גנום
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
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 הזוויג, אם האורגניזם מתרבה ברבייה זוויגית. המונח הרכב גנטי משמש לעיתים לתיאור כלל המידע הגנטי המצוי בתא.
פרט למקרים חריגים הנמצאים לרוב בווירוסים, 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
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 גודלי גנומים מייצורים שונים
| אורגניזם | גודל גנום (זוגות בסיסים) | הערות | |
|---|---|---|---|
| וירוס, Porcine circovirus type 1 | 1,759 | 1.8kbp | הווירוס הידוע הקטן ביותר, שמסוגל להשתכפל בתאים איקריוטים |
| וירוס, ΦX174 פאג' | 5,386 | 5.4kbp | הגנום הראשון שרוצף |
| וירוס, HIV | 9,749 | 9.7kbp | |
| וירוס, פאג' למדא | 48,502 | 48.5kbp | |
| חיידק, Candidatus Carsonella ruddii | 159,662 | 160kbp | |
| וירוס, פנדורה וירוס | 2,470,000 | 2.47Mbp | הגנום הגדול ביותר הידוע של וירוס |
| חיידק, E. coli | 4,600,000 | 4.6Mbp | |
| שמר, שמר האפייה | 12,100,000 | 12.1Mbp | |
| תולעת נימית, Pratylenchus coffeae | 20,000,000 | 20Mbp | הגנום הקטן ביותר הידוע של בעל חיים[1] |
| תולעת נימית, Caenorhabditis elegans | 100,300,000 | 100Mbp | הגנום הראשון של בעל חיים רב־תאי שרוצף (דצמבר 1998) |
| חרק, תסיסנית המחקר (Drosophila melanogaster) | 175,000,000 | 175Mbp | |
| דג, Tetraodon nigroviridis | 385,000,000 | 390Mbp | הגנום הקטן ביותר הידוע של חולייתן |
| יונק, הומו ספיאנס (בן־אדם) | 3,289,000,000 | 3.3Gbp | |
| דג ריאות אפריקני משויש Protopterus aethiopicus | 130,000,000,000 | 130Gbp | הגנום הגדול ביותר הידוע של חולייתן |
| צמח, גביעונית (Fritillary assyriaca) | 130,000,000,000 | 130Gbp | |
| צמח, פריס יפני | 150,000,000,000 | 150Gbp | הגנום הגדול ביותר הידוע של צמח |
| דמוי אמבה, Polychaos dubium | 670,000,000,000 | 670Gbp | 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. הווירוסים, 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 איקריוטיים 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. ב-2023 גילה צוות מדענים באי גרנדה טרה השוכן ממזרח לאוסטרליה, שרך המכונה Tmesipteris oblanceolata שיש לו את הגנום הגדול ביותר הידוע בעולם. על פי ממצאי החוקרים, בתאי השרך הזה יש חומר גנטי בכמות גדולה פי 50 מהכמות שנמצאת בתאי אנוש[3].
מסיבה זו 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
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
קישורים חיצוניים
| מיזמי קרן ויקימדיה |
|---|
 ערך מילוני בוויקימילון: גנום |
- מידע על פרויקט הגנום האנושי
- פענוח גנום האדם בעברית
פרופ' דורון לנצט, הגנום – אין קץ להפתעות, באתר הערוץ האקדמי, וידאו
הערות שוליים
- ^ Gregory TR (2005). "Animal Genome Size Database". www.genomesize.com.
- ^ McGrath, Casey, L, & Katz, Laura A. (2004). "Genome diversity in microbial eukaryotes". TRENDS in Ecology and Evolution. 19 (1): 32–38. doi:10.1016/j.tree.2003.10.007. PMID 16701223.
{{cite journal}}: תחזוקה - ציטוט: multiple names: authors list (link) - ^ טיימס, ניו יורק (2024-06-04). "חוקרים גילו שהגנום הגדול ביותר בעולם שייך לשרך קטן באי באוקיינוס השקט". הארץ. נבדק ב-2024-06-04.
גנום33740497Q7020