اومیکس‌ ها (Omics) و4 شاخه‌ اصلی | ژنومیکس، ترنسکریپتومیکس، پروتئومیکس و متابولومیکس

زیست‌شناسی مدرن دیگر به مطالعه‌ی جداگانه‌ی یک ژن یا پروتئین بسنده نمی‌کند. در عصر فناوری‌های پرتوان، دانشمندان می‌توانند هزاران مولکول زیستی را به‌طور همزمان بررسی کنند.
این رویکرد نوین با عنوان اومیکس (Omics) شناخته می‌شود؛ اصطلاحی که از پسوند -omics در واژه‌هایی مانند ژنومیکس (Genomics) و پروتئومیکس (Proteomics) گرفته شده است.

اومیکس چیست؟ نگاهی جامع به ژنومیکس، ترنسکریپتومیکس، پروتئومیکس و متابولومیکس

به‌طور خلاصه، اومیکس به مطالعه‌ی جامع مجموعه‌ای از مولکول‌های زیستی اشاره دارد. چهار شاخه‌ی اصلی آن شامل موارد زیر است:

• ژنومیکس (Genomics): مطالعه‌ی کامل DNA
• ترنسکریپتومیکس (Transcriptomics): بررسی RNAهای رونویسی‌شده
• پروتئومیکس (Proteomics): تحلیل کل پروتئین‌های سلولی
• متابولومیکس (Metabolomics): بررسی مولکول‌های متابولیکی کوچک

درک این چهار حوزه و به‌ویژه ادغام داده‌های چنداومیکسی (Multi-Omics Integration)، اساس پزشکی دقیق و درمان‌های هدفمند در آینده را تشکیل می‌دهد.

بیشتر بخوانید « بیوانفورماتیک چیست؟ معرفی رشته و منابع یادگیری »

ژنومیکس چیست؟ پایه‌ی شناخت زیستی مدرن

ژنومیکس (Genomics) شاخه‌ای از زیست‌شناسی است که کل ژنوم (مجموعه‌ی کامل DNA) را مورد بررسی قرار می‌دهد. برخلاف ژنتیک کلاسیک که بر یک ژن تمرکز داشت، ژنومیکس دیدی جامع و سیستمی از عملکرد ژنتیکی موجود زنده ارائه می‌دهد.

فناوری‌های اصلی ژنومیکس

• NGS (Next Generation Sequencing): توالی‌یابی سریع و دقیق کل ژنوم.
• Whole Genome Sequencing (WGS): مطالعه‌ی تمامی توالی‌های DNA.
• Whole Exome Sequencing (WES): تحلیل بخش‌های کدکننده ژنوم.
• DNA Microarray: مقایسه‌ی همزمان هزاران واریانت ژنتیکی.

کاربردهای ژنومیکس

ژنومیکس کاربردی چیست؟
ژنومیکس کاربردی شاخه‌ای است که یافته‌های ژنتیکی را برای تشخیص بیماری، کشف دارو و مهندسی زیستی به کار می‌گیرد.

ترنسکریپتومیکس؛ پلی میان ژنوم و پروتئوم

ترنسکریپتومیکس (Transcriptomics) به مطالعه‌ی کل RNAهای رونویسی‌شده از ژنوم می‌پردازد؛ از جمله mRNA، rRNA، tRNA و RNAهای غیرکدکننده مانند miRNA و lncRNA.

فناوری‌های مهم در ترنسکریپتومیکس

• RNA-Seq: ابزار اصلی برای اندازه‌گیری بیان ژن‌ها.
• Microarray RNA: مقایسه‌ی الگوی بیان هزاران RNA.
• Single-cell Transcriptomics: بررسی بیان ژن در سطح تک‌سلول برای تحلیل ناهمگونی سلولی.

کاربردهای کلیدی ترنسکریپتومیکس

• شناسایی الگوهای بیان ژن در سلول‌های سالم و بیمار
• بررسی پاسخ سلولی به داروها و استرس
• کشف بیومارکرهای RNA برای تشخیص زودهنگام بیماری‌ها
• مطالعه‌ی شبکه‌های تنظیمی RNAهای غیرکدکننده

پروتئومیکس چیست؟ رمز پویایی سلول

پروتئومیکس (Proteomics) علم مطالعه‌ی جامع پروتئین‌ها است. برخلاف ژنوم که ثابت است، پروتئوم با شرایط سلولی، بافتی و محیطی تغییر می‌کند.

فناوری‌های پیشرفته در پروتئومیکس

• LC-MS/MS (Mass Spectrometry): شناسایی و کمی‌سازی دقیق پروتئین‌ها.
• 2D Gel Electrophoresis: جداسازی پروتئین‌ها بر اساس بار و وزن مولکولی.
• Protein Microarrays: بررسی برهم‌کنش‌های پروتئینی در مقیاس بالا.

کاربردها

• کشف بیومارکرهای پروتئینی در سرطان و بیماری‌های مزمن
• تحلیل تغییرات پس‌ترجمه‌ای یا Post-Translational Modifications (PTMs) مانند فسفوریلاسیون و گلیکوزیلاسیون
• طراحی واکسن‌ها و داروهای هدفمند
• مطالعه‌ی شبکه‌های پروتئین–پروتئین برای درک تعاملات سلولی

بیشتر بدانید :  Post Translational Modification چیست؟
به تغییراتی گفته می‌شود که پس از ساخت پروتئین بر روی آن اعمال می‌شود و باعث فعال یا غیرفعال شدن عملکرد آن می‌گردد. این تغییرات نقش مهمی در تنظیم عملکرد سلول دارند.

 

متابولومیکس؛ نمای نهایی فعالیت سلولی

متابولومیکس (Metabolomics) شاخه‌ای از اومیکس است که به بررسی مولکول‌های کوچک و متابولیت‌ها (مانند اسیدهای آمینه، قندها، لیپیدها و نوکلئوتیدها) می‌پردازد.
متابولیت‌ها درواقع نتیجه‌ی نهایی فعالیت‌های ژنتیکی و پروتئینی سلول هستند.

فناوری‌های کلیدی

• GC-MS و LC-MS: شناسایی دقیق متابولیت‌ها با کروماتوگرافی جرمی.
• NMR Spectroscopy: تعیین ساختار و غلظت ترکیبات متابولیکی.
• Metabolic Flux Analysis: بررسی مسیرهای متابولیکی در سلول.

کاربردهای متابولومیکس

• تشخیص زودهنگام بیماری‌ها بر اساس پروفایل متابولیتی
• بررسی بیماری‌های متابولیک مانند دیابت، چاقی و بیماری‌های قلبی
• تحلیل فارماکوکینتیک و فارماکودینامیک داروها
• کاربرد در علوم تغذیه و بهبود کیفیت محصولات کشاورزی

اهمیت ادغام چنداومیکسی (Multi-Omics Integration)

هر شاخه از اومیکس بخشی از پازل عملکرد سلول را روشن می‌کند:

• ژنومیکس: چه چیزی ممکن است رخ دهد (پتانسیل ژنتیکی)
• ترنسکریپتومیکس: چه چیزی در حال رونویسی است
• پروتئومیکس: چه چیزی بیان و فعال شده است
• متابولومیکس: پیامد نهایی این فعالیت‌ها

ادغام داده‌های این چهار حوزه، دیدی چندلایه از بیولوژی ارائه می‌دهد.
به عنوان مثال، در سرطان:
جهش‌های ژنتیکی (ژنومیکس) → تغییر بیان ژن‌ها (ترنسکریپتومیکس) → تغییر ساختار و فعالیت پروتئین‌ها (پروتئومیکس) → اختلال در متابولیسم سلولی (متابولومیکس).

بیشتر بخوانید «جهش ژنی چیست و چگونه رخ می‌دهد؟»

بیشتر بخوانید «بیان ژن-قسمت اول »

 

بازار کار رشته ژنومیکس کاربردی

با گسترش فناوری‌های NGS و داده‌های بیوانفورماتیکی، تقاضا برای متخصصان ژنومیکس کاربردی در حال افزایش است.
زمینه‌های شغلی شامل:

• پژوهش‌های سرطان‌شناسی و ژنتیک پزشکی
• شرکت‌های داروسازی و طراحی واکسن
• مراکز بیوتکنولوژی کشاورزی
• تحلیل داده‌های مولتی‌اومیکس در پزشکی دقیق

نتیجه‌گیری

اومیکس‌ها قلب زیست‌شناسی سیستم‌ها و پزشکی آینده هستند.
ترکیب داده‌های ژنومی، رونویسی، پروتئینی و متابولیکی، تصویری جامع از حیات سلولی ایجاد می‌کند و راه را برای تشخیص زودهنگام بیماری‌ها، درمان‌های شخصی‌سازی‌شده و طراحی داروهای هوشمند هموار می‌سازد.
آینده‌ی علم پزشکی در گرو همگرایی ژنومیکس، ترنسکریپتومیکس، پروتئومیکس و متابولومیکس است.