Геномика — разлика између измена

'''Геномика''' је област [[Молекуларна биологија|молекуларне биологије]] која се бави проучавањем структуре, функције, организације, [[Еволуција (биологија)|еволуције]] и [[Mapiranje gena|мапирања]] [[Геном|генома]] . Геном јепредставља скупкомплетан свихсет генанаследне једнеинформације хаплоидненеког организма и такође се дефинише као укупна [[Дезоксирибонуклеинска киселина|ДНК]] [[Хаплоид|хаплоидног]] ћелијесета [[Хромозом|хромозома]].<ref>{{Cite book|title=Молекуларна биологија 1|last=Савић Павићевић|first=Душанка|last2=Матић|first2=Гордана|publisher=NNK INTERNATIONAL|year=2020.|isbn=9788661570889|edition=2|location=Београд|pages=57}}</ref> За разлику од [[Генетика|генетике]], која се бави проучавањем структуре појединачних [[Ген|гена]] и њихове улоге у наслеђивању, геномика има за циљ колективну карактеризацију и квантификацију свих гена организма, њихове међусобне везе и утицај на организам, као и анализу осталих функционалних елемената генома попут [[Regulatorni region|регулаторних региона]] итд.<ref>{{Cite web|url=https://www.who.int/genomics/geneticsVSgenomics/en/|title=WHO definitions of genetics and genomics|publisher=World Health Organization}}</ref><ref>Стевановић, М. 2016, стр. 108</ref> Гени могу да усмеравају производњу [[Протеин|протеина]] уз помоћ [[Ензим|ензима]] и молекула. Протеини изграђују телесне структуре као што су органи и ткива, учествују у контроли хемијских реакција и преноса сигнала унутар и између ћелија. Геномика такође укључује секвенцирање и анализу генома путем [[DNK sekvenciranje|секвенцирања ДНК]] и [[Биоинформатика|биоинформатике]].<ref>{{Cite book|url=https://www.worldcat.org/oclc/747232752|title=Concepts of genetics|date=2012|publisher=Pearson Education|others=William S. Klug|isbn=978-0-321-72412-0|edition=10th ed|location=San Francisco|oclc=747232752}}</ref><ref>{{Cite book|url=https://www.worldcat.org/oclc/55983868|title=Genetics|date=2003|publisher=Macmillan Reference USA|others=Richard Robinson|isbn=0-02-865890-6|location=New York|oclc=55983868}}</ref> Напредак у геномици покренуо је револуцију у различитим истраживањима и [[Sistemska biologija|системској биологији]] са идејом да се олакша разумевање чак и најсложенијих биолошких система као што је мозак.<ref>{{Cite journal|last=Kadakkuzha|first=Beena M.|last2=Puthanveettil|first2=Sathyanarayanan V.|date=July 2013|title=Genomics and proteomics in solving brain complexity|url=https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC6425491/|journal=Molecular bioSystems|volume=9|issue=7|pages=1807–1821|doi=10.1039/c3mb25391k|issn=1742-206X|pmc=6425491|pmid=23615871}}</ref>

Реч Ген потиче из Грчког језика, ΓΕΝ<ref>{{Cite book|title=Intermediate Greek-English Lexicon|last=Liddell|first=Henry George|last2=Scott|first2=Robert|date=2013|publisher=Martino Fine Books|isbn=978-1-61427-397-4}}</ref> ''gen'', „gene“ (гама, епсилон, ну, епсилон) што у преводу значи „постојати, стварати, стварање, рађати”, а додатне верзије речи су: генеалогија, генеза, генетика, генотип, род итд. Реч Геном (од [[Немачки језик|немачке]] речи ''Genom'', која се приписује [[Ханс Винклер|Хансу Винклеру]]) била је у употреби у [[Енглески језик|енглеском језику]] још 1926. године.<ref>"[https://www.oed.com/start?authRejection=true&url=%2Fview%2FEntry%2F7761 Genome, n]". ''Oxford English Dictionary'' (Third ed.). Oxford University Press. 2008. Retrieved 2012-12-01</ref> Термин ''геномика'' је смислио [[Том Родерик]], генетичар из Џексонове лабораторије ([[Бар Харбор (Мејн)|Бар Харбор, Мејн]]), на састанку одржаном поводом мапирања хуманог генома у [[Мериленд|Мериленду]] 1986. године.<ref>{{Cite journal|last=Yadav|first=Satya P.|date=December 2007|title=The Wholeness in Suffix -omics, -omes, and the Word Om|url=https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC2392988/|journal=Journal of Biomolecular Techniques : JBT|volume=18|issue=5|pages=277|issn=1524-0215|pmc=2392988|pmid=18166670}}</ref>

[[Фредерик Сангер]], добитник Нобелове награде за утврђивање секвенце [[аминокиселина]] у [[Инсулин|инсулину]], је заједно са колегама одиграо кључну улогу у развоју техника секвенцирања [[ДНК]].<ref name=":2" /> Године 1975., [[Алан Колсон]] и Сангер су објавили поступак секвенцирања помоћу [[ДНК полимераза|ДНК полимеразе]] и радиоактивно обележених [[Нуклеотид|нуклеотида]]. Технику су назвали „Плус и Минус техника”.<ref>{{Cite book|url=https://www.worldcat.org/oclc/949283348|title=Principles of genetics|last=Tamarin|first=Robert H.|date=2004.|publisher=McGraw-Hill|isbn=978-0-07-124320-9|edition=7th ed|location=Boston|oclc=949283348}}</ref><ref>Sanger F (1980). [https://www.nobelprize.org/nobel_prizes/chemistry/laureates/1980/sanger-lecture.pdf "Nobel lecture: Determination of nucleotide sequences in DNA"] (PDF). Nobelprize.org. Retrieved 2010-10-18.</ref> ПроцесОва техника је укључивалоукључивала две блиско повезанесродне методе које су генерисале кратке [[Олигонуклеотид|олигонуклеотиде]] са дефинисаним 3' крајевима. Олигонулкеотиди се даље могу фракционисати [[Електрофореза|електрофорезом]] на [[Полиакриламид|полиакриламидном]] гелу (тзв. електрофореза у полиакриламидном гелу) и визуализовати помоћу [[Ауторадиографија|ауторадиографије]]. Овим поступком је било могуће секвенцирати секвенцу дугу до 80 нуклеотида у једном потезу, што је било велико побољшање, али је и даље био врло временски веома напоран процес. Ипак, 1977. године је Сангерова група успела да секвенцира већину од 5.386 нуклеотида једноланчаног [[Bakteriofag|бактериофага]] [[φКс174]].<ref name=":3">{{Cite journal|last=Sanger|first=F.|last2=Air|first2=G. M.|last3=Barrell|first3=B. G.|last4=Brown|first4=N. L.|last5=Coulson|first5=A. R.|last6=Fiddes|first6=J. C.|last7=Hutchison|first7=C. A.|last8=Slocombe|first8=P. M.|last9=Smith|first9=M.|date=February 1977|title=Nucleotide sequence of bacteriophage φX174 DNA|url=https://www.nature.com/articles/265687a0|journal=Nature|language=en|volume=265|issue=5596|pages=687–695|doi=10.1038/265687a0|issn=1476-4687}}</ref> Тиме су комплетирали и секвенцирали први геном у целини. Усавршавање методе Плус и Минус резултирало је [[Сангерова метода секвенцирања|Сангеровом методом]], која је чинилапостала основубаза техника секвенцирања ДНК, мапирања генома, складиштења података и биоинформатичкебиоинформатичких анализе које су широко коришћене у наредних 25 година у науци.<ref>{{Cite journal|date=2003-12-19|title=Whole genome shotgun sequencing guided by bioinformatics pipelines—an optimized approach for an established technique|url=https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0168165603002293|journal=Journal of Biotechnology|language=en|volume=106|issue=2-3|pages=121–133|doi=10.1016/j.jbiotec.2003.08.008|issn=0168-1656}}</ref><ref>{{Cite journal|last=Sanger|first=F.|last2=Nicklen|first2=S.|last3=Coulson|first3=A. R.|date=December 1977|title=DNA sequencing with chain-terminating inhibitors|url=https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC431765/|journal=Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America|volume=74|issue=12|pages=5463–5467|issn=0027-8424|pmid=271968}}</ref>

[[Датотека:Number_of_prokaryotic_genomes_and_sequencing_costs.svg|алт="Hockey stick" graph showing the exponential growth of public sequence databases.|мини|300x300пискел|Број геномских пројеката се повећао услед технолошких побољшања којикоја су довелидовела до смањења трошкова секвенцирања. '''(А)''' Експоненцијални раст база података о секвенцама генома од 1995. '''(Б)''' Трошкови у америчким доларима (енгл. USD) за секвенцирање једног милиона база. '''(Ц)''' Трошкови у USD за секвенцирање генома од 3.000 Mb (у људској величини) на логаритамски трансформисаној скали.]]

Појава различитих технологија секвенцирања резултирала је брзим напретком и довелаконачним до завршетказавршетком [[Genomski projekat|пројеката секвенцирања генома]]. Први комплетно секвенциран [[Митохондријски геном|геном]] [[OrganelaЕукариоте|еукариотске]] [[Organela|органеле]], [[Митохондрија|митохондрије]] човека (16.568 бп, око 16,6 кб &#x5B;килобаза&#x5D; ), пријављен је 1981. године<ref>{{Cite journal|last=Anderson|first=S.|last2=Bankier|first2=A. T.|last3=Barrell|first3=B. G.|last4=de Bruijn|first4=M. H. L.|last5=Coulson|first5=A. R.|last6=Drouin|first6=J.|last7=Eperon|first7=I. C.|last8=Nierlich|first8=D. P.|last9=Roe|first9=B. A.|date=April 1981|title=Sequence and organization of the human mitochondrial genome|url=https://www.nature.com/articles/290457a0|journal=Nature|language=en|volume=290|issue=5806|pages=457–465|doi=10.1038/290457a0|issn=1476-4687}}</ref>, а први секвенцирани [[Хлоропластни геном|геноми хлоропласта]] уследили су 1986. године.<ref>{{Cite journal|last=Shinozaki|first=K.|last2=Ohme|first2=M.|last3=Tanaka|first3=M.|last4=Wakasugi|first4=T.|last5=Hayashida|first5=N.|last6=Matsubayashi|first6=T.|last7=Zaita|first7=N.|last8=Chunwongse|first8=J.|last9=Obokata|first9=J.|date=September 1986|title=The complete nucleotide sequence of the tobacco chloroplast genome: its gene organization and expression|url=https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC1167080/|journal=The EMBO Journal|volume=5|issue=9|pages=2043–2049|issn=0261-4189|pmc=1167080|pmid=16453699}}</ref><ref>{{Cite journal|last=Ohyama|first=Kanji|last2=Fukuzawa|first2=Hideya|last3=Kohchi|first3=Takayuki|last4=Shirai|first4=Hiromasa|last5=Sano|first5=Tohru|last6=Sano|first6=Satoshi|last7=Umesono|first7=Kazuhiko|last8=Shiki|first8=Yasuhiko|last9=Takeuchi|first9=Masayuki|date=August 1986|title=Chloroplast gene organization deduced from complete sequence of liverwort Marchantia polymorpha chloroplast DNA|url=https://www.nature.com/articles/322572a0|journal=Nature|language=en|volume=322|issue=6079|pages=572–574|doi=10.1038/322572a0|issn=1476-4687}}</ref> Године 1992. године секвенциран је први еукариотски [[хромозом]], хромозом пивског квасца ''[[Saccharomyces cerevisiae]]'' (315 кб).<ref>{{Cite journal|last=Oliver|first=S. G.|last2=van der Aart|first2=Q. J. M.|last3=Agostoni-Carbone|first3=M. L.|last4=Aigle|first4=M.|last5=Alberghina|first5=L.|last6=Alexandraki|first6=D.|last7=Antoine|first7=G.|last8=Anwar|first8=R.|last9=Ballesta|first9=J. P. G.|date=May 1992|title=The complete DNA sequence of yeast chromosome III|url=https://www.nature.com/articles/357038a0|journal=Nature|language=en|volume=357|issue=6373|pages=38–46|doi=10.1038/357038a0|issn=1476-4687}}</ref> Први слободни живислободноживећи организам који је секвенциран биобила је бактерија ''[[Haemophilus influenzae]]'' (1,8 Мб) 1995. године.<ref>{{Cite journal|last=Fleischmann|first=R. D.|last2=Adams|first2=M. D.|last3=White|first3=O.|last4=Clayton|first4=R. A.|last5=Kirkness|first5=E. F.|last6=Kerlavage|first6=A. R.|last7=Bult|first7=C. J.|last8=Tomb|first8=J. F.|last9=Dougherty|first9=B. A.|date=1995-07-28|title=Whole-genome random sequencing and assembly of Haemophilus influenzae Rd|url=https://science.sciencemag.org/content/269/5223/496|journal=Science|language=en|volume=269|issue=5223|pages=496–512|doi=10.1126/science.7542800|issn=0036-8075|pmid=7542800}}</ref> Од тада број секвенцираних генома расте експоненцијално.<ref>{{Cite journal|last=Goffeau|first=A.|last2=Barrell|first2=B. G.|last3=Bussey|first3=H.|last4=Davis|first4=R. W.|last5=Dujon|first5=B.|last6=Feldmann|first6=H.|last7=Galibert|first7=F.|last8=Hoheisel|first8=J. D.|last9=Jacq|first9=C.|date=1996-10-25|title=Life with 6000 Genes|url=https://science.sciencemag.org/content/274/5287/546|journal=Science|language=en|volume=274|issue=5287|pages=546–567|doi=10.1126/science.274.5287.546|issn=0036-8075|pmid=8849441}}</ref>

Већина микроорганизама чији су геноми потпуно секвенцирани су [[Patogen|патогени]], као што је између осталог и ''[[Haemophilus influenzae]].''<ref>{{Cite news|url=https://www.nytimes.com/2009/12/29/science/29microbes.html|title=Scientists Start a Genomic Catalog of Earth’s Abundant Microbes|last=Zimmer|first=Carl|date=2009-12-28|work=The New York Times|access-date=2021-06-01|language=en-US|issn=0362-4331}}</ref><ref>{{Cite journal|last=Wu|first=Dongying|last2=Hugenholtz|first2=Philip|last3=Mavromatis|first3=Konstantinos|last4=Pukall|first4=Rüdiger|last5=Dalin|first5=Eileen|last6=Ivanova|first6=Natalia N.|last7=Kunin|first7=Victor|last8=Goodwin|first8=Lynne|last9=Wu|first9=Martin|date=2009-12-24|title=A phylogeny-driven genomic encyclopaedia of Bacteria and Archaea|url=https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3073058/|journal=Nature|volume=462|issue=7276|pages=1056–1060|doi=10.1038/nature08656|issn=0028-0836|pmc=3073058|pmid=20033048}}</ref> Од осталих врста које су секвенциране, већина је изабрана јер су били добро проучени организми или се претпоставило да ће постати добри [[модел организми]]ː попутː квасац (лат. ''[[Saccharomyces cerevisiae]]'') је дуго био важан модел организам [[Еукариоте|еукариотске ћелије]], док је винска мушица ''[[Vinska mušica|Drosophila melanogaster]]'' била врло важан модел организам нарочито у раној пре-молекуларној [[Генетика|генетици]]; ваљкасти црв ''[[Caenorhabditis elegans]]'' је често коришћен модел за проучавање [[Višećelijski organizam|вишећелијскевишећелијских организмеорганизама]]; ''Danio rerio'' (зебрица) користи се за многа истраживања развојаразвића на молекуларном нивоу, а биљка ''[[Arabidopsis thaliana]]'' је модел организам за [[Скривеносеменице|цветнице]]; [[пас]] (лат. ''Canis lupus familiaris'')<ref>{{Cite web|url=https://www.genome.gov/12511476/2004-advisory-dog-genome-assembled|title=Dog Genome Assembled|website=Genome.gov|language=en|access-date=2021-06-01}}</ref>, смеђи пацов (''[[Rattus norvegicus]]''), миш (лат. [[Кућни миш|''Mus musculus'']]) и шимпанза (лат. ''[[Обична шимпанза|Pan troglodytes]]'') су све значајне животиње, модел организми, у медицинским истраживањима.<ref>Darden L, James Tabery (2010). [https://plato.stanford.edu/archives/fall2010/entries/molecular-biology/ "Molecular Biology"]. In Zalta EN (ed.). ''The Stanford Encyclopedia of Philosophy'' (Fall 2010 ed.).</ref>

Груби нацрт [[Хумани геном|људског генома]] добијен је током [[Projekat ljudskog genoma|пројекта људског генома]] почетком 2001. године.<ref name=":4">{{Cite book|url=https://www.worldcat.org/oclc/435418566|title=Drawing the map of life : inside the Human Genome Project|last=McElheny|first=Victor K.|date=2010|publisher=Basic Books|isbn=978-0-465-04333-0|location=New York, NY|oclc=435418566}}</ref> Током овог пројекта, који је завршен 2003. године, секвенциран је читав геном једне одређене особе, а до 2007. секвенца је проглашена „завршеном“ са мање од једне грешке у 20.000 база.<ref name=":4" /> У годинама од тада, секвенцирани су геноми многих других појединаца, делимично под покровитељством [[Пројекат 1000 генома|Пројекта 1000 генома]], који је најавио секвенцирање 1.092 генома у октобру 2012.<ref>{{Cite journal|date=2012-11-01|title=An integrated map of genetic variation from 1,092 human genomes|url=https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3498066/|journal=Nature|volume=491|issue=7422|pages=56–65|doi=10.1038/nature11632|issn=0028-0836|pmc=3498066|pmid=23128226}}</ref> Завршетак овог пројекта омогућен је развојем ефикаснијих технологија секвенцирања и захтевао је посвећеност значајних [[Биоинформатика|ресурса биоинформатике]] из велике међународне сарадње.<ref>{{Cite journal|last=Nielsen|first=Rasmus|date=October 2010|title=In search of rare human variants|url=https://www.nature.com/articles/4671050a|journal=Nature|language=en|volume=467|issue=7319|pages=1050–1051|doi=10.1038/4671050a|issn=1476-4687}}</ref>

Омика, ера која је започела крајем 20. века обухвата нове технологије и бави се односом, улогом и механизмима деловања различитих типова молекула попут [[Рибонуклеинска киселина|РНК]], ДНК, [[Протеин|протеина]], [[Metabolit|метаболита]] итд. у [[Ћелија (биологија)|ћелији]] неког организма. Развој различитих Омика повезан је са развојем биоинформатике и информационих технологија које омогућавају анализу, складиштење, обраду и интерпретацију велике количине података добијених у експериментима. Постоји неколико десетина различитих поља истраживања у оквиру Омика, а најзначајнија за молекуларну биологију су геномика, [[транскриптомика]] (бави се проучавањем [[Транскриптом|транскриптома - скупа]]—скупа свих транскрипата у ћелији у неком датом тренутку), [[Proteomika|протеомика]] (бави се проучавањем [[Proteom|протеома - скупа]]—скупа свих протеина у ћелији у неком датом тренутку), [[Metabolomika|метаболомика]] (проучава све [[Молекул|молекуле]] укључене у [[метаболизам]] ћелије) и [[феномика]] (бави се проучавањем фенома - скупафенома—скупа свих [[Фенотип|фенотипских]] карактеристика јендогједног организма). Посебно је битан однос између поменутих „омика” - геном„омика”—геном је носилац информације за догађаје у ћелији, транскриптом одражава оно што се дешава, протеомика говори о томе шта је узрок тих дешавања док метаболомика пружа одговор о догађајима који су се десили у ћелији. На самом крају односа је феномика која анализира све ефекте које су те рпоменепромене на нивоу ћелије оствариле на фенотип.<ref name=":0">Стевановић, М. 2016, стр. 142-144</ref>

Секвенцирање се првобитно вршило у великим центрима са скупом потребном инструментацијом и техничком подршком. Како се технологија секвенцирања и даље побољшава, нова генерација ефикасних брзих секвенцера омогућава секвенцирање и у просечним академским лабораторијама.<ref>Baker M (14 September 2012). [http://blogs.nature.com/news/2012/09/benchtop-sequencers-ship-off.html "Benchtop sequencers ship off"] (Blog). ''Nature News Blog''. Retrieved 2012-12-22.</ref><ref>{{Cite journal|last=Quail|first=Michael A|last2=Smith|first2=Miriam|last3=Coupland|first3=Paul|last4=Otto|first4=Thomas D|last5=Harris|first5=Simon R|last6=Connor|first6=Thomas R|last7=Bertoni|first7=Anna|last8=Swerdlow|first8=Harold P|last9=Gu|first9=Yong|date=2012-07-24|title=A tale of three next generation sequencing platforms: comparison of Ion Torrent, Pacific Biosciences and Illumina MiSeq sequencers|url=https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3431227/|journal=BMC Genomics|volume=13|pages=341|doi=10.1186/1471-2164-13-341|issn=1471-2164|pmc=3431227|pmid=22827831}}</ref> Приступи секвенцирању генома могу се поделити у две широке категорије,категоријеː насумично секвенцирање (енгл. ''shotgun'') и високопропусно (или секвенцирање нове генерације - ''NGS'') секвенцирање.<ref name=":2" />

[[Датотека:ABI_PRISM_3100_Genetic_Analyzer_3.jpg|мини|ГенетскиАпарат анализаторза АБИсеквенцирање ПРИСМ''ABI PRISM 3100''. Такви капиларни секвенцери аутоматизовали су ране велике напоре за секвенцирање генома.|241x241пискел]]

Насумично секвенцирање је метода секвенцирања дизајнирана за анализу секвенци ДНК дужих од 1000 базних парова, укључујући и читаве хромозоме.<ref name=":5">{{Cite journal|last=Staden|first=R|date=1979-06-11|title=A strategy of DNA sequencing employing computer programs.|url=https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC327874/|journal=Nucleic Acids Research|volume=6|issue=7|pages=2601–2610|issn=0305-1048|pmid=461197}}</ref> НазванНазвана је по аналогији са брзим испаљивањем хитаца из [[Сачмарица|сачмарице]]. Сам процес укључује насумично фрагментисање ДНК молекула до фрагмената малих дужина, и до неколико кб. Фрагменти се даље клонирају у [[Плазмид|плазмидним]] векторима, а потом и секвенцирају.<ref name=":1">Стевановић, М. 2016, стр. 125-126</ref> Након неколико рунди фрагментирањафрагментисања и секвенцирања добијају се вишеструка очитавања која се преклапају за циљну ДНК. Насумичне секвенце се даље анализирају помоћу одређених програма и алгоритама за претраживање преклапајућих секвенци.<ref name=":5" /><ref>{{Cite journal|last=Anderson|first=S|date=1981-07-10|title=Shotgun DNA sequencing using cloned DNase I-generated fragments.|url=https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC327328/|journal=Nucleic Acids Research|volume=9|issue=13|pages=3015–3027|issn=0305-1048|pmid=6269069}}</ref> Овакво секвенцирање је погодно за анализу мањих генома, попут прокариотских генома.<ref name=":1" />

Током већег дела своје историје, технологија заснована на насумичном секвенцирању била је класична метода прекида ланца или „СангероваСангерова метода”метода, која се заснива на селективном укључивању [[Дидеоксинуклеотид|дидеоксинуклеотида]] који се додају на крај ДНК фрагмента помоћу [[ДНК полимераза|ДНК полимеразе]] током [[in vitro]] [[Репликација ДНК|репликације ДНК]].<ref name=":3" /><ref>{{Cite journal|date=1975-05-25|title=A rapid method for determining sequences in DNA by primed synthesis with DNA polymerase|url=https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/0022283675902132|journal=Journal of Molecular Biology|language=en|volume=94|issue=3|pages=441–448|doi=10.1016/0022-2836(75)90213-2|issn=0022-2836}}</ref> Дидеоксинуклеотидима недостаје 3'- [[Hidroksil|OH]] група потребна за формирање [[Фосфодиестарска веза|фосфодиестерске везе]] између два нуклеотида, што доводи до тога да ДНК полимераза престаје са синтетисањем ДНК молекула након њихове уградње. Могу бити [[Радиоактивност|радиоактивно]] или [[Fluorescencija|флуоресцентно]] обележени што је потребно за детектовање у ДНК секвенаторима.<ref name=":2" /> Типично, ове машине могу секвенцирати до 96 узорака ДНК у једној серији у до 48 циклуса дневно.<ref>Illumina, Inc. (28 February 2012). ''[https://www.illumina.com/Documents/products/Illumina_Sequencing_Introduction.pdf An Introduction to Next-Generation Sequencing Technology]'' (PDF). San Diego, California, USA: Illumina, Inc. p. 12. Retrieved 2012-12-28.</ref>

Данас је насумично секвенцирање све чешће замењено са новим, високопропусним методама секвенцирања. Међутим, Сангерова метода остаје и даље у широкој употреби, пре свега за пројекте мањег обима и за добијање нарочито дугих секвенци ДНК (> 500 нуклеотида).<ref>{{Cite journal|last=Mavromatis|first=Konstantinos|last2=Land|first2=Miriam L.|last3=Brettin|first3=Thomas S.|last4=Quest|first4=Daniel J.|last5=Copeland|first5=Alex|last6=Clum|first6=Alicia|last7=Goodwin|first7=Lynne|last8=Woyke|first8=Tanja|last9=Lapidus|first9=Alla|date=2012-12-12|title=The Fast Changing Landscape of Sequencing Technologies and Their Impact on Microbial Genome Assemblies and Annotation|url=https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3520994/|journal=PLoS ONE|volume=7|issue=12|doi=10.1371/journal.pone.0048837|issn=1932-6203|pmc=3520994|pmid=23251337}}</ref>

==== Секвенцирање применом технологија нове генерације ====

Велика потражњапотреба за нижим трошковима секвенцирања покренула је развој технологија које би омогућиле паралелно секвенцирање са коначним производом од хиљаде или милиона секвенци одједном.<ref>{{Cite journal|last=Hall|first=Neil|date=2007-05-01|title=Advanced sequencing technologies and their wider impact in microbiology|url=https://doi.org/10.1242/jeb.001370|journal=Journal of Experimental Biology|volume=210|issue=9|pages=1518–1525|doi=10.1242/jeb.001370|issn=0022-0949}}</ref><ref>{{Cite web|url=https://www.scientificamerican.com/article/genomes-for-all/|title=Genomes for All|website=Scientific American|language=en|doi=10.1038/scientificamerican0106-46|access-date=2021-06-01}}</ref> Циљ је био да се оваквим секвенцирањем умање трошкови у односу на класичне методе. Код оваквог секвенцирања је могуће да се обави истовремено̠̟/паралелно чак 500,000 операција/кругова (енгл. ''run'').<ref>{{Cite journal|last=ten Bosch|first=John R.|last2=Grody|first2=Wayne W.|date=November 2008|title=Keeping Up With the Next Generation|url=https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC2570630/|journal=The Journal of Molecular Diagnostics : JMD|volume=10|issue=6|pages=484–492|doi=10.2353/jmoldx.2008.080027|issn=1525-1578|pmc=2570630|pmid=18832462}}</ref><ref>{{Cite journal|last=Tucker|first=Tracy|last2=Marra|first2=Marco|last3=Friedman|first3=Jan M.|date=2009-08-14|title=Massively Parallel Sequencing: The Next Big Thing in Genetic Medicine|url=https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC2725244/|journal=American Journal of Human Genetics|volume=85|issue=2|pages=142–154|doi=10.1016/j.ajhg.2009.06.022|issn=0002-9297|pmc=2725244|pmid=19679224}}</ref> 

Illumina секвенцирање је методатехнологија која се заснива на коришћењу обојених, реверзибилних терминатора се на реверзибилним терминаторима бојила. Развијена је 1996. године на Институту за биомедицинска истраживања у Женеви од стране Паскала Мајера и Лаурента Фаринелија.<ref>Kawashima EH, Farinelli L, Mayer P (12 May 2005). [https://patents.google.com/patent/US20050100900 "Method of nucleic acid amplification"]. Retrieved 2012-12-22.</ref> Кораци у овој методи јесу фрагментисање молекула ДНК и везивања адаптера за крајеве фрагмената. Фрагменти се затим наливају на стаклене проточне ћелије на којима се налази велики број олигонуклеотида који су комеплементарни адаптерима за које се и везују. Оба адаптера хибридузују са нукеотидимаолигонукеотидима и тако се формира мостструктура моста, након чега следи амплификација (умножавање) фрагмената чиме се добијају кластери (велики број фрагмената-копија једног почетног фрагмента). Проточна ћелија се ставља у апарат за секвенцирање и додају јој се [[ДНК полимераза]] и флуоресцентно обојени терминатори, нуклеотидитерминатори—нуклеотиди који имају интктивирануинактивирану 3'-OH групу што омогућава да након уградње ових нуклеотида полимераза не може да настави са додавањем нуклеотида (синтезом ланца) па се ласером у сваком циклусу детектује боја и тиме одговарајући нуклеотид.<ref>Стевановић, М. 2016, стр. 127</ref> Након сваке рунде се хемијском реакцијом уклања обележени терминатор и наставља са процесом секвенцирања.<ref>{{Cite web|url=https://web.archive.org/web/20130518193940/http://www.lcg.unam.mx/frontiers/files/frontiers/annurev.genom.9.081307.164359.pdf|title=Wayback Machine|date=2013-05-18|website=web.archive.org|access-date=2021-06-01}}</ref> Софтвер показује секвенцу сваког појединачног кластера.

Алтернативни приступ заснован је на хемији репликације ДНК. Ова технологија мери ослобађање јона [[Водоник|водоника]] сваки пут када се угради база током полимеризације ДНК. Микробунар који садржи ДНК ланац за секвенцирање преплављен је једном врстом [[Деоксирибонуклеотид трифосфат|деоксирибонуклеотид трифосфата]] (dNTP). Ако је уведени dNTP комплементаран са темплејтом (секвенцом ДНК), биће уграђен у растући комплементарни ланац и ово узрокује ослобађање јона водоника који бележи јонски сензор.<ref name="davies1">{{Cite journal|year=2011|title=Powering Preventative Medicine|url=http://www.bio-itworld.com/issues/2011/sept-oct/powering-preventative-medicine.html|journal=Bio-IT World|issue=September–October|access-date=29. 05. 2021|archive-date=06. 06. 2016|archive-url=https://web.archive.org/web/20160606115325/http://www.bio-itworld.com/issues/2011/sept-oct/powering-preventative-medicine.html|url-status=dead}}</ref>

Асемблирање се може широко категоризирати у два приступа: ''[[De novo sinteza|де ново]]'' секвенцирање - кодсеквенцирање—код генома који нису слични ниједном геному секвенцираном у прошлости и упоредно (компаративно) асемблирање у ком се користи постојећи, раније очитан редослед секвенци код сродних организама.<ref>{{Cite journal|last=Pop|first=Mihai|date=July 2009|title=Genome assembly reborn: recent computational challenges|url=https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC2691937/|journal=Briefings in Bioinformatics|volume=10|issue=4|pages=354–366|doi=10.1093/bib/bbp026|issn=1467-5463|pmc=2691937|pmid=19482960}}</ref> ''Де ново'' асемблирање је далеко неповољнија метода, нарочито код кратких секвенци.  

Алати за аутоматско бележење покушавају да изврше ове кораке ''[[in silico]]'', за разлику од ручне анотације, коракаанотације—корака који укључује људску стручност и потенцијалну експерименталну верификацију.<ref>{{Cite web|url=https://web.archive.org/web/20130529013309/http://www.genomics.arizona.edu/553/Readings/2012/Brent_2008.pdf|title=Wayback Machine|date=2013-05-29|website=web.archive.org|access-date=2021-06-01}}</ref>  

Основни ниво анотације је коришћење [[BLAST|БЛАСТ-а]], алгоритма за проналажење сличности, а затим анотацијуанотације генома на основу хомолога.<ref name=":2" /> У новије време, додатне информације се додају на платформу за анотацију. Додатне информације омогућавају ручним анотаторима да отклоне неслагања између гена којима се даје иста анотација. Неке базе података користе информације о контексту генома, оцене сличности, експерименталне податке и интеграције других ресурса. Остале базе података (нпр. [[Ensembl|Енсембл]]) ослањају се на оба извора података, као и на низ софтверских алата за аутоматизовану анотацију генома.<ref>{{Cite journal|last=Flicek|first=Paul|last2=Ahmed|first2=Ikhlak|last3=Amode|first3=M. Ridwan|last4=Barrell|first4=Daniel|last5=Beal|first5=Kathryn|last6=Brent|first6=Simon|last7=Carvalho-Silva|first7=Denise|last8=Clapham|first8=Peter|last9=Coates|first9=Guy|date=2012-11-30|title=Ensembl 2013|url=https://doi.org/10.1093/nar/gks1236|journal=Nucleic Acids Research|volume=41|issue=D1|pages=D48–D55|doi=10.1093/nar/gks1236|issn=0305-1048|pmc=PMC3531136|pmid=23203987}}</ref> Структурна анотација се састоји од идентификације геномских елемената, пре свега [[Otvoreni okvir čitanja|ОРФ-ова]] (отворених оквира читања) и њихове локализације, или генске структуре. Функционална анотација састоји се од везивања биолошких информација за геномске елементе.

[[Функционална геномика]] је поље [[Молекуларна биологија|молекуларне биологије]] које покушава да искористи огромно богатство података произведенихдобијених помоћутоком геномских пројеката (као што су [[Genomski projekat|пројекти секвенцирања генома]] ) за описивање функција и интеракција [[Ген|гена]] (и [[Протеин|протеина).]]<ref>Gibson ФункционалнаG, Muse SV. ''A primer геномикаof фокусираgenome science'' (3rd ed.). Sunderland, MA: Sinauer Associates.</ref> Фокусира се на динамичкединамичне аспекте као што су [[Транскрипција (генетика)|транскрипција]] гена, [[Транслација (генетика)|транслација]] и [[Protein—protein interakcija|интеракције протеин-протеин]], за разлику од статичких аспеката геномских информација попут [[DNK sekvenciranje|ДНК секвенце]] или структура. Функционална геномика покушава да одговори на питања о функцији ДНК на нивоима гена, РНК транскрипата и протеинских производа. Кључна карактеристика студија функционалне геномике је њихов приступ који углавном укључује високопропусне методе, а не традиционалнији приступ „ген по ген“.

[[Strukturna genomika|Структурна геномика]] настоји да опише [[Протеинска структура|тродимензионалну структуру]] сваког протеина кодираног датим [[Геном|геномом]].<ref>{{Cite journal|last=Marsden|first=Russell L|last2=Lewis|first2=Tony A|last3=Orengo|first3=Christine A|date=2007-03-09|title=Towards a comprehensive structural coverage of completed genomes: a structural genomics viewpoint|url=https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC1829165/|journal=BMC Bioinformatics|volume=8|pages=86|doi=10.1186/1471-2105-8-86|issn=1471-2105|pmc=1829165|pmid=17349043}}</ref><ref>{{Cite journal|last=Brenner|first=S. E.|last2=Levitt|first2=M.|date=January 2000|title=Expectations from structural genomics.|url=https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC2144435/|journal=Protein Science : A Publication of the Protein Society|volume=9|issue=1|pages=197–200|issn=0961-8368|pmc=2144435|pmid=10739263}}</ref> Одређивање структуре се врши комбинацијом експерименталних приступа и приступа моделирања[[Моделовање|моделовања]]. Основна разлика између структурне геномике и [[Предвиђање структуре протеина|традиционалних структурних предвиђања]] је у томе што структурна геномика покушава да одреди структуру сваког протеина кодираног геномом, уместо да се фокусира на један одређени протеин. Са доступним секвенцама потпуно очитаног генома, предвиђање структуре може се извршити брже комбинацијом експерименталних приступа и приступа моделирањамоделовања, посебно зато што доступност великог броја секвенцираних генома и претходно детерминисаних протеинских структура омогућавају научницима да моделирајуодреде структуру протеина на основу структура претходно детерминисаних [[Хомологија (биологија)|хомолога]]. Структурна геномика укључује коришћење великог броја приступа одређивању структуре, укључујући експерименталне методе које користе геномске секвенце или приступе засноване на моделирањумоделовању засноване на секвенци или [[Homologno modelovanje|структурној хомологији]] протеина познате структуре или засноване на хемијским и физичким принципима за протеин без хомологије. За разлику од традиционалне [[Strukturna biologija|структурне биологије]], одређивање [[Протеинска структура|структуре протеина]] кроз структурни геномички приступ често (али не увек) претходи информацијама о функцији тог протеина. Ово поставља нове изазове у [[Strukturna bioinformatika|структурној биоинформатици]], односно одређивању функције протеина на основу њене очитане [[Тродимензионални простор|3D]] структуре.<ref>Brenner SE (October 2001). [http://compbio.berkeley.edu/people/brenner/pubs/brenner-2001-nrg-strgen.pdf "A tour of structural genomics"] (PDF). ''Nature Reviews. Genetics''. '''2''' (10): 801–9. doi:10.1038/35093574. <nowiki>PMID 11584296</nowiki>. S2CID 5656447.</ref>

[[Епигеномика]] проучава целокупи скупаскуп [[Епигенетика|епигенетских]] модификација генетског материјала ћелије, познатог као [[Епигеноме|епигеном]]. Епигенетске модификације су реверзибилне модификације ћелијске ДНК или [[Хистон|хистона]] које утичу на експресију гена без промене саме секвенце ДНК.<ref>Russell 2010 стр. 475</ref> Најкарактеристичније епигенетске модификације су [[метилација ДНК]] и [[Епигенетика|модификација хистона]]. Епигенетске модификације играју важну улогу у експресији и регулацији гена и укључене су у бројне ћелијске процесе као што су [[Епигенетика|диференцијација / развој]] и [[туморигенеза]].<ref>{{Cite book|url=https://www.worldcat.org/oclc/601107590|title=Epigenetics : the ultimate mystery of inheritance|last=Francis|first=Richard C.|date=2011|publisher=W.W. Norton|isbn=978-0-393-07005-7|edition=1st ed|location=New York|oclc=601107590}}</ref> Проучавање епигенетике на глобалном нивоу омогућено је тек недавно и то адаптацијом геномских високопропусних тестова.<ref>{{Cite journal|last=Laird|first=Peter W.|date=March 2010|title=Principles and challenges of genome-wide DNA methylation analysis|url=https://www.nature.com/articles/nrg2732|journal=Nature Reviews Genetics|language=en|volume=11|issue=3|pages=191–203|doi=10.1038/nrg2732|issn=1471-0064}}</ref>

[[Метагеномија|Метагеномика]] се бави проучавањем метагенома, [[Генетика|генетског]] материјала који се добија директно из узорака [[Животна средина|околине.]] Ова област се такође може назвати геномиком животне средине, екогеномиком или геномиком заједнице. Док се традиционална [[микробиологија]] и микробно [[Секвенцирање генома|секвенцирање]] ослањају на култивисане [[Molekulsko kloniranje|клонске]] [[Микробиолошка култура|културе]], рано секвенцирање гена из околине клонирало је специфичне гене (често [[16С рибосомска РНК|16S rRNK]] ген) да би се добио профил разноликости у природном узорку. То је довело до открића да је велика већина [[Biološka raznovrsnost|микробиолошке разноликости]] пропуштена методама заснованим на култивацији.<ref>{{Cite journal|last=Hugenholtz|first=Philip|last2=Goebel|first2=Brett M.|last3=Pace|first3=Norman R.|date=September 1998|title=Impact of Culture-Independent Studies on the Emerging Phylogenetic View of Bacterial Diversity|url=https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC107498/|journal=Journal of Bacteriology|volume=180|issue=18|pages=4765–4774|issn=0021-9193|pmid=9733676}}</ref> НедавнеУ студијенедавним користестудијама коришћени су Сангерово секвенцирање или масовно паралелно пиросеквенцирање да би се добили узорци свих гена од, свих чланова узоркованих заједница.<ref>{{Cite journal|last=Eisen|first=Jonathan A|date=March 2007|title=Environmental Shotgun Sequencing: Its Potential and Challenges for Studying the Hidden World of Microbes|url=https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC1821061/|journal=PLoS Biology|volume=5|issue=3|doi=10.1371/journal.pbio.0050082|issn=1544-9173|pmc=1821061|pmid=17355177}}</ref> Због своје моћимогућности да открије претходно скривену разноликост микроскопског живота, метагеномика омогућава посматрање микробног света. Све то доводи до потенцијалне промене у разумевању читавог живог света.<ref>{{Cite book|url=https://www.worldcat.org/oclc/351318426|title=Metagenomics : theory, methods, and applications|date=2010|publisher=Caister Academic Press|others=Diana Marco|isbn=978-1-904455-54-7|location=Wymondham|oclc=351318426}}</ref><ref>{{Cite book|url=https://www.worldcat.org/oclc/707229125|title=Metagenomics : current innovations and future trends|date=2011|publisher=Caister Academic Press|others=Diana Marco|isbn=978-1-904455-87-5|location=Norfolk, UK|oclc=707229125}}</ref>  

Геномика је нашла своју примену у многим областима, укључујући [[Медицина|медицину]], [[Биотехнологија|биотехнологију]], [[Антропологија|антропологију]] (као и друге [[Društvene nauke|друштвене науке]]) итд.<ref>{{Cite book|url=https://www.worldcat.org/oclc/435816715|title=Genomes and what to make of them|last=Barnes|first=Barry|date=2008|publisher=University of Chicago Press|others=John Dupré|isbn=978-0-226-17296-5|location=Chicago|oclc=435816715}}</ref>

Геномске технологије нове генерације (енгл. ''NGS'') омогућавају медицинарима и биомедицинским истраживачима да драстично повећају количину геномских података коју прикупњају током студија на великој популацији.<ref>{{Cite web|url=https://www.nejm.org/doi/10.1056/NEJMra1010517|title=Genomics, Health Care, and Society|last=Hudson|first=Kathy L.|date=14.09.2011|website=|language=EN|doi=10.1056/nejmra1010517|url-status=live|access-date=06.02.2021.}}</ref> У комбинацији са новим информатичким приступима који интегришу многе врсте података са геномским подацима у истраживањима болести, истраживачима је омогућено да боље разумеју генетске основе одговора пацијената на терапије, лекове и болести.<ref>{{Cite web|url=https://www.nejm.org/doi/10.1056/NEJMra1105239|title=Genomics of Cardiovascular Disease|last=O'Donnell|first=Christopher J.|last2=Nabel|first2=Elizabeth G.|date=2011-11-30|website=|language=en|doi=10.1056/nejmra1105239|url-status=live|access-date=2021-06-02}}</ref><ref>{{Cite journal|last=Lu|first=Yi-Fan|last2=Goldstein|first2=David B.|last3=Angrist|first3=Misha|last4=Cavalleri|first4=Gianpiero|date=September 2014|title=Personalized Medicine and Human Genetic Diversity|url=https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4143101/|journal=Cold Spring Harbor Perspectives in Medicine|volume=4|issue=9|doi=10.1101/cshperspect.a008581|issn=2157-1422|pmc=4143101|pmid=25059740}}</ref> Рани напори за примену геномике у области медицине су потекли из Станфордовог тима који је водио Еан Ешли, који је развио прве алате за медицинску интерпретацију људског генома.<ref>{{Cite journal|last=Ashley|first=Euan A.|last2=Butte|first2=Atul J.|last3=Wheeler|first3=Matthew T.|last4=Chen|first4=Rong|last5=Klein|first5=Teri E.|last6=Dewey|first6=Frederick E.|last7=Dudley|first7=Joel T.|last8=Ormond|first8=Kelly E.|last9=Pavlovic|first9=Aleksandra|date=2010-05-01|title=Clinical evaluation incorporating a personal genome|url=https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC2937184/|journal=Lancet|volume=375|issue=9725|pages=1525–1535|doi=10.1016/S0140-6736(10)60452-7|issn=0140-6736|pmc=2937184|pmid=20435227}}</ref><ref>{{Cite journal|last=Dewey|first=Frederick E.|last2=Chen|first2=Rong|last3=Cordero|first3=Sergio P.|last4=Ormond|first4=Kelly E.|last5=Caleshu|first5=Colleen|last6=Karczewski|first6=Konrad J.|last7=Whirl-Carrillo|first7=Michelle|last8=Wheeler|first8=Matthew T.|last9=Dudley|first9=Joel T.|date=2011-09-15|title=Phased Whole-Genome Genetic Risk in a Family Quartet Using a Major Allele Reference Sequence|url=https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3174201/|journal=PLoS Genetics|volume=7|issue=9|doi=10.1371/journal.pgen.1002280|issn=1553-7390|pmc=3174201|pmid=21935354}}</ref><ref>{{Cite journal|last=Dewey|first=Frederick E.|last2=Grove|first2=Megan E.|last3=Pan|first3=Cuiping|last4=Goldstein|first4=Benjamin A.|last5=Bernstein|first5=Jonathan A.|last6=Chaib|first6=Hassan|last7=Merker|first7=Jason D.|last8=Goldfeder|first8=Rachel L.|last9=Enns|first9=Gregory M.|date=2014-03-12|title=Clinical Interpretation and Implications of Whole-Genome Sequencing|url=https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4119063/|journal=JAMA : the journal of the American Medical Association|volume=311|issue=10|pages=1035–1045|doi=10.1001/jama.2014.1717|issn=0098-7484|pmc=4119063|pmid=24618965}}</ref>

Популациона геномика се развила као популарноје поље истраживања, где се методе геномског секвенцирања користе за вршење опсежних поређења секвенци ДНК међу популацијама - изванпопулацијама—изван граница генетичких маркера који се традиционално користе у [[Популациона генетика|популационој генетици]]. Популациона геномика проучава [[Геном|ефекте на цео геном]] како би побољшала наше разумевање [[Микроеволуција|микроеволуције]], а све у циљу разумевања [[Filogenija|филогенетске]] историје и [[Демографија|демографије]] популације.<ref>Luikart, G.; England, P. R.; Tallmon, D.; Jordan S.; Taberlet P. (2003). "The Power and Promise of Population Genomics: From Genotyping to Genome Typing". ''Nature Reviews'' (4): 981-994</ref> Методе популационе геномике користе се у многим различитим областима, укључујући [[Evoluciona biologija|еволуциону биологију]], [[Екологија|екологију]], [[Биогеографија|биогеографију]], [[Конзерваторска биологија|биологију очувања (конзервације)]] и [[управљање рибарством]] . Слично томе, пејзажна геномика развила се од пејзажне генетике и обухвата употребу геномских метода за идентификовање односа између образаца еколошких и генетских варијација.

ЗаштитариИстраживачи из области заштите природе могу користити информације прикупљене геномским секвенцирањем како би боље проценили генетске факторе кључне за очување врста, попут генетске разноликости популације или да ли је појединац хетерозиготан за генетиски поремећај који се рецесивно наслеђује.<ref name="Frankham 2010">{{Cite journal|last=Frankham|first=Richard|date=1 September 2010|title=Challenges and opportunities of genetic approaches to biological conservation|journal=Biological Conservation|volume=143|issue=9|pages=1922–1923|doi=10.1016/j.biocon.2010.05.011}}</ref> Коришћењем геномских података за процену ефеката [[Еволуција (биологија)|еволуционих процеса]] и откривање образаца промена у датој популацији, конзерватори могу да формулишу планове за помоћ датој врсти без употребе варијабли које су непознате, а које се користе у стандардним генетским приступима.<ref name="Allendorf 2010">{{Cite journal|date=October 2010|title=Genomics and the future of conservation genetics|journal=Nature Reviews. Genetics|volume=11|issue=10|pages=697–709|doi=10.1038/nrg2844|pmid=20847747}}</ref>