Hvad er komparativ genomik?

af Dr. Surat P, Ph. D. gennemgået af Dr. Tomislav me Prittrovi, MD, Ph. D.

sammenlignende genomik er et felt af biologi, hvor genomet af forskellige arter sammenlignes med hinanden for at forstå evolutionære og molekylære forskelle mellem arter. Udviklingen af lave omkostninger, næste generations sekventering har muliggjort analysen af en overflod af relaterede genomer ved hjælp af komparativ genomik. Denne artikel har til formål at beskrive de teknikker, der anvendes i komparativ genomik og deres fordele/ulemper.

Spring til:

• genomsekventering og genom sammenligning
• DNA-sekventering og synteny
• homolog DNA-analyse
• fylogenetisk afstand
• fordele ved komparativ genomik

vrk |

genomsekventering og genomsammenligning

genetisk information er kodet af fire nukleosider: adenin, cytosin, guanin og thymin. Bestemmelse af rækkefølgen af disse nukleosider i lineært DNA danner grundlaget for sekventering. Sammen med det menneskelige genom er genomerne fra flere modelorganismer nu blevet sekventeret – herunder chimpanser, mus, frugtfluer, pufferfisk, rundorm, bagergær og bakterier. I alt er genomerne af mere end 1000 prokaryote organismer og 1300 arter blevet sekventeret til dato.

det første trin i komparativ genomik er at sammenligne generelle træk såsom: genomstørrelse, antal gener og kromosomnummer. For eksempel har Arabidopsis (en plante) et mindre genom sammenlignet med Drosophila, frugtfluen, der har dobbelt så mange gener. Interessant nok svarer Genomstørrelsen af Arabidopsis til mennesker, hvilket antyder, at genomstørrelse ikke er en indikator for kompleksitet eller evolutionær status.

DNA-sekventering og synteny

Synteny er en metode, hvormed gener er arrangeret i lignende blokke på tværs af arter for at identificere lignende og forskellige regioner. Omfanget af lighed og ulighed kan variere på tværs af kromosomerne. For eksempel svarer kromosom 20 af mennesker næsten fuldstændigt til musens andet kromosom.

tilsvarende svarer det syttende kromosom af mennesker med musens kromosom 11. Således kan analyse vise, hvordan kromosomale ændringer, der er sket i mus og menneskelige kromosomer, siden de divergerede fra en fælles forfader for næsten 75-80 millioner år siden.

homolog DNA-analyse

en anden metode anvendt i komparativ genomik er homologianalyse, hvor homologe kromosomer af forskellige arter er justeret. I en undersøgelse blev genet for pyruvatkinase hos mennesker justeret med den homologe sekvensform hund, mus, kylling og sebrafisk (blandt andre), og efterfølgende blev regionerne med høj sekvenslighed afbildet.

såsom analyse viste høj lighed i sekvenserne af menneske og makak (en primat), mens kylling og sebrafisk kun viste lighed i de kodende regioner. En sådan analyse kan bruges til at finde ud af, hvilke genomiske træk der er bevaret i løbet af evolutionen, og omvendt hvilke træk der er diversificeret.

fylogenetisk afstand

fylogenetisk afstand er et ikke-parametrisk træk, der bruges til at måle graden af adskillelse mellem to organismer. Denne parameter er baseret på antallet af sekvensændringer, der er akkumuleret over en periode på år eller generationer. Denne afstand er omvendt proportional med sekvenslighed mellem organismerne – dvs.mindre sekvenslighed, mere er den fylogenetiske afstand mellem dem.

Over længere fylogenetiske afstande (såsom en milliard år) siden organismerne adskilt, kan kun generelle slutninger indsamles. For tættere fylogenetiske afstande, såsom 50-200 millioner år siden adskillelse, kan funktionelt og ikke-funktionelt DNA diskrimineres, hvilket efterfølgende kan føre til identifikation af kodende regioner, ikke-kodende RNA ‘ er, regulerende regioner osv.

for fylogenetiske afstande mindre end 5 millioner år kan sekvensforskelle bruges til at udlede mindre og subtile forskelle i form og form. Derfor kan sammenlignende genomiske forskelle give en masse kraftfulde oplysninger.

fordele ved komparativ genomik

sammenlignende genomer har ført til interessant indsigt, såsom at humant genom og frugtflue deler 60% af deres gener. Næsten to tredjedele af kræftgenerne har også homologe gener i frugtfluen. Sådanne resultater har en dybtgående indvirkning på menneskers sundhedsforskning. Bortset fra sundhed har det også konsekvenser inden for forskellige områder som landbrug, bioteknologi, dyrelivsvidenskab, bevaringsbiologi osv.

yderligere læsning

• alt genomisk indhold
• Hvad er genomik?
• næste generations sekventering: det grundlæggende
• Genomanalyse
• hvor vigtig er Intronisk Variation?

skrevet af

Dr. Surat P

Dr. Surat dimitterede med en ph.d. i cellebiologi og Mekanobiologi fra Tata Institute of Fundamental Research (Mumbai, Indien) i 2016. Forud for sin ph. d. studerede Surat for en Bachelor of Science (B.Sc hun var modtager af en Indian Academy of Sciences sommer stipendium til at studere de proteiner, der er involveret i AIDs. Hun producerer kronikker om en bred vifte af emner, såsom medicinsk etik, data manipulation, pseudovidenskab og overtro, uddannelse, og menneskelig udvikling. Hun brænder for videnskabskommunikation og skriver artikler, der dækker alle områder inden for biovidenskab.

citater