1

Количество однонуклеотидных полиморфизмов,определенных с помощью микроматрицы,

которые подтверждаются сиквенсом

2

GAII Server GAII IPARWindows2,5 TBytes

rsync/samba

Восстановлениепоследовательностиодного цикла

Временное хранилище100 Tbytes

Вторичный анализСравнение многих геномов

исследователь

Хранение на лентах

Здание 140

Здание 101

Схема организации потока генетических данных в Курчатовском Институте

Оптический канал, 1 Gb Ethernet

Отдельные приложения секвенирования: секвенирование микробиомы, транскриптомы, иммуномы.

Ancient microbiomes

Coelodonta antiquitatis Mammuthus primigenius

Microbiome – prokaryotes Analysis of more then 10.000 independent 16S rRNA sequences for each sample

Mammoth gut

Mammoth lungs

Rhinoceros gut

Ср

едн

яя

вст

реч

аем

ос

ть о

бщ

их

ос

т атк

ов

в 5

0 п

.н.

Позиция в гене 16 рРНКS

MID1 - 16S кишечник мамонта;27FMID1 ACGAGTGCGTAGAGTTTGATCMTGGCTCAG519MID1 ACGAGTGCGTGWATTACCGCGGCKGCTG

MID2 16S легкое мамонта;27MID2 ACGCTCGACAAGAGTTTGATCMTGGCTCAG519MID2 ACGCTCGACAGWATTACCGCGGCKGCTG

MID3 16S кишечника носорога;27MID3 AGACGCACTCAGAGTTTGATCMTGGCTCAG519MID3 AGACGCACTCGWATTACCGCGGCKGCTG

MID5 18S кишечник носорога18SF1MID5 ATCAGACACGGCAAGTCTGGTGCCAGCAGCC18SR1MID5 ATCAGACACGCTTCCGTCAATTCCTTTAAG

16S кишечник мамонта – 9409 последовательностей

16S легкое мамонта – 15786 последовательностей

16S кишечника носорога – 20132 последовательностей

18S кишечник носорога – 9218 последовательностей

Результаты

Основные информационные технологии сборки геномов.

Церковь Torre Girona в Барселоне

Что делать, когда геном собран? Аннотация геномов.

rRNA genes: 16S-23S, 2 x 5StRNA genes: 46Protein coding genes: 2061Mobile elements: 2 transposons + CRISPR locus

General features of the genome

Mardanov A.V., Ravin N.V., Svetlitchnyi V.A., Beletsky A.V., Miroshnichenko M.L., Bonch-Osmolovskaya E.A., Skryabin K.G. (2009) Appl. Environ. Microbiol., 75, 4580-4588.

Growth of T. sibiricus on different substratesSubstrate Growth

Control without substrates and with 60 mg yeast extract per liter basal level

Peptone +

Starch -

Maltose +

Dextran +

Amorphous cellulose +

Carboxymethyl cellulose +

Microcrystalline cellulose -

Cellobiose +

Agarose +

Xylan -

Pectin -

Hexadecane +

Acetone +

Olive oil +

Glycerol +

Sodium linolenate -

Sodium palmitate -

CO -

Glucose

Glucose-6-phosphate

ADP

AMP

Fructose-1,6-bisphosphate

ADPAMP

Glyceraldehyde-3-phosphate

Fd(ox)

Fd(red)

Pyruvate

ADP

ATP

Fd(ox)+CoASH

Fd(red)

ADP

ATP+CoASH

FBA

Dihydroxyacetonephosphate

Laminarin

CoASH

Formate + Acetyl-CoAAcceptor(ox)

Acceptor(red)FDH

Aminoacids

2-Keto acids

2-Ketoglutarate

Glutamate

ADP

ATP + CoASH

Amino-transferases

NADPH

NADP

Glutamate dehydrogenase

Fd(ox) + CoASH

Fd(red)

ACS I+II

ProteinsProteases

Di-/oligopeptidesDi-/oligopeptideABC-transporters

Di-/oligopeptides

Peptidases

SCS

Fd(ox)

Fd(red)

AOR

MaltoseMaltooligo-saccharides

Maltose

Mal-I ABC-transporter

Maltooligo-saccharides

Mal-II ABC-transporter

-Glucosidases-Amylase

Glycogendebranchingenzyme4--Glucanotransferase

Cellulose

Endo--1,4-glucanases

Agarose

CellobioseAgarose-oligomers

Laminari-oligomers

Cel lo-oligomers

-Agarase Laminarinase Endo--1,4-glucanases

Cellobiose/-glucosideABC-transporter

-Glucosideoligomers

-Glucanglucohydrolase-Glucosidase

Cellobiosephosphorylase-Galactosidase

GLK

Fructose-6-phosphate

PGI

PFK

TIM

3-Phosphoglycerate

GAPORGAPN

2-Phosphoglycerate

PGM

Phosphoenolpyruvate

Enolase

PYK

PORVOR

IOR KGOR

Pyruvate

Pyruvate: formatelyase

POR

ACS I+II

MBH1

FDHCO22H+

H2H+

H+

MBH2

2H+H+

H2

H+

Fd(ox)

Fd(red)

Formate:hydrogenlyasecomplex

MBX

NADPH+NADPH

H+

Fd(red)

Fd(ox)

WithoutS0 Without S0 WithS0

H+

Na+

NSRS0

H2S

Fd(red)

Fd(ox)

NADP+

NADPH

Fd(red)

Fd(ox)

NADP+

NADPH

H2

2H+

NADP+

NADPH Biosynthesis

H2

2H+

NADP+

NADPH BiosynthesisBiosynthesis

BiosynthesisBiosynthesis

SolubleNiFehydrogenases I+II

Ferredoxin:NADP+oxidoreductase

Na+

ADP ATPA1A0ATP synthase

n-Alkanes ?ADP

ATP

Triglycerides

Lipases

Fattyacids Glyceroluptakefacilator

Glycerol-phosphate

Glycerolkinase

CO2 Acetate

Acids

AB

C

D

E

Glycerol

F

Acetyl-CoA+ CO2

Acyl-CoAs + CO2

Aldehydes + CO2

AMP

Reconstruction of metabolic pathways of T.sibiricus based on genome and physiological data

Современные международные консорциумы и мегапроекты по геномике.• 1000 genomes http://www.1000genomes.org/• International Cancer Genome Consortium http://www.icgc.org/• Tumor Cancer Genome Atlas (Америка)• The International Human Microbiome Consortium http

://www.human-microbiome.org/

Consortium

Что такое микроматрицы ДНК?

Микроматрицы ДНК, как компромиссное дешевое решение многопараметрического анализа ДНК.

Приложение микроматриц ДНК: экспрессионное профилирование, определение однонуклеотидных полиморфизмов, «пошаговые» (tiling) микроматрицы.

Синдром Ретта

Будущее: сиквенс экзонов генов, отвечающих за моногенные заболевания.

Донор яйцеклеток

Предимпланиационная генетическая диагностика

Скрининг всех хромосом на анеуплоидии за 12 часов

Можно попробовать подсадку?

ДА

НЕТ

НЕТ

Какая ниша уготована микроматрицам ДНК в будущем. Примеры дешевых диагностических решений с помощью микроматриц ДНК.

What are genetic changes that cause or predispose a person to disease?

1 million SNP

3 billion nucleotides

Microarrays

sequencing

today

Tomorrow, almost today

Ethnics:• Homemade (894 samples

from 28 populations);• HapMap ph. III rel. 3 (1397/11);• HGDP (1043/51);

Clinical:• Lung cancer, controls (2441/6)-

east europeans;• Kidney cancer, controls (331/1)-

“mean” russians

Sample collection

1. Call rate > 95%;2. Het X chr:

• Male <1%;• Female> 20%;

3. No family cases (parents/kids)4. Genetic distance between each pair of samples- not

closer than cousins.Totally:5565 samples:

3536 males, 2029 females; 2737 clinical (controls).~200 000 SNP have call rates> 99.5%.

QC

PCA on all samples

Middle East

Africa

Far East

Central Asia

Europe

Siberia/America

Oceania

Russian analog of “23andMe” service

Домашнее задание:Зайти на сайт www.i-gene.ru и полазить по демо