Primerjalna genomika in genomska biodiverziteta

Raziskovalni program »Primerjalna genomika in genomska biodiverziteta« temelji na petih tematskih sklopih, ki jih opredeljuje metodološk pristop in omogočajo doseganje raziskovalnih ciljev na različnih raziskovalnih temah. Vsak tematski sklop ima metodološko opredeljeno raziskovalno področje, ki uporablja specifičen metodološki pristop. Raziskovalni cilji so opredeljeni interdisciplinarno, da bi premostili razlike v metodološkihpristopih med tematskimi sklopi. Tematski sklopi so: povezava med genotipom in kompleksnimi fenotipi, funkcijska genomika in živalski modeli, interakcije med gostiteljem in patogeni, bioinformatika in populacijske študije in genomska biodiverziteta. Raziskovalni program vključuje raziskave na različnih vrstah, vključno s človekom. Pomemben cilj programa je integracija bioinformacijskega pristopa k vsem raziskovalnim temam, kar omogoča korektno obdelavo in interpretacijo velikih setov podatkov, ki izvirajo iz genotipizacije z uporabo SNP čipov in sekvenciranja nove generacije. Poleg povezav med genotipom in kompleksnimi fenotipskimi lastnostmi so pomembni raziskovalni cilji programa tudi funkcionalna anotacija genomov in razvoj živalskih in celičnih modelov. Na področju biotske pestrosti bo posebna pozornost namenjena avtohtonim pasmam domačih živali, kjer so kranjska čebela, lipicanci in drežniška koza lokalni genski viri globalnega pomena. Del programa, ki obravnava genetsko osnovo dednih bolezni pri človeku in živalih, bo prispeval k boljšemu razumevanju patogeneze in odprl možnost za razvoj učinkovitejših diagnostičnih in terapevtskih postopkov.

Program »Primerjalna genomika in genomska biodiverziteta« sestavlja pet raziskovalnih stebrov: Iskanje povezav med genotipom in kompleksnimi fenotipi, Funkcijska genomika in živalski modeli, Interakcije med gostitelji in patogeni, Bioinformatika ter Populacijske študije in genomska biodiverziteta. Ti stebri predstavljajo različne metodološke pristope, s katerimi želi program povezati področje genomskih raziskav z razvojem živalskim modelov, proučevanjem interakcij med gostitelji in patogeni ter zaznavanjem in ohranjanjem biodiverztete. Program gradi na primerjalem pristopu, ki omogoča hiter in učinkovit prenos znanja o strukturi in delovanju genoma med različnimi vrstami in zagotavlja učinkovito odkrivanje povezav med genotipom in izražanjem kompleksnih lastnosti. Tako lahko genomske raziskave pri vrstah s slabše proučenimi genomi črpajo raziskovalne ideje in informacije iz primerov, ko so vzorčne povezave med genotipom in fenotipskimi lastnostmi bolje proučene. Ta pristop je pomemben tako v humani in veterinarski medicini, kjer spremembe v genomu lahko povzročijo nastanek genetsko pogojenih bolezni, kot tudi pri aplikacijah v biotehnologiji in živinoreji, kjer te povezave pomenijo podlago za izvajanje selekcije z namenom izboljšanja kompleksnih proizvodnih lastnosti. Ta del programa omogoča odkritje genetskega ozadja kompleksnih lastnosti in zbiranje informacij o biološki funkciji genov in genomskih regij. Na ta način program prispeva k boljši interpretaciji genomskih podatkov in omogoča stalen napredek pri anotaciji genomov. Sklop, ki je namenjen raziskavam funkcijske genomike in razvoju živalskih modelov, omogoča eksperimentalno preverjanje hipotez o fiziološki funkciji genov in genomskih odsekov in na ta način stalno dopolnjuje zanje o ontologiji genov. Z uporabo sodobnih metod za uvajanje sprememb v živalske genome omogoča tudi razvoj številnih, različnim raziskovalnim problemom prilagojenih živalskih modelov, ki so izjemno raziskovalno orodje za temeljne in aplikativne raziskave. Napredek na področju funkcijske genomike je v veliki meri odvisen ravno od razpolaganja s primernimi živalskimi in celičnimi modeli, ko omogočajo preverjanje bioloških funkcij posameznih genov pod kontroliranimi pogoji. Živalski modeli so namenjeni tudi razvoju in testiranju novih terapevtskih strategij za kompleksne bolezni. V preteklosti je ravno ta del programa omogočil potrjevanje funkcije kandidatnih genov, ki smo jih identificirali v drugih delih programa. Pomembno novo znanje o interakcijah med gostiteljem in patogeni ponuja raziskovalni sklop, ki na osnovi razlik med transkriptomskimi profili med zdravimi in okuženimi osebki išče kandidatne genske regije, ki so odgovorne za odziv na infekcije in obrambo pred njimi. Šele kompleksen vpogled v profil izražanja celotnega genoma nam omogoča vzpostavitev realne slike o kompleksnosti delovanja imunskega sistema in genetski arhitekturi fenotipskih sprememb ob infekciji. Bioinformacijski steber je povezan z vsemi elementi raziskovalnega programa in omogoča korektno in kompleksno interpretacijo velike količine genomskih in fenotipskih podatkov, ki jih generirajo različni eksperimentalni pristopi. Bioinformacijski del programa poleg kompleksne analize lastnih podatkov omogoča tudi uporabo podatkov iz javno dostopnih podatkovnih zbirk in tako bistveno izboljšuje kakovost analiz. Zaradi velike količine javno dostopnih podatkov, so nekateri raziskovalni pristopi večinoma zasnovani na analizi teh podatkov pri odkrivanju novih kandidatnih genov in elementov genoma za razlago fenotipskih sprememb. Steber, ki je namenjen proučevanju biodiverzitete in njenemu ohranjanju, se povezuje z drugimi stebri programa in daje možnosti za odkrivanje genetskih specifik posameznih populacij in genetskega ozadja adaptacijskih procesov, ki so pogosto značilnost majhnih lokalnih populacij. Ta del programa omogoča presojo realnega stanja v ogroženih populacijah in nakazuje primerne ukrepe za njihovo zaščito.

Program »Primerjalna genomika in genomska biodiverziteta« je pomemben z vidika družbeno ekonomskega razvoja Slovenije, ker predstavlja pomembno združevanje in povezovanje znanja s področijj genomike, bioinformatike in sodobnih pristopov k ohranjanju biodiverzitete. Zaradi vpetosti raziskovalcev, ki sodelujejo pri izvedbi raziskovalnega programa, v pedagoški proces na vseh treh stopnjah bolonjskega izobraževanja, lahko raziskovalno kakovost in aktualnost raziskovalnih tem neposredno prenašamo v pedagoški proces in tako vplivamo na kakovost akademskega izobraževanja in bogatenje kurikulov. Na ta način lahko študente že med študijem seznanimo z vsebinami, ki so z nacionalnega vidika pomembne in bodo v prihodnje pomembno vplivale na uspešnost ohranjanja ancionalnih genskih virov. Obvladovanje novih znanj in tehnologij v nacionalnem prostoru odpira možnosti za nadaljnji tehnološki razvoj in mogoča uspešne aplikacije znanstvenih spoznanj v nacionalnem prostoru. Tu je predvsem na področjih biotehnologije in okoljskega monitoringa veliko priložnosti za ustanavljanje manjših visoko tehnoloških podjetij, ki lahko predstavljajo pomembno možnost zaposlovanja mladih. Neposredna korist na nacionalni ravni je skrb za ohranjanje in razvoj lokalnih genetskih resursov in ohranjanje biodiverzitete. Del programa, ki se navezuje na proučevanje zdravstvenih posledic genomskih modifikacij neposredno doprinaša k dvigu kakovosti diagnostičnega dela v humani in veterinarski medicini in odpira možnosti za razvoj novih učinkovin in strategij za zdravljenje bolezni z genetsko komponento. Na področju ohranjanja kulturne dediščine je treba poudariti, da so avtohtone pasme domačih živali neločljiv del kulturne dediščine, ker so omogočile preživetje naših prednikov v specifičnih okoljskih razmerah, pogosto pa so domače živali pomembno doprinesle tudi k oblikovanju specifične kulturne krajine. V ta kontekst sodi proučevanje in ohranjanje pasem goveda, koz, ovac, prašičev, konj, psov in kot poseben primer ohranjanje populacije kranjske čebele. Če je pomen ohranjanja nekaterih vrst pretežno lokalnega pomena, pa sta populacija kranjske čebele in lipicanca gotovo primera naše nacionalne odgovornosti za ohranjanje genskih virov globalnega pomena. Na področju čebelarstva je kranjska čebela v globalnem kontekstu pomemben genetski vir, ki ga moramo ohraniti tudi zaradi selekcijskih možnosti v prihodnosti. Nenazadnje pa je strokovno zanje na področju čebelarstva v Sloveniji že od nekdaj pomemben del svetovnega znanja, ki temelji na izrednih posameznikih, če omenimo samo Antona Janšo kot prvega učitelja čebelarstva v Habsburški monarhiji in Francisa Jagra kot prvega profesorja čebelarstva na ameriških univerzah v začetku 20. stoletja. Lipicanci predstavljajo nepogrešljiv genetski vir, ker so ohranili genetski material nekaterih že izumrlih pasem in predstavljajo v svetovnem merilu enega od redkih primerov ohranjenega baročnega tipa konja. V sodobnem svetu je za promocijo in trženje različnih genskih virov zelo pomembno, kako dobro jih lahko dokumentiramo tudi z znanstvenim pristopom. Zato je pomembno, da imamo lokalne genske vire vpete v kakovostno raziskovalno delo, ker na ta način bistveno izboljšujemo njihovo mednarodno prepoznavnost. Če teh raziskav ne bi bilo, bi marsikakšne posebnosti naših pasem domačih živali ne imeli evidentirane, kot je recimo primer posebna sestava mleka drežniške koze ali njena odlična odpornost na bolezni. Iz teh razlogov je delo programske skupine tudi z vidika zagotavljanja družbeno ekonomskega in kulturnega razvoja Slovenije pomembno in čvrsto vpeto v podporo nacionalnih interesov.