Από τη Γονιδιωματική στη Βιολογία Συστημάτων

Θεωρία: 3 ώρες/εβδομάδα | Φροντιστήρια: 1 ώρα/εβδομάδα | Εργαστήρια: 2 ώρες/εβδομάδα | Μονάδες ECTS: 5

Περιεχόμενο – Σκοπός του μαθήματος

Η εισαγωγή του όρου «γονιδιωματική» κατά τη δεκαετία του 1980 συνέπεσε με την ανάπτυξη τεχνικών αλληλούχησης μεγάλης κλίμακας. Για πρώτη φορά οι επιστήμονες είχαν τη δυνατότητα να σχεδιάζουν τα πειράματά τους γνωρίζοντας το σύνολο της γενετικής πληροφορίας ενός οργανισμού. Η έρευνα που βασίζεται στη γονιδιωματική διεξάγεται σε μαζική κλίμακα. Χρησιμοποιώντας ισχυρούς υπολογιστές, αναλύονται αλληλουχίες εκατοντάδων εκατομμυρίων νουκλεοτιδίων, ώστε να βρεθούν συγκεκριμένα χαρακτηριστικά γνωρίσματα που έχουν βιολογική σημασία, ή μελετώνται τα πρότυπα έκφρασης δεκάδων χιλιάδων γονιδίων ταυτόχρονα. Η έναρξη της εποχής της γονιδιωματικής έγινε όταν ολοκληρώθηκε η αλληλούχηση του πρώτου βακτηριακού γονιδιώματος, ένα επίτευγμα εντυπωσιακό για την εποχή του. Σύντομα ακολούθησε η αλληλούχηση πολλών άλλων όλο και μεγαλύτερων γονιδιωμάτων, επιλύοντας κάθε φορά τεχνικά προβλήματα αλλά και αντιλαμβανόμενοι το εύρος των εφαρμογών που θα μπορούσαν να αναπτυχθούν από την τεράστια πληροφορία που συσσωρευόταν. Ορόσημο για τη γονιδιωματική ήταν η αλληλούχηση του ανθρώπινου γονιδιώματος. Όντας τάξεις μεγέθους μεγαλύτερο από οποιοδήποτε γονιδίωμα είχε αλληλουχηθεί πριν από αυτό, το πρόγραμμα ανάλυσης του ανθρώπινου γονιδιώματος είχε τεράστιες απαιτήσεις χρηματοδότησης και συστημάτων οργάνωσης που ήταν πρωτοφανείς για τα δεδομένα της εποχής. Η ολοκλήρωση του Προγράμματος του Ανθρώπινου Γονιδιώματος (Human Genome Project) αποτελεί σημείο αναφοράς της σύγχρονης βιολογίας και έθεσε την βάση για την πληρέστερη κατανόηση των μηχανισμών ρύθμισής του υπό φυσιολογικές και παθολογικές καταστάσεις.

Στο παρόν μάθημα επιχειρείται μια ισορροπημένη παρουσίαση των αρχών της γονιδιωματικής, των τεχνικών εξελίξεων που έχουν αυξήσει δραματικά τη ροή των δεδομένων, καθώς και των εφαρμογών της σε διάφορους τομείς, από την ιατρική στη γεωργία και το περιβάλλον. Αναλύονται πολλαπλές συνιστώσες της σύγχρονης γονιδιωματικής όπως η συγκριτική, η πληθυσμιακή, η λειτουργική γονιδιωματική και η πρωτεομική, ενώ παρουσιάζονται οι βασικότερες τεχνολογίες αλληλούχησης με έμφαση στην δεύτερη και τρίτη γενεά που αποτελούν τις τεχνικές βάσεις της σύγχρονης γονιδιωματικής. Επιπρόσθετα παρουσιάζονται οι γονιδιωματικοί φυλλομετρητές και οι σχετικές βάσεις δεδομένων ευκαρυωτικών και προκαρυωτικών οργανισμών καθώς και μερικά από τα διαθέσιμα βιοπληροφορικά εργαλεία μετανάλυσης δεδομένων γονιδιωματικής. Τέλος γίνεται εισαγωγή στην έννοια της βιολογίας συστημάτων και πώς αυτή συνδέεται με τις γονιδιωματικές προσεγγίσεις.

Διδάσκων