRNR seką
3. Potransliacinė kovalentinė modifikacija
Funkcionaliam baltymui sukurti gali būti reikalingos negrįžtamos modifikacijos
Proteolitinis procesingas; prostetinių grupių, cukrų ar lipidų prisijungimas
Grįžtami pokyčiai gali trumpam pakeisti baltymo funkcijas
Fosforilinimas; metilinimas
Visi šie procesai padidina potencialių baltymų kiekį proteome
10-34

35. Baltymų mikrogardelės
Yra kuriamos ir baltymų mikrogardelės
Baltymų mikrogardelių kūrimas yra sudėtingesnis procesas
1. Baltymus žymiai lengviau pažeisti, atliekant įvairias manipuliacijas, reikalingas mikrogardelei pagaminti
2. Baltymų sintezė ir išgryninimas reikalauja daug daugiau laiko, lyginant su DNR
Nepaisant to, pastaraisiais metais yra pasiektas tam tikras progresas baltymų mikrogardelių kūrime ir panaudojime proteomikos tyrimuose
10-35

36. Baltymų mikrogardelių panaudojimas
Aprašymas
Baltymų ekspresijos tyrimai
Antikūnų mikrogardelės pagalba galima tirti baltymų ekspresiją, nes kiekvienas antikūnas, esantis mikrogardelės taške, atpažįsta specifinę aminorūgščių seką
Baltymų funkcijos tyrimai
Grupės baltymų substratinis specifiškumas ir fermentinis aktyvumas gali būti tiriami veikiant mikrogardelę skirtingais substratais
Baltymų sąveikos su baltymais tyrimai
Dviejų baltymų gebėjimas sąveikauti gali būti tiriamas veikiant mikrogardelę fluorochromu pažymėtais baltymais
Farmakologiniai tyrimai
Vaistų gebėjimas susijungti su ląstelės baltymais gali būti tiriamas veikiant mikrogardelę įvairiais pažymėtais vaistais
10-36

37. Yra du pagrindiniai baltymų mikrogardelių tipai
1. Antikūnų mikrogardelės
2. Funkcinės mikrogardelės
Antikūnų mikrogardelės
Sudarytos iš rinkinio antikūnų, atpažįstančių trumpas peptidų sekas
Naudojamos įvertinti baltymų ekspresijos laipsniui
Funkcinės mikrogardelės
Sudarytos iš daugelio skirtingų ląstelės baltymų
Naudojamos baltymų funkcijoms tirti
10-37

38. 10.4 BIOINFORMATIKA
Kompiuteris tapo svarbiu genetinių tyrimų instrumentu
Genetikos ir informatikos mokslų sandūroje susikūrė nauja mokslo šaka - bioinformatika
Genetinių sekų kompiuterinei analizei paprastai reikia trijų pagrindinių elementų:
Kompiuterio
Kompiuterinių programų
Genetinių duomenų
10-38

39. Sekos analizuojamos naudojant kompiuterines programas
Kompiuterinė programa yra apibrėžta operacijų seka, kuri gali analizuoti duomenis pasirinktu būdu
Pirmasis kompiuterinės genetinių duomenų analizės etapas yra kompiuterinių duomenų bylos sukūrimas
Ši byla yra informacijos rinkinys, tinkamas saugoti ir manipuliuoti kompiuteryje
Pavyzdžiui, bylą gali sudaryti lacY geno iš E. coli DNR seka
10-39

40. Skaičiai rodo bazės numerį sekos byloje
10-40

41. Duomenų suvedimas į kompiuterį atliekamas
Rankiniu būdu
Automatizuotai (tiesiogiai iš sekvenavimo įrenginio)
Genetinės sekos, esančios kompiuterinėse bylose, gali būti analizuojamos daugeliu būdų
Pavyzdžiui, gali būti ieškoma atsakymų į šiuos klausimus
1. Ar sekoje yra genų?
2. Ar genai turi reguliuojančias sekas (promotorius, splaisingo vietas ir kt.)?
3. Ar seka koduoja polipeptidą?
Jei taip,tai kokia šio polipeptido seka?
4. Ar seka yra homologinė kuriai nors kitai sekai?
5. Koks yra evoliucinis ryšys tarp dviejų ar daugiau genetinių sekų?
10-41

42. Kompiuterinės duomenų bazės
Genetinės informacijos kiekis, nustatomas mokslininkų, yra itin didelis
Ši informacija kompiuterinių bylų pavidalu yra kaupiama genetinių duomenų bazėse
Bylos tokiose duomenų bazėse dažniausiai yra anotuotos
Jose yra genetinė seka ir detalus jos aprašymas
Be to, pateikiamos kitos svarbios sekų ypatybės
Pasaulyje egzistuoja keletas didelių genetinių duomenų bazių, turinčių duomenis iš tūkstančių laboratorijų
10-42

43. Pagrindinės genetinių duomenų bazės
Tipas
Aprašymas
Nukleotidų sekos
Duomenys kaupiami trijose bendradarbiaujančiose duomenų bazėse: GenBank (JAV), EMBL (European Molecular Biology Laboratory Nucleotide Sequence Database) ir DDBJ (DNA Data Bank of Japan).
Aminorūgščių sekos
Pagrindinės duomenų bazės yra šios: Swissprot (Swiss Protein Database), PIR (Protein Information Resource), Genpept (transliuojamų peptidų sekos iš GenBank db), TrEMBL (transliojamų peptidų sekos iš EMBL db)
Erdvinės struktūros
PDB (Protein Data Bank) saugomos biologinių makromolekulių, pagrindinai baltymų, erdvinės struktūros. Pagrindiniai duomenys gauti rentgenostruktūrinės analizės būdu arba naudojam BMR.
Baltymų motyvai
Prosite yra duomenų bazė, kaupianti informaciją apie baltymų motyvus, būdingus baltymų šeimoms, domenų struktūroms ar potransliacinėms modifikacijoms
10-43

44. Kompiuterinės duomenų bazės
Anksčiau paminėtos genetinių duomenų bazės kaupia informaciją apie daugelį skirtingų biologinių rūšių
Taip pat yra kuriamos genomo duomenų bazės
Tai yra specializuotos duomenų bazės, kuriose kaupiami duomenys apie atskiras rūšis
Jų pagrindinis tikslas yra susisteminti sekvenavimo ir kartografavimo rezultatus
Genomo duomenų bazėse taip pat yra duomenų apie alelius, tyrimus atliekančius mokslininkus ir bibliografinės rodyklės
10-44

45. Skirtingos analizės strategijos
Kompiuterinės programos gali aptinkti reikšmingas vietas labai ilgose sekose
Jų veikimo principas gali būti pademonstruotas 54 raidžių sekos pavyzdžiu:
GJTYLLAMAQLHEOGYLTOBWENTMNMTORXXXTGOODNTHEQALLYTLSTORE
Šią seką galima analizuoti bent trimis būdais
10-45

46. Pirmoji programa gali nustatyti visus anglų kalbos žodžius, esančios šioje sekoje:
GJTYLLAMAQLHEOGYLTOBWENTMNMTORXXXTGOODNTHEQALLYTLSTORE
Antroji programa nustato žodžių serijas, kurios formuoja gramatiškai teisingą sakinį:
GJTYLLAMAQLHEOGYLTOBWENTMNMTORXXXTGOODNTHEQALLYTLSTORE
Trečioji programa aptinka penkių raidžių sekas, kurios randamos orientuotos priešingomis kryptimis:
GJTYLLAMAQLHEOGYLTOBWENTMNMTORXXXTGOODNTHEQALLYTLSTORE
10-46

47. Taigi, kompiuterių programos atpažįsta arba sekas, arba struktūras
Sekų atpažinimas
Programa turi informacijos, kad specifinė seka ar simboliai turi specializuotą reikšmę
Turėdama šią informaciją, pirmoji programa gali nustatyti sekas ar raides, kurios sudaro žodžius
Struktūrų atpažinimas
Nėra paremtas specifinių sekų turimos informacijos atpažinimu
Šio tipo programos (pvz., pavyzdžio trečioji programa) ieško tam tikrų dėsningų struktūrų, kurios gali būti bet kurioje sekoje ar sekų grupėje
10-47

48. Anksčiau paminėtos programos iliustruoja pagrindines sekų identifikavimo strategijas:
1. Nustatomos prasmingos specializuotos sekos (sekų elementai), esančios labai ilgoje genetinėje sekoje
Kurie sekų elementai prasmingi, yra nustatyta pačioje programoje
Pavyzdys yra pirmoji programa
2. Nustatoma sekų ar jų elementų organizacija
Pavyzdys yra antroji programa
3. Nustatoma sekų struktūra
Pavyzdys yra trečioji programa
10-48

49. Genetinė seka, turinti tam tikrą funkciją, yra vadinama sekos elementu arba sekos motyvu
Taip pat aptikti specifiniai aminorūgščių motyvai, atliekantys baltymuose specializuotas funkcijas
Pvz., asparaginas–X–serinas (kur X yra bet kuri aminorūgštis) yra eukariotų baltymų glikozilinimo vieta
Prosite duomenų bazėje yra kaupiamos žinios apie aminorūgščių motyvus, turinčius funkcinę reikšmę
Tokia duomenų bazė padeda greičiau išsiaiškinti naujai aptiktų baltymų funkcijas
10-49

50. Trumpi sekų elementai, nustatomi kompiuterinės analizės metu
Sekos tipas
Pavyzdys
Promotoriai
Daugelis E.coli promotorių turi TTGACA (-35 padėtis) ir TATAAT (-10 padėtis) sekas. Eukariotų promotoriai gali turėti CAAT, GC, TATA dėžutes ir t.t
Atsako elementai
Gliukortikoidų atsako elementai (AGRACA), cAMP atsako elementai (GTGACGTRA)
Starto kodonas
ATG
Stop kodonai
TAA, TAG, TGA
Splaisingo vieta
GTRAGT YNYTRAC(Y)nAG
Poliadenilinimo signalas
AATAAAA
Aukšto dažnio kartotinės sekos
Santykinai trumpos sekos, pasikartojančios genome daugelį kartų
Transpozabilūs elementai
Paprastai nustatomi pagal tai, kad tiesioginės pasikartojančios sekos yra apsuptos invertuotų pasikartojančių sekų
R – bet kuris purinas, Y – bet kuris pirimidinas, N - bet kuri bazė
10-50

51. Struktūrinių genų nustatymas
Genų nustatymui kompiuterinės programos gali naudoti skirtingas strategijas:
Paieška pagal signalą
Programa bando nustatyti žinomų sekų elementų, dažniausiai randamų genuose, išsidėstymą tiriamoje sekoje
Promotoriai, starto/stop kodonai
Paieška pagal turinį
Programa stengiasi nustatyti sekas, kurių nukleotidų sudėtis skiriasi nuo atsitiktinio pasiskirstymo
Tai daroma todėl, kad struktūriniuose genuose kodonai naudojami neatsitiktinai
10-51

52. Kitas būdas nustatyti koduojančias sritis yra analizuoti transliuojamus skaitymo rėmelius
DNR sekoje kodonų nuskaitymas gali prasidėti nuo pirmojo, antrojo arba trečiojo nukleotido
Tai 1, 2 ir 3-as skaitymo rėmeliai
Atviras skaitymo rėmelis (open reading frame - ORF) yra nukleotidų seka, neturinti stop kodonų
Prokariotams būdingi ilgi atviri skaitymo rėmeliai
Eukariotų koduojančios sekos gali būti pertrauktos intronų
10-52

53. Taip pat gali būti, kad seka nuskaitoma iš kairės į dešinę
Kompiuterinė programa gali nustatyti visus atvirus skaitymo rėmelius genominėje DNR sekoje, ieškodama ilgo ASR
Stop kodonai
Ilgas ASR
Taip pat gali būti, kad seka nuskaitoma iš kairės į dešinę
Todėl naujai nustatytoje sekoje galimi šeši rėmelių skaitymo variantai
10-53

54. Kompiuterinės programos gali nustatyti homologines sekas
DNR sekvenavimo duomenys leidžia tirti evoliucinius ryšius molekuliniame lygmenyje
Tokie tyrimai tapo galingu genomikos tyrimų metodu
Lyginant genetines sekas, kartais galima aptikti dvi ar daugiau panašių sekų
10-54

55. Šiu atveju sekos panašios, nes du tiriami genai yra homologiški
lacY geno DNR sekos
~ 78% bazių sutampa
Šiu atveju sekos panašios, nes du tiriami genai yra homologiški
Jie išsivystė iš to paties protėvinio geno
10-55

56. Du lacY genai yra panašūs, bet nevienodi
Atsitiktinių mutacijų kaupimasis dviejuose genuose
10-56

57. Svarbu nepainioti sąvokų homologija ir panašumas
Kai du homologiniai genai yra randami skirtingose rūšyse, jie yra vadinami ortologais
Kai du homologiniai genai randami tame pačiame organizme, jie yra vadinami paralogais
Genų šeima, sudaryta iš dviejų ar daugiau homologinių genų kopijų, esančių to paties organizmo genome
Svarbu nepainioti sąvokų homologija ir panašumas
Homologija nurodo bendrą kilmę
Panašumas reiškia didelį sekų sutapimo laipsnį
Daugeliu atveju panašumas yra dėl homologijos
Tačiau taip yra ne visada
10-57

58. Tiriant genų sekas galima nusakyti RNR ir baltymų struktūrą
Makromolekulių, tokių kaip DNR, RNR ir baltymai, funkcijos priklauso nuo jų struktūros
Jų erdvinė struktūra iš tiesų priklauso nuo juos sudarančių elementų linijinio išsidėstymo
Dabartiniu metu erdvinė makromolekulių struktūra tyrinėjama naudojant pagrindinai biofizikinius metodus
Pvz., rentgenokristalografiją ir BMR
Šie metodai yra techniškai sudėtingi ir reikalauja daug laiko
DNR sekvenavimas yra žymiai paprastesnis
10-58

59. RNR molekulės paprastai sudaro antrines struktūras, turinčias dvigrandinines sritis
Šios struktūros yra toliau lankstomos ir pakuojamos, susidarant tretinėms struktūroms
Genetikus šios struktūros domina, nes nuo jų priklauso molekulių funkcijos
Todėl RNR struktūrų kompiuterinis modeliavimas yra svarbus tokių tyrimų instrumentas
10-59

60. Šioje struktūroje yra 45 smeigtuko galvutės struktūros
E.coli 16S RNR antrinės struktūros modelis
10-60

61. Struktūros nustatymas taip pat naudojamas ir proteomikoje
Pasikartojantys baltymų struktūriniai elementai yra a spiralės ir b klostės
Keletas kompiuterinių programų yra naudojamos antrinei baltymų struktūrai nustatyti, remiantis pirmine jų struktūra
Šios programos remiasi keletu skirtingų parametrų
Dažniausiai yra naudojami aminorūgščių statistiniai dažniai, nustatyti tiriant tas antrines struktūras, kurios buvo kristalizuotos
Baltymų antrinės struktūros kompiuterinio nustatymo tikslumas siekia 60-70%
10-61