علم الجينوم

التاريخ

أول الجينومات التي تم فك شفرة تسلسلها كانت لفيروس وجينوم المايتوكندريا (أجسام الطاقة) وقام بها العالم البريطاني فريد سانجر. وقد طور فريق البحث العلمي التابع لسانجر تقنيات التسلسل، ورسم خرائط الجينوم، وتخزين البيانات، وتحليل المعلوماتية الحيوية خلال الأعوام في 1970 - 1980. وعلى الرغم من أن اهتمام علم الجينوم الأساسي لا يزال في معظمه متعلقا بفك شفرة التسلسل الوراثي للكثير من الكائنات الحية إلا أن توفر المعلومات أدى إلى ظهور علم الجينوم الوظيفي وهو المسؤول على متابعة أنماط تعبير الجينات (وهو كيف تنتج البروتينات والمرسال رنا) في ظروف مختلفة. أكثر الادوات أهمية في علم الجينوم هي تقنية المصفوفات المجهرية microarrays وعلم المعلوماتية الحيوية (استخدام الحاسب الآلي لتحليل الشفرة الوراثية).   ويعتقد ان مصطلح 'الجينوميات' مصطلح الفعلية قد صيغت من قبل الدكتور توم رودريك، في علم الوراثة في مختبر جاكسون (بار هاربور، الشرق الأوسط) أكثر من البيرة في اجتماع عقد في ولاية ماريلاند على رسم خرائط الجينوم البشري في عام 1986.
أول من قام بفك شفرة التسلسل الوراثي لجين كان والتر فيرز وفريقه العلمي في مختير الأحياء الجزيئية في جامعة قنت في بلجيكا عام 1972م وكان ذلك لجين المسؤول عن بروتين الغطاء MS2 للعاثية.  في عام 1976، قرر نفس الفريق تحديد كامل النوكليوتيدات - تسلسل الحمض النووي الريبي عاثية - ولكن للمرسال رنا في جين MS2. - اما أول جينوم تم فك شفرته بشكل كامل فقد حدث عام 1977م وكان للعاثية المسماة Φ-X174 وطولها 5،368 نيكلوتيده بواسطة فريدرك سانجر.
كما  تم فك شفرة الجينوم الخاص بكائن حي هو لفيروس المستدمية النزلية وطوله 1.8 مليون نيوكليتده عام 1995م ومنذ ذلك الوقت تسارعت وتيرة فك التسلسل الوراثية للعديد من الجنيومات في الكائنات الحية. وتم الانتهاء من النسخة الأولية من مشروع الجينوم البشري  في أوائل عام 2001م.
وبحلول شهر سبتمبر عام 2007م ،تم التعرف على التسلسل الكامل للجينوم في  1879 فيروس و577 نوعا من البكتيريا و23 جينوم من الكائنات حقيقية النواة تقريبا كان نصفها من الفطريات. 

معظم البكتيريا التي فك تسلسلها الوراثي الجينوم كانت لأنواع تسبب أمراضاً مثل المستدمية النزلية. من الأجناس الحية الأخرى التي تم فك شفرتها هي الكائنات الحية الهامة في الابحاث الطبية والحيوية.  كمثال كانت خميرة الخبز  منذ فترة طويلة (كائن نموذجا هاما للخلية حقيقية النواة، في حين أن ذبابة الفاكهة ذبابة الفاكهة الدروسوفيلا /3) تعتبر أداة مهمة جدا (لا سيما  في  الفترة المبكرة التي سبقت تطور علم الوراثة  الجزيئية). أيضا الدودة ايليجانس هي نموذج حي بسيط يستخدم لدراسة الكائنات متعددة الخلايا. أسماك الزبرا من نوع  Brachydanio rerio يستخدم في الدراسة المهتمة بتطور الكائنات الحية على المستوى الجزيئي أما في النموذج المستخدم لدراسة النباتات المزهرة فهي نبتة Arabidopsis.thaliana من الكائنات الحية الأخرى المثيرة للاهتمام هي سمكة pufferfish اليابانية بسبب امتلاكها لجينوم صغير الحجم ويحتوي كمية قليلة جدا من سلسلة الدنا التي لا تشفر للبروتينات non-coding DNA مقارنة بالكائنات الأخرى.
 
هناك كائنات حية أخرى مهمة في الدراسات الطبية كلب من عائلة Canis والجزذ البني Rattus norvegicus والفأر Mus musculus والشمبانزي Pan troglodytes.

جينوم العاثيات

العاثيات (وهي فيروسات تهاجم البكتيريا) لعبت وما زالت تلعب دورا رئيسيا في مجال علم الوراثة والبيولوجيا الجزيئية البكتيرية. تاريخيا، كانت تستخدم لتحديد بنية الجينات وطرق تنظيم الجينات. أيضا أن تكون أول جينوم تم فك شفرته كان لعاثية. ومع ذلك، فإن البحوث المتعلقة بالعاثيات لم تقد ثورة علم الجينوم، بل سيطرت عليه جينومات البكتريا. فقط مؤخرا جدا عاودت دراسة جينوم العاثيات نشاطها وبدأت في تمكين الباحثين من فهم الآليات الكامنة وراء تطورها. ويمكن الحصول على تسلسل الوراثي لجينوم العاثيات عبر عزلها بصورة فردية أو عبر فك شفرة البكتيريا نفسها والتي تحتوي على المادة الوراثية للعاثيات بداخلها بعد أن تخترقها بالعدوى. تحليل الجينوم في مختلف أنواع البكتريا أظهر أن كمية كبيرة من الحمض النووي يتكون من متواليات مستقاة من العاثيات أو من عناصر مشابهة لتلك الموجودة في العاثيات. ان عملية فحص والبحث في البيانات التفصيلية المؤخوذة من هذه الشفرات الوراثية تقدم معلومات كثيرة حول دور العاثيات في تشكيل جينوم البكتيريا.

جينومات البكتيريا الزرقاء

وفي الوقت الحاضر تتوفر السلاسل الوراثية للجينومات في 24 نوع من أنواع البكتيريا الزرقاء15 من هذه البكتيريا الزرقاء تأتي من البيئة البحرية. تشمل ستة سلالات Prochlorococcus، وسبع سلالات Synechococcus  البحرية، Trichodesmium erythraeum  IMS101 وCrocosphaera watsonii  WH8501. وقد أظهرت العديد من الدراسات ان هذه السلاسل الوراثية تساعد على استنباط واستنتاج مهم للعديد من الوظائف البيئية والفسيولوجية في البكتيريا الزرقاء البحرية. ومع ذلك، هناك العديد من الجينوم المزيد من المشاريع قيد التنفيذ، من بين هؤلاء هناك المزيد والبحرية Synechococcus Prochlorococcus، وAcaryochloris Prochloron، ن ₂ - تحديد الخيطية spumigena Nodularia  البكتيريا الزرقاء، Lyngbya aestuarii وLyngbya majuscula، فضلا عن اصابة عاثية cyanobaceria. وبالتالي، كلما تزايد عدد الجينوم التي نملك شفرتها الكاملة يمكن استغلالها بطريقة المقارنة بين مختلف الكائنات الحية للتعرف على أهم الوظائف الحيوية. بعض أمثلة المثيرة للاهتمام لهذه الوظائف المكتشفة تشمل تحديد جينات RNAs التنظيمية، وبداية فهم للأصول التطورية في لعملية  التمثيل الضوئي، أو  عملية نقل الجينات الأفقي للجينات.