2. Võrdlev genoomika

Võrdlev genoomika on geneetika haru, mis uurib genoomi struktuuri ja funktsiooni erinevate bioloogiliste liikide või liinide vahel eesmärgiga tuvastada geene ja uusi mitte – kodeerivaid elemente genoomis.

Eetikanõuete tõttu pole eksperimentaalseid hüpoteese võimalik testida inimsubjektide peal. Seepärast on enamus pärilikkuse seaduspärasusi uuritud mudelsüsteemides.

Mudelsüsteemid

Mudelsüsteeme on suur valik ainuraksetest imetajateni. Näiteks on klassikalised hulkraksed mudelid rõnguss Caenorhabditis elegans  või äädikakärbes Drosophila melanogaster ja taimedest harilik müürlook Arabidopsis thaliana. 

Rõnguss http://www.mun.ca/biology/scarr/ 4241_Devo_Germ_Celegans.html	Müürlook http://www.delawarewildflowers.org/ plant.php?id=0122

Imetajatest kasutatakse mudelorganismidena koduhiirt (Mus musculus) ja rändrotti (Rattus norvegicus).

Võrdleva genoomika meetodite kasutamisel on võimalik ennustada inimese geene ja kontrollida nende olemasolu laboratoorsete meetoditega.

Võrdlev genoomika ei keskendu ainult uute geenide otsingutele inimese ja mudelorganismide genoomide analüütilisel hindamisel, vaid uurib ka teisi funktsionaalseid genoomi elemente nagu transkriptsioonifaktorite seondumissaidid (DNA elemendid).

Meetodid

Meetoditena kasutatakse peamiselt genoomide kaardistamisi ja sekveneerimist.

Võrdluseks kasutatakse sageli kahte bioinformaatilist programmi VISTA (http://www-gsd.lbl.gov/vista) ja PIPMAKER (http://bio.cse.psu.edu/pipmaker). Programmide abil saab suuri DNA järjestuste blokke analüüsida konserveerunud regioonide osas teistel liikidel. Nimetatud programmid leiavad geene ja regulatoorseid järjestusi mõlemasuunaliselt  DNA ahelates ja programmide abi võib kasutada kui genoomi evolutsiooni ja ajaloomehhanismide mõistmise alust.

Skeemil Brassica napa (kapsaliik) 4 genoomset regiooni, mis on homoloogsed Arabidopsis thaliana (harilik müürlook) vastavate genoomsete regioonidega (tähistatud kolmnurksete kastidega). http://www.versailles.inra.fr/urgv/analysis-genomeOrg-oepg.htm

Mudelorganismide andmebaasidesse on integreeritud võrdleva genoomika moodulid, näiteks roti genoomi andmebaasi serverisse virtuaalne võrdluskaart Vcmap (http://rgd.mcw.edu/VCMAP). Samuti on võimalik luua võrdluskaart mingi osa kohta genoomis (inimene, rott, hiir), kasutades sünteensete regioonide ennustamise algoritme koos genoomikaartide ja genoomsete järjestustega.

Milliste organismide genoomid on sekveneeritud?
Vastuse leiad  aadressil: http://www.genome.gov/11509542

Mudelorganismid hiir ja rott

Just võrdleva genoomika abil oli võimalik näidata, et hiire ja roti DNA järjestused on primaatide, s.h. inimese omale lähemal kui sea ja koera järjestused. Hiire ja roti mudelite eeliseks on kiire sigivus, mis võimaldab pärilike tunnuste eksperimentaalseid uuringuid – selektiivne paardumine, segregatsioonianalüüs, keskkonnafaktorite mõju uurimine.

Enamasti kasutatakse inbriiditud liine, sest need loomad on geneetiliselt identsed soo ja liini piires ning see võimaldab vältida geneetilist heterogeensust, mis on omane inimpopulatsioonidele.

Transgeensed loomaliinid – spetsiaalse geeni insertsioon retsipiendi genoomi vektoriga. Kui geen on koos koespetsiifilise promootoriga, siis ekspresseerub ta ainult selles koes. Sisseviidav geen ei pea olema sama liigi geen, seega transgeensed hiired võivad ekspresseerida inimese geene.

Knock – out hiiremudelis on spetsiaalne geen lülitatud täielikult välja ning Knock – down hiiremudelis on geeniekspressioon ja –funktsioon limiteeritud RNA interferentsi kasutades.

Viimatinimetatud loommudelid on tänapäeval võimalikud ainult hiirel.

Skeem hiire ja roti andmete integreerimisest inimese haiguste uurimisel

Võrdleva genoomika uuringutes kasutatakse roti- ja hiiremudelite andmeid füsioloogia, geneetika ja fenotüüpide kohta et välja valida kandidaatlookusi inmese haiguste uurimiseks. Roti eeliseks mudelorganismina on suur kättesaadava füsioloogilise ja farmakoloogilise informatsiooni hulk. Roti sisearetusega ja transgeensed liinid on kliiniliste fenotüüpide mudelid uute ravimite testimiseks. Hiiremudeli eeliseks on geeni knock – out tehnoloogia võimalikkus. ENU – ethylnitrosourea; QTL – quantitative trait loci. http://www.nature.com/nrg/journal/v3/n1/fig_tab/nrg702_F1.html

Millist kasu saab inimene võrdleva genoomika uuringutest?
Vastuse leiad aadressil: http://www.genome.gov/11509542

Võrdlev genoomika on noor valdkond, millel lasuvad lootused saada uusi teadmisi kaasaegsete liikide evolutsiooni kohta.