Genomik, Proteomik, Metabolomik Kavramlarına Genel Bakış Ve Uygulama Alanları

Öz

Genomik, herhangi bir organizmanın yapısal ve işlevsel fonksiyonlarını kodlayan tüm genlerini tanımlar, bu genlerin birbirleri ve çevre ile etkileşiminin kontrolünü inceler. Çalışma alanlarına göre genomik yapısal ve fonksiyonel genomik olmak üzere iki gruba ayrılmaktadır.Yapısal genomik ise genetik ve fiziksel haritalama ve DNA baz dizilerinin belirlenmesi yöntemleriyle organizmaların genetik bilgilerinin ortaya çıkarılmasını sağlar. Fonksiyonel genomiğin amacı da genlerin ekspresyonunu biçim, miktar ve zaman açısından genom düzeyinde inceleyerek genlerin fonksiyonlarının öğrenilmesinin yanında organizma açısından öneminin anlaşılmasına da yardımcı olmaktadır. Proteom; belli bir zaman ve mekânda bir organizmanın sahip olduğu ve ifade ettiği tüm farklı proteinlerin bir toplamıdır. Proteomik; belli bir zamanda belli bir yerde bulunan tüm proteinlerin yapılarını, yerleşimlerini, miktarlarını, translasyon sonrası modifikasyonlarını, doku ve hücrelerdeki işlevlerini, diğer proteinlerle ve makro moleküllerle olan etkileşimini aydınlatır. Metabolomik; belirli bir zaman diliminde dokularda, hücrelerde ve fizyolojik sıvılarda lipid, karbohidratlar, vitaminler, hormonlar ve diğer hücre bileşenlerinden ortaya çıkan küçük moleküllü metabolitlerin yüksek verimli teknolojiler kullanılarak saptanması, miktarının belirlenmesi ve tanımlanmasıdır. Genomik ve proteomik “ne olabileceğinin” metabolomik ise “gerçekte ne olduğunun” bilgisini verir. Bu nedenle, tüm metabolitlerin ayrıntılı ve kantitatif ölçümü metabolomik hastalık teşhisi veya toksik ajanların fenotip üzerindeki etkilerini araştırmada en ideal yöntemdir. Bu derlemede genomik, proteomik ve metabolomik konularında da detaylıca bilgiler verilmiştir. Ayrıca, insan genomunun şifresinin çözülmesi; yani DNA bazlarının diziliş sırasının belirlenmesi, doğuştan var olan yeteneklerimiz ile bazı davranış ve hastalıklara yatkınlığımızın bilinmesinin sağlamasına yardımcı olan ‘İnsan Genom Projesi’ ve ‘İnsan Metabolom Projesi’ hakkında da geniş bilgi verilmiştir

Anahtar Kelimeler

• Genomik, proteomik, metabolomik

General Outlook and Applications of Genomics, Proteomics and Metabolomics

Abstract

The genomics determines the whole functional and structural genes of an organism, investigates the control of gene interactions with each other and the environmental factors. Genomics is divided into two groups as functional and structural genomics. Structural genomics provides to reveal the genetic information of organisms by genetic and physical mapping and DNA base sequencing methods. The aim of functional genomics is to facilitate to understand the gene functions in terms of organisms by analyzing the gene expression, in terms of conformation, concentration and time on genome level. The proteome is the entire complement of total proteins including produced and expressed proteins by an organism in a particular time and place. The proteomics enlightens the structures, localizations, concentrations, post-translational modifications, cell and tissue functions and the interactions with the other proteins and macro molecules of all the proteins in a particular time and a place. The metabolomic is to determine the concentration of the small-molecule metabolites of lipids, carbohydrates, vitamins, hormones and other cell components in cells, tissues and physiological liquids by using high efficient technology in a particular time. Genomics and proteomics give information about ‘what is happening’ while metabolomics investigates ‘what really happens’. Therefore, metabolomics is the best method for investigation of quantitative measurement, illness diagnosis or the effects of toxic agents on phenotype. Detailed information about proteomics and metabolomics is given in this review. Also, extensive information is given on The Human Genome Project and The Human Metabolom Project which help to reveal illness predispose and behaviours, our natural gifts, human genome decoding determination of DNA base sequence

Keywords

• Genomics, proteomics, metabolomic

Kaynakça

1. Pearson H. Genetics: what is a gene?”. Nature, 2006; 441: 398-401.
2. Winkler H. Verbreitung und Ursache der Parthenogenesis im Pflanzen und Tierreiche. Verlag Fischer, Jena, 1920: 128.
3. Kuska B. Beer, Bethesda, and biology: How “genomics” came into being. J Natl Cancer Inst, 1998; 90(2): 93.
4. Siddik Yarman B, Gurkan H, Guz U, Aygün B. “A new modeling method of the ECG signals based on the use of an optimized predefined functional database” Acta Cardiologica, Int J Cardiol 2003; 58 (3): 59-61.
5. Şahin M, Çevik D. Mikroarray teknolojisi ve bitkilerde uygulama alanları. SDÜ Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi 2005; 9-13.
6. Yuluğ I. İnsan genom projesi. Avrasya Dosyası, Moleküler Biyoloji ve Gen Teknolojileri, 2002; 8/3: 7-23.
7. Holley RW, Everett GA, Madison JT, Zamir A. Nucleotide sequences in the yeast alanine transfer ribonucleic acid. J Biol Chem, 1965; 240: 2122–8.
8. Maxam A, Gibert W. A new method of sequencing DNA. PNAS 1977; 74: 560-4.

9. Sanger F, Nicklen S, Coulson, AR. DNA sequencing with chain terminating inhibitors. PNAS 1977; 74: 5463-7.
10. Gündoğdu AK, Karahan AG. Nutrigenomik Teknolojileri. SDÜ Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi, 2008; 33 (4): 183-191.
11. Alwine JC, Kemp DJ, Stark GR. Method for detection of specific RNAs in agarose gels by transfer to diazobenzyloxymethyl-paper and hybridization with DNA probes. Proc Natl Acad Sci USA, 1977; 74 (12): 5350–4.
12. Tefferi A, Wieben ED, Dewald WG, Whiteman DAH, Bernard ME, Spelsberg TC. Primer on Medical Genomics Part II: Background Principles and Methods in Molecular Genetics. Mayo Clin Proc 2002; 77: 785-808.
13. www.microarray.swmed.edu.2009.
14. Mewes HW, Albermann K, Bahr M, Frishman D, Gleissner A, Hani J, Heumann K, Kleine K, Maierl A, Oliver SG, Pfeiffer F, Zollner A. Overview of the yeast genome. Nature, 1997; 387 : 7-65.
15. Saraçlı MA. DNA Chip Teknolojisi ve Mikolojide Uygulama Alanları. Sempozyum: Mikozlar ve moleküler yöntemler. GATA Mikrobiyoloji ve Klinik Mikrobiyoloji Anabilim Dalı, Tıbbi Mikoloji Bilim Dalı, Ankara, 2007; 181-4.
16. Alper B. Geçmişten Günümüze DNA İnceleme Teknikleri ve Prensipleri, Çukurova Üniversitesi Tıp Fakültesi Adli Tıp Anabilim Dalı Adana, 2008.
17. Schena M, Shalon D, Davis RW, Brown PO. Quantitative monitoring of gene expression patterns with a complementary DNA microarray. Science, 1995; 270: 467- 70.
18. Ruan Y, Gilmore J, Conner T. Towards Arabidopsis genenome analysis: Monitoring expression profiles of 1400 genes using cDNA microarrrays. Plant J, 1998; 15: 821-33.
19. Lin JF, Wu SH. Molecular events in senescing Arabidopsis leaves. Plant J, 2004; 39(4): 612-28.
20. Lan L, Chen W, Lai Y, Suo J, Kong Z, Li C, Lu Y, Zhang Y, Zhao X, Zhang X, Zhang Y, Han B, Cheng J, Xue Y. Monitoring of gene expression profiles and isolation of candidate genes involved in pollination and fertilization in rice (Oryza sativa L.) with a 10K cDNA microarray. Plant Mol Biol, 2004; 54(4): 471-87.
21. Wang H, Miyazaki S, Kawai K, Deyholos M, Galbraith DW, Bohnert HJ. Temporal progression of gene expression responses to salt shock in maize roots. Plant Mol Biol, 2003; 52(4): 873-91.
22. Aharoni A, Keizer LC, Van Den Broeck HC, BlancoPortales R, Munoz-Blanco J, Bois G, Smit P, De Vos RC, O’Connell AP. Novel insight into vascular, stress, and auxin-dependent and -independent gene expression programs in strawberry, a non-climacteric fruit. Plant Physiol, 2002; 129(3): 1019-31.
23. Arimura G, Tashiro K, Kuhara S, Nishioka T, Ozawa R, Takabayashi J. Gene responses in bean leaves induced by herbivory and by herbivore-induced volatiles. Biochem Biophys Res Commun, 2000; 277(2): 305-10.
24. Aharoni A, Vorst O. DNA microarrays for functional plant genomics. Plant Mol Biol, 2001; 48: 99-118.
25. Seki M, Narusaka M, Ishida J, Nanjo T, Fujita M, Oono Y et al. Monitoring the expression profiles of 7000 Arabidopsis genes under drought, cold and high-salinity stresses using a full-length cDNA microarray. Plant J, 2002; 31: 279-92.
26. Gibly A, Bonshtien A, Balaji V, Debbie P, Martin GB, Sessa G. Identification and expression profiling of tomato genes differentially regulated during a resistance response to Xanthomonas campestris pv. vesicatoria. Mol Plant Microbe Interact, 2004; 17(11): 1212-22.
27. Schwab W, Aharoni A, Raab T, Perez C, Sanz AG. Cytosolic aldolase is a ripening related enzyme in strawberry fruits (Fragaria ananassa). Phytochemistry, 2001; 56(5): 407-15.
28. Schaffer R, Landgraf J, Accerbi M, Simon V, Larson M, Wisman E. Microarray analysis of diurnal and circadianregulated genes in Arabidopsis. Plant Cell, 2001; 13: 113-23.
29. Wang H, Ma L, Habashi J, Li J, Zhao H, Deng XW. Analysis of far-red light-regulated genome expression profiles of phytochrome: A pathway mutants in Arabidopsis. Plant J, 2002; 32(5): 723-33.
30. Ogawa M, Hanada A, Yamauchi Y, Kuwahara A, Kamiya Y, Yamaguchi S. Gibberellin biosynthesis and response during Arabidopsis seed germination. Plant Cell, 2003; 15(7): 1591-604.
31. Wang R, Okamoto M, Xing X, Crawford NM. Microarray analysis of the nitrate response in Arabidopsis roots and shoots reveals over 1,000 rapidly responding genes and new linkages to glucose, trehalose-6-phosphate, iron, and sulfate metabolism. Plant Physiol, 2003; 132(2): 556-67.
32. Kuhn E. From library screening to microarray technology: strategies to determine gene expression profiles and to identify differentially regulated genes in plants. Ann Bot, 2001; 87: 139-55.
33. http://www.istanbul.edu.tr/fen/mbg/ders_notlari/ nermin_g/ogrencisunumlari_genmh5.pdf.2008
34. Özcengiz G. Proteomik: Post-genomik dönemin en güçlü teknolojisi. ODTÜ Haber Bülteni 2007; 15: 13-9.
35. György Makro-Varga. Proteomics principles and challenges. Pure Appl Chem, 2004; 76(4): 829-37.
36. Özcan S, Yıldırım V, Kaya L, Becher D, Hecker M, Özcengiz G. Phanerochaete chrysosporium soluble proteome as a prelude for the analysis of heavy metal response. Proteomics 2007; 7: 1249-60.
37. Venter D. A part of the human genome sequence. Science, 2003; 299: 1183–84.
38. Bren L. Metabolomics: Working toward personalized medicine. FDA Consum, 2005; 39: 28-33.
39. Goodacre R. Metabolomics-the way forward. Metabolomics 2005; 1: 1-2.
40. Coşkun T. Nütrisyonel genomik. Çocuk Sağlığı ve Hastalıkları Dergisi 2007; 50: 47-66.
41. German JB, Hammock BD, Watkins SM. Metabolomics: Building on a century of biochemistry to guide human health. Metabolomics 2005; 1: 3-9.
42. Dettmer K, Hammock BD. Metabolomics – a new exciting field within the “omics” sciences. Environ Health Persp, 2004; 112: 396-7.
43. Yiğit A, Güney Ö. İnsan genomu projesindeki gelişmeler ve değerlendirmeler. Bilim ve Teknik 2001; 400.
44. Balcan E. Gen Ekspresyonu ve Regülasyonu Ders Notları, 2008.
45. Wishart DS, Tzur D, Knox C, Eisner R, Guo AC, Young N, et al. HMDB: the human metabolome database. Nucleic Acids Res, 2007; 35; 521-6.
46. Wishart DS. Human metabolome database: Completing the ‘human parts list’. Pharmacogenomics, 2007; 8: 683-6.