გენომის შესწავლის თანამედროვე ტექნოლოგიები

სიტყვა გენომი წარმოდგება სიტყვა გენისა და ქრომოსომის კომბინაციისგან. ტერმინი შემოიტანა გერმანელმა ბიოლოგმა ჰ. ვინკლერმა 1920 წელს, რომელმაც გენომი განმარტა როგორც ქრომოსომების დიპლოიდური კომპლექტი მასში ლოკალიზებული გენებით.

გენომური ანალიზი ეს არის ბიოტექნოლოგია, რომელიც სწავლობს გენომს ანუ გენთა ერთობლიობას ცოცხალი ორგანიზმის უჯრედების ბირთვებში. გენომის ანალიზით ხდება გენომში გენების შემადგენლობის, სტრუქტურის და გენომის ევოლუციის შესწავლა. გენომის ანალიზი, როგორც დისციპლინა ჩამოყალიბდა 80 წლების ბოლოს და შეიცავს ორ მნიშვნელოვან ანალიზს: გენომის სტრუქტურულ და გენომის ფუნქციურ ანალიზს.

გენომის სტრუქტურული ანალიზი გულისხმობს გენომის ორგანიზაციის შესწავლას. აქ გამოყოფენ: გენომის გენეტიკურ კარტოგრაფიას, რომელიც ითალისწინებს გენომში წარმოდგენილ გენებს შორის დისტანცირების გამოყოფას, მათი ურთიერთ დაკავშირებების საფუძველზე და გენომის ფიზიკურ კარტოგრაფიას ანუ ქრომოსომებზე გენების ფიზიკური ლოკალიზაციის შესწავლას.

გენომის ფუნქციური ანალიზით ხდება გენების ფუნქციონირების შესწავლა: გენთა რეგულაციის ექსპრესიის შესწავლა დაგენებში წარმოქმნილი მუტაციების შესწავლა. გენომის ანალიზის რეალიზება ხორციელდებაბიოინფორმატიკის საფუძველზე

ბიოინფორმატიკა განიხილება, როგორც მულტიდისციპლინა, იგი მოიცავს გარკვეულ კონცეფციებსა და საჭირო ტექნიკას, იმისთვის რომ მოხდეს გენეტიკური ინფორმაციის, კონკრეტულად ნუკლეოტიდების თანამიმდევრობების ინტერპრეტაცია სტრუქტურულად და გამოისახოს კომპიუტერულ სისტემებში. მაშასადამე ხდება ბიოინფორმაციის აღწერა.

ჯერ კიდევ 1970 წლის დასაწყისში დაიწყო უმაღლესი ორგანიზმების გენომის ანალიზის დეტალურად შესწავლა. კერძოდ, გენომის დანაწილება ფრაგმენტებად, იზოლირება და გენის შეუზღუდავი რაოდენობით მიღება, რომლის სტრუქტურა და ფუნქციონირება მართებულად იყო შესწავლილი.ამ მეთოდებმა დასაბამი მისცეს გენეტიკურ თერაპიას, რომელსაც აქვს დაავადებაში გენეტიკური შეცდომების ობიექტურად შესწორების უნარი და ამ მხრივ მნიშვნელოვანია მედიცინისთვის, სხვადასხვა დაავადებების შესწავლის თვალსაზრისით, ისევე ფარმაკოლოგიაში– მკურნალობისთვის საჭირო წამლების სწორად შერჩევის თვალსაზრისით. ბიოტექნოლოგიების ინოვაციური მეთოდების საშუალებით, ხორციელდება გენომის ზუსტი გამოკვლევა.

1972 წელს დანერგილი იქნა გენომის კვლევის ორი მეთოდი. მეთოდები შემუშავებული იქნა, ორი მეცნიერული გუნ­დის მიერ ერთმანეთისგან დამოუკიდებლად, ამერიკის გუნდის ხელმძღვა­ნელი იყო უოლტერ ჯილბერტი (Walter Gilbert), ხოლო ინგლისის გუნდის ხელძღვა­ნელი ფრედერიკ სანგერი (Frederick Sanger).

სანგერის მეთოდს წარმოადგენს ფერმენტული სინთეზის სელექციურობის, შერჩევითობის მეთოდი, რომლისთვისაც საჭიროა დნმ-ის მატრიცულ ძაფზე მოხდეს კომპლიმენტარულობის პრინციპით, ფერმენტის სინთეზისთვის საჭირო ძაფის აგება, გამოიყენება დნმ-პოლიმერაზა და ოლიგონუკლეოტიდების ავტომატიური ქიმიური სინთეზი. ამ ექსპერიმეტისათვის პირველად იქნა გამოყენებული ვირუსი, ბაქტერიოფაგი φX174.

ჯილბერტის მეთოდი ცნობილია, როგორც ქიმიური დეგრადაციის სელექციურობის მეთოდი. ამ მეთოდით ადგილი აქვს დნმ-ის დეგრადაციას ანუ დნმ-ის ორმაგი ძაფის რღვევას. გამოიყენება განსხვავებული ტოქსიკური ქიმიური რეაქტივები, ე. წ. მარკერები ოთხი ნუკლეოტიდისთვის A(ადენინი), T(თიმინი), G(გუანინი),C(ციტოზინი), რომ მოხდეს დაჭრილი,(არაუმეტეს 250 ნუკლეოტიდის ანალიზისას) დნმ-ის ნუკლეოტიდური თანამიმდევრობების სელექციურობა, შერჩევითობის პრინციპით, ამ აღმოჩენისთვის ორივე მეცნიერმა 1980 წელსნობელის პრემია მიიღო.

აღსანიშნავია, რომ ყველა თანამედროვე მეთოდი დაფუძვნებულია სანგერისა და ჯილბერტის მეთოდებზე. ბოლო 25 წლის განმავლობაში ამ მეთოდებმა განიცადეს მრავალმხრივი განვითარება ინოვაციური, თანამედროვე ტექნოლოგიების გამოყენებით.

ამჟამად გენომის ანალიზის გამოყენებად მეთოდებს მიეკუთვნება:

Southern blotsის მეთოდი, რომელიც წარმოადგენს მოლეკულური ბიოლოგიის მეთოდს, სახელი ეწოდაბრიტანელი ბიოლოგის Edwin Southern-ის საპატივცემულოდ. ამ მეთოდის არსი მდგომარეობს იმაში, რომ ფერმენ-რესტრიქტაზებით ხდება გენომის გახლეჩვა დანაწევრების სახით. შემდეგ აგაროზის გელური ელექტროფორეზით ხდება ამ რესტრიქციული ფრაგნტების დაყოფა მათი ზომების მიხედვით.

FISH Fluorescent In Situ Hybridization – ის მეთოდი, რომლის საშუალებითაც შესაძლებელია უჯრედის შიგნით არსებული ელემენტების ციტოგენეტიკურად დანახვა. გამოიყენება მარკირებული დნმ-ის ზონდები, რომლის დანახვაც შესაძლებელია ელექტრონული მიკროსკოპით. ამ მეთოდით შესაძლებელია ადამიანის გენომის კარტირება და აღნიშნულ ქრომოსომებზე დაავადებების დადგენა,დროულად მკურნალობის თვალსაზრისით.

DHLPC ანუ დენატურაციის მაღალ ეფექტური სითხური ქრომატოგრაფია. ამ მეთოდის საშუალებით ადგილი აქვს დნმ-ის ფრაგმენტის ქრომოტოგრაფიულ ანალიზს. ამ მეთოდით ხორციელდება მუტაციებისა და პოლიმორფიზმის ლიკალიზაციის დადგენა დნმ-ის ფრანგმენტში არსებულ ნულეოტიდურ თანამიმდევრობებში, ჰომოზიგოტურ და ჰეტეროზიგოტურ ნიმუშების ანალიზისას.

მნიოცენტოზი ეს არის მეთოდი, როდესაც ხდება დედის ორგანიზმში სპეციალური ხელსაწყოთი შესვლა ჩანასახამდე,გარკვეული სისხლის ბირთვიანი უჯრედების აღების მიზნით,რომმოხდეს ქრომოსომათა კარტირება,დაავადებების განსაზღვრის მიზნით.

როგორც ცნობილია, ცოცხალი ორგანიზმის უჯრედში განუწყვეტლივ მიმდინარეობს დნმ-ის გაორმაგება.PCRწარმოადგენსმეთოდს, რომლის საშუალებითაც ხდება დნმ-ის გარკვეული რაოდენობის მიღება in vitro პირობებში საანალიზოდ, დნმ-ის დენატურაციის, სპეციფიკური რეგიონების ამპლიფიკაციისა და დნმ-ის პოლიმერიზაციით დნმ-პოლიმერაზას საშუალებით. დნმ-პოლიმერაზა არის ფერმენტი, რომელსაც აქვს უნარი ერთად შეაერთოს ნუკლეოტიდები (ოლიგონუკლეოტიდები) კომპლიმენტარული პრინციპით იმ მატრიცული დნმ-ის ძაფის გამოყენებით, რომელიც განკუთვნილია საანალიზოდ. გამოიყენებათერმოსტაბილური Taq დნმ-პოლიმერაზა.რაც შეეხება ოლოგონუკლეოტიდებს ისინი წარმოადგენენ დნმ-ის ან რნმ-ის ერთძაფიან მოკლე 160-200 წყვილიან ნუკლეოტიდების თანამიმდევრობას, რომლებიც მიღებულნი არიან ქიმიური სინთეზით. ისინი ძირითადად გამოიყენება PCR – ის მეთოდისთვის, სადაც ოლიგონუკლეოტიდები წარმოადგენენ დნმ-პოლიმერაზას სამიზნეებს, რომლებიც კომპლიმენტარული პრინციპის გამოყენებით აწყობენ ნუკლეოტიდურ თანამიმდევრობის რამოდენიმე მონაკვეთს, და საბოლოოდ მიიღება ის რაოდენობა, რომელიც საჭიროა საანალიზოდ.ამ მეთოდის განხორციელება მიმდინარებს in vitro პირობებში პროგრამირებული თერმოციკლური აპარატის გამოყენებითრამოდენიმე ეტაპად.

მიკროფლუიდური სისტემები. იგი შეიქმნა მიკრო ელექტრო მექანიკური სისტემების საფუძველზე, რომელიც საყოველთაოდ ცნობილია, როგორც MEMS – Micro Electro Mechanichals Systemsსახელწოდებით. ამ სისტემების განვითარება დაიწყო 1980-იან წლებიდან. ამ ახალი სისტემების შექმნამ დასაბამი მისცა ახალი კუთხით განვითარებულიყო ისეთი მეცნიერებები როგორიცაა:ბიოქიმია, ანალიზური ქიმია, უჯრედული ბიოლოგია, მოლეკულური ბიოლოგია, იმუნოლოგია,ბიოფიზიკა დასხვა. მიკროფლუიდური სისტემა საშუალებას იძლევა მოხდეს ცოცხალ ორგანიზმში in vivo-ს შესწავლა in vitro-ს ცდების საშუალებით. მიკროფლუიდური სისტემების განვითარებამ უზრუნველყო ახალი მეთოდების წარმოშობა.

მიკროფლუიდურ სისტემიდან წარმოიქმნება მინიატურული მიკროფლუიდური სისტემა, რომელიც წარმოადგენს პატარა მინას ჩიპის სახით,მიკროსკალით წარმოდგენილია სრულყოფილი ლაბორატორია. ეს ტექნოლოგია ცნობილია ლაბო-ჩიპის სახელწოდებით. იგი გამოიყენება კვლევების ფართო სპექტრით. ლაბო-ჩიპი არის მოწინავე ტექნოლოგიის აპარატი.

ლაბო-ჩიპის აპარატი ძირითადად გამოიყენება ბიოტექნოლოგიაში, ქიმიაში, მედიცინაში დიაგნოსტირებისათვის, ფარმაკოლოგიასა და კვებით მრეწველობაში. მას გააჩნია ფართო გამოყენების სივრცე, მათ შორის კრიმინალისტიკაშიც.ლაბო-ჩიპის ტექნოლოგიის უპირატესობას წარმოადგენს: ანალიზების სისწრაფე, ანალიზის ღირებულების მკვეთრი შემცირება, გამოყენებული რეაქტივის რაოდენობის შემცირება და მიღებული ანალიზის ხარისხი,(მონაცემები არის საუკეთესო, საყოველთად მიღებული).ლაბო-ჩიპების გამოყენებამ მსოფლიო მედიცინაში გადატრიელება მოახდინა. ბიოჩიპის საშუალებით ხორციელდება დნმ-ის ანალიზი და დიაგნოსტირება. გარდა ამისა, შესაძლებელია ჩატარდეს ანალიზებისხვადასხვა სახის ცილებზე მათ შორის: ფერმენტებზე, ჰორმონებზე, ანტისხეულებზე და ა.შ

მიკროფლუიდური სისტემები მნიშვნელოვანია მედიცინისთვის. მისი საშუალებით შეიძლება განსაზღვრულ იქნეს ავადმყოფის სისხლის წვეთში ან ნერყვში ინფექციური აგენტების მგრძნობელობის, სპეციფიკურობისა და ვირულენტობის დადგენა. ასეთი ანალიზების შედეგად შესაძლებელია დროულმკურნალობა. ლაბო ჩიპისანსაკუთრებული უპირატესობა არის ის, რომ ხორციელდება ერთდროულად რამდენიმე პარამეტრის დადგენა:მაგ.უჯრედის დაყოფის შეწავლა, ცილის წარმოშობის მექანიზმების შესწავლა და სხვა. ჩიპი არის ზუსტი ინსტრუმენტი დნმ-ის იდენტიფიკაციის თვალსაზრისით, ამ მინიატურულ სისტემას შეუძლია მოახდინოს ზოგიერთი პათოგენური აგენტის გენეტიკური თანმიმდევრობის ამპლიფიკაცია და ჰიბრიდიზაცია მასში ჩაშენებული დნმ-ის საშუალებით.ეს მინიატურული სისტემაიძლევა სისხლის წვეთის, ნერწყვის ან შარდის ანალიზს, ახდენს დაავადების წარმომშობი მიკროორგანიზმების იდენტიფიკაციას. ამ ანალიზის უპირატესობა, როგორც უკვე აღვნიშნეთ არის სისწრაფე დროის განსზღვრულ მონაკვეთში და დაბალი ღირებულება გამოყენების თვალსაზრისით.

მიკროფლუიდური სისტემები და კერძოდ, მისგან განვითარებული ლაბო-ჩიპის აპარატი წარმოადგენს 21-ე საუკუნისთვის მეცნიერებასა და მედიცინაში ამოსახსნელი ამოცანების გასაღებს. ამ სისტემის გამოყენებით იმედოვნებენ, რომ მეცნიერები შესძლებენ მსოფლიოს მოიაშორონ ისეთი მძიმე დაავადებების ფორმები, როგორიცაა სიმსივნე და შიდსი. სიმსივნის შეთხვევაში შესაძლებელი გახდება უჯრედის პროლიფერაციის დროულშეჩერება გენისა და დნმ-ის დონეზე, ხოლო შიდსიშემთვევაში იმუნურ სისტემაში არსებული ანტისხეულების სწრაფვა დაღუპვისკენ. აგრეთვე, აივ ვირუსის დროული გამოკვლევების წყალობით მოხდება მისი რეზისტენტულობის დარღვევა და პროლიფერაციის უნარის დაკარგვა.

კომენტარები

comments