Karşılaştırmalı genomik, araştırmacıların farklı türlerin tüm genom dizilerini karşılaştırmak için bilgisayar tabanlı analiz de dahil olmak üzere çeşitli araçlar kullandığı heyecan verici bir biyolojik araştırma alanıdır. İnsanlardan şempanzelere mayaya kadar uzanan organizmaların genomları da dahil olmak üzere çeşitli organizmaları tanımlayan özellikleri dikkatli bir şekilde karşılaştırarak araştırmacılar benzerlik ve farklılık bölgelerini tespit edebilirler. Bu bilgi, bilim insanlarının insan genlerinin yapısını ve işleyişini daha iyi anlamalarına ve insan hastalıklarıyla mücadele için yeni stratejiler geliştirmelerine yardımcı olabilir.
Karşılaştırmalı genomik yararları nelerdir?
"Korunan" DNA dizilerinin tanımlanması, yani milyonlarca yılda birçok farklı organizmada korunması genomun kendisini anlamaya yönelik önemli bir adımdır. Hayat için gerekli olan genleri tespit eder ve birçok türün gen işlevini kontrol eden genetik sinyalleri vurgular. Hangi genlerin çeşitli biyolojik sistemlerle ilişkili olduğunu daha iyi anlamak için bize yardım eder; bu da, insan hastalıklarının tedavisinde ve insan sağlığının iyileştirilmesinde yenilikçi yaklaşımlara dönüşebilir.
Karşılaştırmalı genomik de evrimi incelemek için güçlü bir araçtır. Bilim adamları, türler arasındaki evrimsel ilişkileri ve DNA'daki karşılık gelen farklılıkları değerlendirip analiz ederek, canlıların görünüm, davranış ve biyolojisinin zamanla nasıl değiştiğini daha iyi anlayabilirler.
DNA sıralama teknolojisi daha güçlü ve daha ucuz hale geldiğinde, karşılaştırmalı genomik tarım, biyoteknoloji ve zooloji alanında hayvan türleri arasındaki farklılıkların farkına varan daha geniş uygulamalar buluyor. Bu çabalar, evrim ağacında bazı dallara yeni bilgiler sunmanın yanı sıra evcil hayvan sağlığının iyileştirilmesine ve nadir ve nesli tükenmekte olan türlerin korunması için yeni stratejilere işaret etmesine yol açtı.
Genom nedir?
Neredeyse tüm canlıların, yani bitki ve hayvanların genomları, DNA'yı (deoksiribonükleik asit), farklı proteinleri kodlayan genleri içeren kimyasal zinciri ve bu genleri açıp kapatan düzenleyici dizileri içerir. Hangi proteinin belirli bir gen tarafından üretildiği tam olarak, DNA'nın bükülmüş, çift heliksli boyunca dört temel bloğun (adenin (A), timin (T), sitozin (C) ve guanin (G) yer aldığı sırayla belirlenir yapısı.
Karşılaştırmalı genomik alanının sonuçları nelerdir?
Karşılaştırmalı genomik dramatik sonuçlar vermiştir. Araştırmacılar, insan gelişimi ve davranışından metabolizmaya ve hastalığa yatkınlığa kadar uzanan alanları keşfetmek için giderek karşılaştırmalı genomik kullanıyor. Bu çalışmalar türler arasında paylaşılan veya ilişkili yeni davranışsal, nörolojik ve gelişimsel yollar ve genlerin ortaya çıkmasını sağlamaktadır. Bazı araştırmacılar, insanlardaki hastalık gelişimine yeni kavrayışlar kazandırma umuduyla hayvanlarda hastalığın genetik temelini ortaya çıkarmak için karşılaştırmalı genomik kullanıyorlar.
Şimdiye kadar elde edilen sonuçlar arasında şunlar var:
Bir çalışma, meyve sinekleri ve insanlar arasında yaklaşık yüzde 60 genlerin korunduğunu keşfetti. Bu, iki organizmanın bir temel gen kümesini paylaştığı anlamına geliyor. Kansere karıştığı bilinen insan genlerinin üçte ikisi, meyve sinekinde muadillerine sahiptir.
Altı maya türünün karşılaştırmalı bir genomik analizi, bilim insanlarını başlangıçtaki maya genleri katalogunu önemli ölçüde revize etmeye ve yalnızca mayada değil, birçok türün genom aktivitesini düzenleyen yeni bir fonksiyonel unsur kümesini öngörmeye itti.
Süt üretimini araştıran araştırmacılar, ineklerde yüksek yağlı süt verimi arttıran genleri haritalamışlar ve bu da üretim seviyelerinin yükselmesine ve potansiyel olarak önemli ekonomik etkilere neden olmaktadır. Bu, gıda üretimini arttırmayı amaçlayan birçok araştırmadan biridir.
Bilim adamları, sığırlarda kas yapmayı arttıran genleri iki katına çıkardı; yarış köpeklerinde aynı genleri bulmuşlar ve bu tür sonuçlar insan performans çalışmalarını hızlandırabilir.
Yaklaşık 50 kuş türünün genomlarının karşılaştırılması kuşlarda şarkı söylemenin temelini oluşturan ve insan konuşması ve dilinde önemli bir role sahip olabilen bir gen ağı ortaya koymuştur. Kuş araştırmacılar ayrıca gen ağlarını tüyler ve gagalar gibi özelliklerden sorumlu buldu.
Son yıllarda, Ulusal İnsan Genom Araştırma Enstitüsü (NHGRI) intramural programındaki araştırmacılar, durumun insan biçimine yeni kavrayışlar geliştirmeye çalışmak için ortak kanserler ve diğer hastalıklar dahil olmak üzere köpeklerde çeşitli kanser türlerinin genomiklerini inceledi. Bazı vakalarda, bu bozukluklara katkıda bulunan genleri eşleştirmişlerdir.
Diğer çalışmalarda, NHGRI araştırmacıları, büyüme ve gelişmeyi daha iyi anlamak için genlerin köpeklerde vücut şeklini ve boyutunu nasıl etkilediğini karşılaştırıyor. Uyku sorunları olan köpekler üzerinde yapılan araştırmalar, uyku sorunlarının tedavisinde gen ve yolları (ve potansiyel uyuşturucu hedefleri) ortaya çıkarmıştır.
Hangi diğer genomlar sıralanmıştır?
Araştırmacılar, yüzlerce hayvanın ve bitkinin - yalnızca 250 hayvan türü ve 50 tür kuş - tek başına genomlarını diziledi ve liste hemen hemen her gün büyümeye devam ediyor.
2003'te tamamlanan insan genomunun dizilimine ek olarak, İnsan Genomu Projesi ile ilgili bilim insanları, insan biyolojisi incelemesinde yaygın olarak kullanılan bazı model organizmaların genomlarını diziledi. Bunlara sıçan, puffer balıkları, meyve sineği, deniz fıskiyesi, yuvarlak kurt ve bakteri Escherichia coli dahildir. Bazı organizmalar için NHGRI, genetik çeşitliliği anlamak için kritik veriler sağlayan pek çok çeşidi sıralamıştır.
NHGRI tarafından desteklenen DNA dizileme merkezlerinde tavuk, köpek, bal arısı, goril, şempanze, deniz kestanesi, mantar ve diğer pek çok organizmanın genomları sıralanmıştır.
Ulusal İnsan Genom Araştırma Enstitüsü (NHGRI) bu yeni araştırma alanının büyümesine nasıl katkıda bulunuyor?
NHGRI, DNA dizileme yöntemleri ve teknolojilerinin - bilişim de dahil olmak üzere - geliştirilmesine öncülük etti ve çok çeşitli türlerin genomlarını incelemek için araştırma finanse etti. Ulusal Sağlık Enstitüleri (NIH) İntramural Sıralandırma Merkezi birçok organizmanın diziliminde araç olmuştur.
ENCODE (DNA Elemanları Ansiklopedisi) ve modENCODE (model organizma Ansiklopedisi DNA Elemanları) gibi NHGRI programları, genlerin nasıl işlediğini daha iyi anlamaya çalışmak için hayvan ve insan genomlarının iç işleyişlerini karşılaştırdı ve tezat oluşturdu.
ModENCODE'de, araştırmacılar, sinek, solucan ve insan genomları arasında ortak bir gen etkinliği ve düzen kalıpları buldular. Fare ENCODE Konsorsiyumu, genel olarak, gen etkinliğini kontrol etmek için kullanılan sistemlerin farelerde ve insanlarda birçok benzerliğe sahip olduğunu gösterdi.
Kaynak: https://www.genome.gov/11509542/comparative-genomics-fact-sheet/
