การวิเคราะห์ dna และการศึกษาจีโนม การวิเคราะห์dna และการศึกษาจีโนม การวิเคราะห์dnaและการศึกษาจีโนม,gel electophoresisและงานที่เกี่ยวข้อง

การวิเคราะห์ dna และการศึกษาจีโนม การวิเคราะห์dna และการศึกษาจีโนม การวิเคราะห์dnaและการศึกษาจีโนม,gel electophoresisและงานที่เกี่ยวข้อง

ชีวสารสนเทศ (Bioinformatics)

ชีวสารสนเทศ เป็นศาสตร์แขนงใหม่ซึ่งมีความเกี่ยวข้องกับการนำความรู้ด้านเทคโนโลยีสารสนเทศมาใช้ในการศึกษาและใช้เพื่อการจัดการกับข้อมูลจำนวนมากที่ได้จากการวิจัยด้านชีวภาพ (Biological Science) ทำให้ก่อให้เกิดองค์ความรู้ใหม่ๆ โดยเฉพาะอย่างยิ่งต่องานวิจัยทางด้านวิทยาศาสตร์ชีวภาพและงานทางด้านวิทยาศาสตร์แพทย์ ซึ่งในปัจจุบันข้อมูลของยีนและโปรตีนมีจำนวนมากขึ้นอย่างรวดเร็ว ภายหลังจากบริษัทเซเลร่า (Celera Genomics) ซึ่งทำการถอดลำดับจีโนมมนุษย์สำเร็จเป็นรายแรก และยังมีแผนการที่จะถอดลำดับจีโนมของมนุษย์อีก6ครั้งเพื่อให้ข้อมูลที่ได้ครอบคลุมมนุษย์ทุกๆเชื้อชาติและเพศ (https://www.ornl.gov/sci/techresources/Human_Genome/home.shtml,) (https://www.ncbi.nlm.nih.gov/mapview/) 

 ยุคหลังจีโนม

ในยุคหลังจีโนม (post-genomic era) ภารกิจของนักวิทยาศาสตร์ทั่วโลกคือ การค้นหายีนและการทำงานของยีนภายในจีโนมของสิ่งมีชีวิตต่างๆรวมทั้งจีโนมของมนุษย์ (ซึ่งมีอยู่ประมาณ 50,000 ถึง 130,000 ยีน) ซึ่งยังอยู่ในขั้นเริ่มต้นของงานวิจัย https://www.ims.nus.edu.sg/Programs/genome/part1.htm รวมทั้งจะมีความพยายามในการหาโครงสร้างและหน้าที่ของโปรตีน กระทั่งศึกษาการควบคุมการทำงานของโปรตีน ภารกิจสำคัญเหล่านี้จะต้องดำเนินต่อไป ( https://bip.weizmann.ac.il/ ) 

ดังนั้นนักวิจัย และ นักวิทยาศาสตร์จึงต้องอาศัยเครื่องมือและความรู้ทางด้านชีวสารสนเทศ มาช่วยจัดการระบบบริหารข้อมูลจำนวนมหาศาลที่เป็นผลจากโครงการจีโนมของสิ่งมีชีวิตต่างๆ ความรู้ความเข้าใจและการประยุกต์ใช้ชีวสารสนเทศในงานวิจัยจะช่วยให้นักวิจัยสามารถสืบค้นข้อมูลยีนและโปรตีน โดยศึกษาความสัมพันธ์ของการทำงานของยีนทั้งระบบ (genome wide) เข้าใจกลไกการควบคุมการแสดงออกของยีน เข้าใจความสัมพันธ์ระหว่างโครงสร้างและหน้าที่ของโปรตีน ตลอดจนการค้นหาเป้าใหม่ๆ ของยา เป็นต้น

การพัฒนาเทคโนโลยีด้านจีโนม เป็นเทคโนโลยีที่เกี่ยวข้องโดยตรงกับสารพันธุกรรม ซึ่งมีหน้าที่ควบคุมลักษณะต่างๆ ของสิ่งมีชีวิตทุกชนิด ในอนาคต การประยุกต์ ใช้ด้านจีโนมจะทำได้อย่างง่ายดายและจะแทรกอยู่ในชีวิตประจำวันของเรา เช่น การตรวจสารพันธุกรรมจากเลือด ซึ่งจะทำ ได้อย่างง่ายดาย รวดเร็วและราคาถูก การทราบข้อมูลพันธุกรรม มนุษย์นั้นทำให้การทราบความลับของปัจเจกบุคคล เป็นได้อย่าง ง่ายดายขึ้นอย่างมาก เช่น ทราบว่าใครเป็นโรคอะไรบ้าง ร้ายแรงเพียงใด จะถ่ายทอดไปยังลูกหลานได้หรือไม่ ใครเป็นพ่อ-แม่-ลูกกับใคร หรือมีความสัมพันธ์ในสายเลือดอย่างไรต่อกัน หรือโรคของมนุษย์ส่วนใหญ่ (ยกเว้นโรคระบาด) เป็นโรคทางพันธุกรรม ดังนั้น การที่สามารถระบุตำแหน่งและหน้าที่ของยีนได้ จะนำไปสู่การบำบัดรักษาด้วยยีน (gene therapy) หรือมิฉะนั้นอย่างน้อยก็จะสามารถใช้ยีนนั้นผลิตโปรตีนที่ใช้ในการรักษาโรคได้หลายชนิด เช่น โรคมะเร็ง บาดแผลเรื้อรังที่รักษาไม่หาย เป็นต้น ประโยชน์ของชีวสารสนเทศ การศึกษาจีโนมในสิ่งมีชีวิตชนิดต่าง ๆ ( https://gdbwww.gdb.org/) งานวิจัยที่เกี่ยวข้องกับจีโนมมีหลายประเภท แต่ที่ได้รับการกล่าวถึงอย่างมากในขณะนี้คือการหาลำดับคู่เบสในสาย DNA ทั้งหมด (genome sequencing) นอกจากจีโนมมนุษย์ซึ่งมีการหาลำดับได้เกือบหมดแล้วนั้น ยังมีการศึกษาจีโนมของสิ่งมีชีวิตชนิดอื่น ๆ อีก ตัวอย่างเช่น: -.หนู มีจีโนม ขนาดเล็กกว่ามนุษย์เล็กน้อย ขนาดของจีโนมประมาณ 3 พันล้านคู่เบส บรรจุอยู่ในโครโมโซม 20 คู่ https://www.informatics.jax.org/ -แมลงหวี่ Drosophila มีจีโนมขนาดประมาณ 160 ล้านคู่เบส และมีโครโมโซม 4 คู่ https://www.fruitfly.org/ -หนอนตัวกลม C. elegans มีจีโนมขนาดประมาณ 100 ล้านคู่เบส https://www.sanger.ac.uk/Projects/C_elegans/ -ยีสต์ S. cerevisiae มีจีโนมขนาดประมาณ 12.5 ล้านคู่เบส https://www.yeastgenome.org/ -แบคทีเรีย E. coli มีโครโมโซมเดี่ยว และมีจีโนมขนาดเล็กเพียง 5 ล้านคู่ https://www.genome.wisc.edu/ - จีโนม Burkholderia pseudomallei ซึ่งเป็นสาเหตุของโรค melioidosis ที่เป็นโรคติดเชื้อสำคัญในประเทศไทยhttps://www.sanger.ac.uk/Projects/B_pseudomallei/ - โครงการจีโนม ข้าว https://rgp.dna.affrc.go.jp/ - โครงการจีโนม Plasmodium falciparum https://www.ncbi.nlm.nih.gov/mapview/map_search.cgi?taxid=5833 - โครงการจีโนม Arabidopsis thaliana https://www.ncbi.nlm.nih.gov/mapview/map_search.cgi?taxid=3702 การใช้ชีวสารสนเทศมาช่วยในการถอดลำดับจีโนม  การเรียงตัวของคู่เบส (sequencing) ทำโดยตัดเส้น DNA เป็นชิ้น ๆ แล้วป้อนเข้าไปให้เครื่องอ่านอัตโนมัติอ่านถอดอักษรทีละตัวๆของรหัสทางพันธุ์กรรม จากนั้นทำการประกอบเข้าด้วยกันใหม่ (assembly) นำตัวอักษรที่แกะแล้วในแต่ละชิ้นของเส้น DNA มาประกอบเรียงกันใหม่จนกระทั่งได้ลำดับคู่เบสของ DNA ทั้งหมด

Baylor's College of Medicine ( https://dot.imgen.bcm.tmc.edu:9331/multi-align/multi-align.html )  หรือที่ https://www.ibc.wustl.edu/ibc/msa.html รูป การทำเข้า ทำ “ Pairwise sequence alignment” ที่ https://www.ncbi.nlm.nih.gov/BLAST/  การใช้ชีวสารสนเทศ (ต่อ) 3.การศึกษาโครงสร้างโปรตีนแบบ 3 มิติ ซึ่งรวมไปถึงคุณสมบัติทั้งทางด้านกายภาพและชีวภาพของโครงสร้างต่าง ๆ ด้วย โดยฐานข้อมูลโครงสร้างโปรตีนที่สำคัญคือ Protein Data Bank (PDB) https://www.rcsb.org/pdb/ ซึ่งมีทั้งข้อมูลและโปรแกรมให้บริการ เช่น RASMOL https://www.umass.edu/microbio/rasmol/ และ Cn3Dhttps://www.ncbi.nih.gov/Structure/CN3D/cn3d.shtml  4.การพยากรณ์โครงสร้างและหน้าที่ของโปรตีนจากข้อมูลลำดับนิวคลีโอไทด์ เช่น การพยากรณ์โครงสร้างของโปรตีนในระดับ 2 มิติ ด้วยการเปรียบเทียบลำดับอะมิโนแล้วทำการพยากรณ์โดยอาศัยอัลกอริทึมอื่น ๆ ร่วมด้วย ตัวอย่างโปรแกรมได้แก่ PHD, PSIPRED, PSA เป็นต้นhttps://www.ncbi.nlm.nih.gov/Structure/ หรือ https://www.rcsb.org/pdb/ หรือ https://bmerc-www.bu.edu/psa/ 5.การศึกษาในระดับจีโนม(Genomics) ซึ่งเน้นการศึกษาภาพรวมของความสัมพันธ์ในการทำหน้าที่ของยีนต่าง ๆ โดยสามารถศึกษาข้อมูลเกี่ยวกับจีโนมได้จากแหล่ง เช่น NCBI, TIGR, EnsEMBL เป็นต้น https://www.ncbi.nlm.nih.gov/mapview/ หรือ https://www.tigr.org/ หรือ https://www.ensembl.org/ ข้อมูลอ้างอิง Durbin, R., Eddy, S., Krogh, A. and Mitchison, G. (1998) Biological sequence analysis: Probabilistic models of proteins and nucleic acids. Cambridge University Press, Cambridge.  Smith, T.F. and Waterman, M.S. (1981) Identification of common molecular subsequences. Journal of Molecular Biology, 147, pp. 195-197. https://www.medsci.nu.ac.th/Thai/DeptBiochem/Word/concisecoursesylGenBC1_47.doc https://library.riu.ac.th/webdb/finddew.asp?dew=570 https://www.ssi-tdr.net/cbag/ https://bioinfo.biotec.or.th/Databases/databasese.html https://bioinformatics.oupjournals.org/ https://bioinfo.biotec.or.th/ https://bioinfo.biotec.or.th/expert.html https://www.ncbi.nlm.nih.gov/ https://bioinfo.biotec.or.th/ARTICLES/basic1.html https://bip.weizmann.ac.il/edu.html https://www.ibioinformatics.org/

แหล่งที่มา : vcharkarn.com