גנום

מתוך ויקיפדיה, האנציקלופדיה החופשית
קפיצה לניווט קפיצה לחיפוש

בביולוגיה, גֵּנוֹם (בעברית: מִכְלוֹל הַגֵּנִים) הוא השם הניתן לרוב לכלל המידע התורשתי באורגניזם המקודד ב־DNA (ובחלק מהנגיפים ב־RNA). חומר זה כולל גם מידע אשר מקודד לחלבונים וגם מידע שאינו מקודד. המונח גנום הוטבע לראשונה ב־1920 על ידי הנס וינקלר, פרופסור לבוטניקה באוניברסיטת המבורג.

הגנומיקה היא תחום של הביולוגיה העוסקת בתכונות של כלל הגנומים, בניגוד מסוים לגנטיקה שעוסקת לרוב בגן בודד או בקבוצה קטנה של גנים.

המונח "גֵּנוֹם" יובא מגרמנית: Genom. מקורה הראשוני של המלה ביוונית: genos (לידה).

סוגי גנומים[עריכת קוד מקור | עריכה]

הגדרה מדויקת יותר של המונח גנום, מתארת אותו ככלל המידע בסט אחד של כרומוזומים המצוי בכל תא האורגניזם. בייצורים דיפלואידים (כמו האדם) בכל תא קיימים שני סטים שלמים של כרומוזומים ויש להתייחס לכל אחד מהם כגנום נפרד. במונח רצף הגנום מתייחסים לרוב לרצף של כלל הכרומוזום האוטוזומליים של האורגניזם בצירוף שני כרומוזומי המין, אם האורגניזם מתרבה ברבייה מינית. המונח הרכב גנטי משמש לעיתים לתיאור כלל המידע הגנטי המצוי בתא.

פרט למקרים חריגים הנמצאים לרוב בוירוסים, כלל המידע הגנטי של יצור חי מצוי לרוב בסט הכרומוזומים שלו. יוצאים מכלל זה הם לרוב יצורים פרזיטים אשר מכילים לעיתים פלסמידים, שגם הם מכילים חומר גנטי שעשוי להיות נורש. יוצא נוסף מן הכלל הוא הכרומוזום המצוי במיטוכונדריה ביצורים איקריוטיים. על אף חשיבותו הרבה הוא לרוב אינו נכלל תחת המונח גנום, כי אם זוכה לכינוי נפרד כגנום מיטוכונדריאלי.

ריצוף גנומים[עריכת קוד מקור | עריכה]

תהליך הריצוף של גנום הוא תהליך שבו החומר הגנטי מפרט בודד (או תערובת פרטים במקרה החיידקי) ממין מסוים באוכלוסייה מפוענח (מרוצף) באמצעות שיטות של ביולוגיה מולקולרית. בגלל מגבלות טכנולוגיה והגדלים של הגנום (גנום של חיידק פשוט מכיל כ־5 מיליון בסיסים) התהליך מתבסס על פענוח מספר רב של רצפים קצרים בגודל של כמה מאות בסיסים (contigs) ולאחר מכן הרכבה (assembly) של מקטעים אלה לרצפים ארוכים המתארים רצפים של כרומוזומים שלמים.

הגנום הראשון שרוצף היה גנום ויראלי קצרצר של ΦX174 והגנום הראשון של אורגניזם איקריוטי היה גנום שמר האפייה שפורסם ב־1996. ב־26 ביוני 2000 פורסמה טיוטה מלאה ראשונה של גנום האדם. מיזם גנום האדם פותח במקביל על ידי שיתוף פעולה של מספר מרכזי ענק ברחבי העולם – הפרויקט הציבורי וחברת סלרה. עד היום פוענחו כ־300 גנומים שלמים (לא כולל אלפי גנומים ויראליים), מתוכם כעשרים גנומים של ייצורים איקריוטיים ופרויקטי גנום של רוב האורגניזמים החשובים לאדם נמצאים בשלב פיתוח כלשהו.

השוואת גדלי גנומים מייצורים שונים[עריכת קוד מקור | עריכה]

Paris japonica
אורגניזם גודל גנום (זוגות בסיסים) הערות
וירוס, Porcine circovirus type 1 1,759 1.8kb הוירוס הידוע הקטן ביותר, שמסוגל להשתכפל בתאים איקריוטים
וירוס, ΦX174 פאג׳ 5,386 5.4kb הגנום הראשון שרוצף
וירוס, HIV 9,749 9.7kb
וירוס, פאג' למבדא 48,502 48.5kb
חיידק, Candidatus Carsonella ruddii 159,662 160kb
וירוס, פנדורה וירוס 2,470,000 2.47Mb הגנום הגדול ביותר הידוע של וירוס
חיידק, E. coli 4,600,000 4.6Mb
שמר,שמר האפייה 12,100,000 12.1M
תולעת נימית, Pratylenchus coffeae 20,000,000 20Mb הגנום הקטן ביותר הידוע של בעל חיים[1]
תולעת נימית, Caenorhabditis elegans 100,300,000 100Mb הגנום הראשון של בעל חיים רב־תאי שרוצף (דצמבר 1998)
חרק, זבוב פירות (Drosophila melanogaster) 175,000,000 175Mb
דג, Tetraodon nigroviridis 385,000,000 390Mb הגנום הקטן ביותר הידוע של חולייתן
יונק, הומו ספיאנס (בן־אדם) 3,289,000,000 3.3Gb
דג, Protopterus aethiopicus 130,000,000,000 130Gb הגנום הגדול ביותר הידוע של חולייתן
צמח, גביעונית (Fritillary assyriaca) 130,000,000,000 130Gb
צמח, פריס יפני 150,000,000,000 150Gb הגנום הגדול ביותר הידוע של צמח
דמוי אמבה, Polychaos dubium 670,000,000,000 670Gb אולי הגנום הגדול ביותר הידוע[2] (המדידות נעשו לפני התפתחותן של השיטות המודרניות, וייתכן שאינן מדויקות)

כפי שניתן ללמוד מהטבלה גנומים של ייצורים שונים נבדלים בגודלם במספר רב של סדרי גודל. חלק מן ההבדלים הללו נובעים מסיבות ביולוגיות ברורות. הוירוסים, להם הגנומים הקצרצרים ביותר, הם יצורים פרזיטים, הנסמכים על תא האורגניזם המארח על מנת לבצע את רוב הפעילות הביוכימית הדרושה לקיומם. על כן, הרוב המוחלט של הגנים הנחוצים לחיים של כל אורגניזם נעדרים מן הגנומים שלהם. גנום קומפקטי הכרחי לייצורים אלה על־מנת שהם יוכלו לשמור על אפשרות נוחה לחדירה לתוך התאים. גם מינים של בקטריות פרזיטיות מכילים הרבה פעמים גנומים "חלקיים" שגנים רבים המקודדים לחלבונים חיוניים נעדרים מהם.

תאי היצורים האיקריוטיים גדולים ומורכבים הרבה יותר מאלה של הפרוקריוטיים ולכן דרושה להם כמות גדולה יותר של גנים על מנת לתחזק את התא. כמו כן, גנים בייצורים איקרויטיים מכילים אינטרונים בתוך רצף הגן, מה שמגדיל בצורה משמעותית את האורך של הכרומוזום. הסיבות הללו מסבירות מדוע הגנום של שמר האפייה – ייצור חד־תאי פשוט יחסית – גדול פי 5 מגנום של חיידק ממוצע.

בצמחים, שלהם הגנומים הארוכים ביותר הידועים כיום, ידועים אירועים רבים במיוחד של הכפלת גנום (genome duplications) שבהם מספר הכרומוזומים של מין מסוים מכפיל את עצמו כתוצאה מפגם בחלוקה של התא. אירועים אלה גורמים לעלייה חדה בגודל הגנום, אף על פי שזו לא תמיד תורמת לאורגניזם.

מהסיבה הנ״ל לרוב אין ליחס יחס ישר בין גודל הגנום לבין מידת מורכבות האורגניזם. שנים רבות היה נהוג ליחס למספר הגנים את התרומה המשמעותית ביותר ל"שכלול" האורגניזם, אך בשנים האחרונות מתברר שגם התניה זו אינה נכונה, שכן מספר גנים מצומצם יחסית בגנום האנושי (המוערך כיום בכ־25,000) תורם לכמיליון תוצרי חלבון שונים באמצעות שחבור חליפי.

הגנום ושונות באוכלוסייה[עריכת קוד מקור | עריכה]

הגנום של הייצור אינו מייצג לרוב את השונות (פולימורפיזם) המצוי באוכלוסייה. במושג רצף הגנום נהוג להתייחס לרצף של אורגניזם בודד (או תערובת של אורגניזמים במקרים של חיידקים ווירוסים), שלרוב נבחר באופן אקראי מן האוכלוסייה ועבר ריצוף. למעשה, אחד האתגרים העומדים בפני הביולוגיה היום הוא פיתוח שיטות ל"ריצוף מחדש" (resequencing) של גנומים – ריצוף גנום של פרט ספציפי תוך שימוש בגנום מרוצף של אותו המין. התכנון הוא שתוך מספר שנים ניתן יהיה לבצע ריצוף כזה לאדם במחיר של כמה מאות דולרים.

ראו גם[עריכת קוד מקור | עריכה]

קישורים חיצוניים[עריכת קוד מקור | עריכה]

הערות שוליים[עריכת קוד מקור | עריכה]

  1. ^ Gregory TR (2005). "Animal Genome Size Database". http://www.genomesize.com. 
  2. ^ McGrath, Casey, L, & Katz, Laura A. (2004). "Genome diversity in microbial eukaryotes". TRENDS in Ecology and Evolution 19 (1): 32–38. PMID 16701223. doi:10.1016/j.tree.2003.10.007.