معرفی اومیکس، انواع داده‌های آن و نحوه تولید داده

با پیشرفت تکنولوژی، دستگاه‌های توالی‌یابی با توان بالا ایجاد شدند که می‌توانستند در مدت‌زمان کوتاه‌تری حجم بیشتری از داده‌ها را توالی‌یابی کرده و به حجم داده‌های موجود اضافه کنند. در کنار تکنولوژی‌های توالی‌یابی، دستگاه‌های دیگری مانند Mass Spectrometry نیز توسعه پیدا کردند که برای تولید داده‌هایی که در سطوح پروتئین بودند، مورداستفاده قرار گرفتند.

تولید داده‌ها به کمک تکنولوژی‌های High throughput یا توان بالا، در حوزه اومیکس (Omics) قرار می‌گیرد. این داده‌ها در مراحل بعدی توسط تحلیل‌ها و مدل‌سازی مبتنی بر سیستم بیولوژی مورد بررسی قرار می‌گیرند. این داده‌ها تحت عنوان داده‌های بزرگ مقیاس، با توان بالا و داده‌های اومیکس شناخته می‌شوند.

در سال‌های اخیر افزایش قدرت تکنولوژی سبب شده است که دیتای زیادی از mRNA و پروتئین‌ها جمع‌آوری شود. مورد اول به کمک میکرواری و مورد دیگر به کمک روش‌های طیف‌سنج جرمی به دست آمده است. در ادامه به نام تعدادی دیگر از این روش‌ها اشاره خواهد شد. این داده‌های به‌دست‌آمده به ما کمک می‌کند در سطوح مختلف دیتا داشته باشیم و تحلیل خوبی را از سیستم ارائه دهیم.

دیتا اومیکس یا اومیک در سطوح مختلفی به دست می‌آید تا بتواند دیدی جامع از سیستم‌های زیستی به ما ارائه دهد. داده‌های اومیکس به کمک دستگاه‌های پیشرفته با توان بالا به دست می‌آیند که می‌تواند اطلاعاتی را در سطوح ژنوم، ترنسکریپتوم، پروتئوم، متابولوم و غیره را فراهم کند.

این مسیر با ورود تکنیک‌های ریزآرایه یا میکرواری آغاز شد که به کمک هیبریدیزاسیون پروب‌های DNA انجام می‌شد. از این روش برای بررسی پروفایل بیانی mRNA نیز استفاده می‌شود که در آن پس از استخراج، mRNA به cDNA تبدیل می‌شود تا بتوانیم آن را روی چیپ (chip) ران کنیم. سپس نتایج حاصل از میکرواری تحلیل خواهد شد.

تکنیک‌های دیگری که در اومیکس استفاده می‌شود توالی‌یابی ژنوم است که شامل نسل اول، نسل دوم و سوم و توالی‌یابی عمیق می‌شود. بررسی پلی مورفیسم تک نوکلئوتیدی، CNV و اگزون‌ها نیز اطلاعاتی را در اختیار ما قرار می‌دهد. CHiP-seq نیز ارتباط پروتئین متصل شده به ماده ژنتیک را بررسی می‌کند.

تکنیک مهم دیگر RNA-seq است که توالی‌یابی cDNA انجام می‌شود و دقت بهتری نسبت به میکرواری دارد. این روش دید کمی نیز به ما می‌دهد و می تواند واریانت‌های مختلف splicing را نیز شناسایی کند. به همین دلیل می‌تواند جای میکرواری را در آینده بگیرد. بااین‌حال، میکرواری از این روش ارزان‎تر است. بررسی mRNAها در حوزه ترنسکریپتومیکس از علم اومیکس قرار گرفته و بررسی می‌شود.

بررسی متیلاسیون DNA نیز در حوزه اپیژنومیکس قرار می‌گیرد. با اضافه‌شدن گروه متیل به سیتوزین، معمولاً ژن مهار شده و تنظیم بیان ژن رخ می‌دهد. روش‌های توالی‌یابی بی‌سولفیت به بررسی ژن‌های متیله‌شده در اومیکس می‌پردازد.

MicroRNAها توالی‌های کوتاهی در حدود 21 تا 25 هستند که بیان ژن را می‌توانند با مهارکردن آن تنظیم کنند. به همین دلیل در تنظیم بیان ژن اثر دارند. این نوع از RNAها را نیز می‌توان به کمک روش‌های توالی‌یابی RNA-seq بررسی نمود. هرکدام از این miRNAها می‌توانند تعداد زیادی از ژن‌ها را تحت‌تأثیر قرار دهند پس اطلاعات این بخش از اومیکس نیز برای سیستم بیولوژی اهمیت دارد.

دسته دیگری از فناوری‌های اومیکس به پروتئومیکس اختصاص دارد که به پروتئین‌های سلول مربوط می‌شود تا فعالیت آن‌ها را بررسی کند. اندازه‌گیری سطوح پروتئین به کمک طیف‌سنج جرمی یا mass spectrometry انجام می‌شود. در این تکنیک، پروتئین‌ها به‌صورت گاز درآمده و در یک میدان حرکت می‌کنند. سپس بر اساس جرم مولکولی بررسی می‌شوند تا مشخص شود که از چه اسیدآمینه‌هایی تشکیل شده‌اند. به کمک این روش می‌توانیم تغییرات شیمیایی پس از ترجمه یا PTM پروتئین‌ها را نیز بررسی کنیم.

دسته دیگری از مطالعات اومیکس در حوزه متابولومیکس قرار می‌گیرد. در این روش سعی می‌شود که تمامی متابولیت‌های سلول در یک شرایط مکانی و زمانی خاص شناسایی شود. در این روش نیز مانند روش قبلی ممکن است از روش‌های طیف‌سنجی جرمی یا NMR استفاده شود. این روش به ما کمک می‌کند که تغییرات فنوتیپی را شناسایی کنیم. مثلاً ممکن است جهش در یک پروتئین خیلی جزئی باشد، اما فعالیت پروتئین را افزایش دهد. این افزایش فعالیت تنها در سطح متابولومیک خود را نشان می‎دهد یا حتی ممکن است پروتئین طی یک جهش زیاد تولید شود، اما فعالیت زیادی نداشته باشد.

علم اومیکس در حوزه‌های دیگر مانند بررسی میکروبیوم‌ها نیز کاربرد دارد. به کمک بررسی‌های متاژنومیکس، می‌توان توالی‌های ژنتیکی میکروبیوم را مورد بررسی قرار داد و جمعیت‌های میکروبی را از نظر فراوانی و عملکرد بررسی کرد. اگر داده‌های ترنسکریپتوم در میکروبیوم بررسی شود، اصطلاحی که به آن اطلاق می‌شود، متاترنسکریپتومیکس خواهد بود.

درنتیجه شما با بررسی میزان هرکدام از این رده‌های مطالعات اومیکس می‌توانید دید بهتری از آنچه درون سلول رخ می‌دهد به دست آورید. تحلیل این مجموعه ‌داده‌های بزرگ با تحلیل دیگر داده‌های زیستی متفاوت است، چراکه متغیرهای مورد بررسی شما بسیار زیاد است، حتی ممکن است از تعداد نمونه‌ها بیشتر باشد. به همین دلیل روش‌های تحلیل داده خاص خود را دارند. در مرحله اول بررسی می‌کنیم، بیان کدام ژن، پروتئین یا متابولیت تغییر کرده است؛ یعنی به دنبال یافتن Differentially gene expressed هستیم.

حالا این نتایجی که به دست آوردیم را باید بتوانیم خوشه‌بندی کنیم تا بتوانیم عملکرد را شناسایی کنیم و توضیح برای آن ارائه دهیم. مثلاً، پروتئین‌هایی که با هم زیاد یا کم می‌شوند، احتمالاً عملکرد یکسانی دارند.

مطالعه صدها مطلب علمی در حوزه بیولوژی

آرشیو جدیدترین خبرهای روز دنیای بیولوژی