1
Количество однонуклеотидных полиморфизмов,
определенных с помощью микроматрицы,
которые подтверждаются сиквенсом
2
GAII Server GAII IPAR
Windows
2,5 TBytes
rsync/samb
a
Восстановление
последовательности
одного цикла
Временное хранилище
100 Tbytes
Вторичный анализ
Сравнение 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 antiquitatisMammuthus primigenius
Microbiome – prokaryotes
Analysis of more then 10.000 independent 16S rRNA sequences for each
sample
Mammoth gut
Mammoth lungs
Rhinoceros gut
Средняявстречаемостьобщих
остатковв50п.н.
Позиция в гене 16 рРНКS
MID1 - 16S кишечник мамонта;
27FMID1 ACGAGTGCGTAGAGTTTGATCMTGGCTCAG
519MID1 ACGAGTGCGTGWATTACCGCGGCKGCTG
MID2 16S легкое мамонта;
27MID2 ACGCTCGACAAGAGTTTGATCMTGGCTCAG
519MID2 ACGCTCGACAGWATTACCGCGGCKGCTG
MID3 16S кишечника носорога;
27MID3 AGACGCACTCAGAGTTTGATCMTGGCTCAG
519MID3 AGACGCACTCGWATTACCGCGGCKGCTG
MID5 18S кишечник носорога
18SF1MID5 ATCAGACACGGCAAGTCTGGTGCCAGCAGCC
18SR1MID5 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 5S
tRNA genes: 46
Protein coding genes: 2061
Mobile 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 substrates
Substrate 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 -phospha te
ADP
AMP
Fructose-1,6-bisphosphate
ADP
AMP
Glyceralde hyde-3-ph osphate
Fd(ox)
Fd(red)
Pyruvate
ADP
ATP
Fd(ox)+CoASH
Fd(re d)
ADP
ATP+Co ASH
FBA
Dihydroxyacetone
phosphate
Laminarin
CoASH
Formate + Acetyl-CoA
A cceptor(ox)
Acceptor(red)
FDH
Amino aci ds
2-Keto acids
2-Ketoglutarate
Glutamate
ADP
ATP + CoASH
Amino-
tran sfe rases
NADPH
NADP
Glutamate
dehydrogenase
Fd(ox) + CoASH
Fd(red )
ACS I+II
Proteins
Pro teases
Di-/oligo peptides
Di-/oligopep tide
ABC-transpo rters
Di-/oli gop eptide s
Peptidase s
SCS
Fd(ox)
Fd(red)
AOR
Maltose
Maltooligo-
sacc harides
Maltose
Mal-I ABC-
transp orter
Maltoo lig o-
saccharide s
Mal-II ABC-
tra nsporter
 -Glucosidases
-Amylase
Glycog en debranching enzyme
4--Glucan otransfera se
Cellulose
Endo--1,4-glucanases
Agarose
CellobioseAgarose-
oligomers
Laminari-
oligomers
Cel lo-
oligomers
-Agarase Laminarina se
Endo--1,4-
gl ucan ases
Cellobi ose/-gl ucoside
ABC-transporter
-Glucoside oligo me rs
-Glucan glucoh ydrolase
-Glucosidase
Cellobiose phosphorylase
 -Galactosidase
GLK
Fructose-6-phosphate
PGI
PFK
TIM
3-Phosphoglycerate
GAPOR
GAPN
2-Phospho glyce rate
PGM
Phosph oenolpyruvate
Enolase
PYK
POR
VOR
IOR
KGOR
Pyru vate
Pyruvate:
formate
lyase
POR
ACS I+II
MBH1
FDH
CO2
2H+
H2
H+
H+
MBH2
2H+
H+
H2
H+
Fd(ox)
Fd(red)
Formate :h ydrogen
lyase comp lex
MBX
NADP
H +
NADPH
H+
Fd(red)
Fd(ox)
Withou t S0
Without S0 With S0
H+
Na+
NSR
S0
H2S
Fd(red)
Fd(ox )
NAD P+
NADPH
Fd(red)
Fd(ox )
NAD P+
NADPH
H2
2 H+
NADP+
N ADPH Biosynthesis
H2
2 H+
NADP+
N ADPH BiosynthesisBiosynthesis
BiosynthesisBiosynthesis
Soluble NiFe h ydrogenases I+II
Ferredoxin:NADP+ oxidored uctase
Na+
ADP ATP
A1A0 ATP synthase
n-Alk anes ?
ADP
ATP
Triglycerides
Lipases
Fatty acids
Glycerol
upta ke
facilator
Glyce rol-phosp hate
Glycerol
kinase
CO 2
Aceta te
Acids
A
B
C
D
E
Glycerol
F
Acetyl-CoA + CO2
Acyl-CoAs + CO2
Aldeh ydes + 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
Количество однонуклеотидных полиморфизмов, определенных с помощью микроматрицы

Количество однонуклеотидных полиморфизмов, определенных с помощью микроматрицы

  • 1.
    1 Количество однонуклеотидных полиморфизмов, определенныхс помощью микроматрицы, которые подтверждаются сиквенсом
  • 2.
    2 GAII Server GAIIIPAR Windows 2,5 TBytes rsync/samb a Восстановление последовательности одного цикла Временное хранилище 100 Tbytes Вторичный анализ Сравнение многих геномов исследователь Хранение на лентах Здание 140 Здание 101 Схема организации потока генетических данных в Курчатовском Институте Оптический канал, 1 Gb Ethernet
  • 3.
    Отдельные приложения секвенирования: секвенированиемикробиомы, транскриптомы, иммуномы.
  • 6.
    Ancient microbiomes Coelodonta antiquitatisMammuthusprimigenius Microbiome – prokaryotes Analysis of more then 10.000 independent 16S rRNA sequences for each sample Mammoth gut Mammoth lungs Rhinoceros gut
  • 7.
    Средняявстречаемостьобщих остатковв50п.н. Позиция в гене16 рРНКS MID1 - 16S кишечник мамонта; 27FMID1 ACGAGTGCGTAGAGTTTGATCMTGGCTCAG 519MID1 ACGAGTGCGTGWATTACCGCGGCKGCTG MID2 16S легкое мамонта; 27MID2 ACGCTCGACAAGAGTTTGATCMTGGCTCAG 519MID2 ACGCTCGACAGWATTACCGCGGCKGCTG MID3 16S кишечника носорога; 27MID3 AGACGCACTCAGAGTTTGATCMTGGCTCAG 519MID3 AGACGCACTCGWATTACCGCGGCKGCTG MID5 18S кишечник носорога 18SF1MID5 ATCAGACACGGCAAGTCTGGTGCCAGCAGCC 18SR1MID5 ATCAGACACGCTTCCGTCAATTCCTTTAAG
  • 8.
    16S кишечник мамонта– 9409 последовательностей 16S легкое мамонта – 15786 последовательностей 16S кишечника носорога – 20132 последовательностей 18S кишечник носорога – 9218 последовательностей
  • 9.
  • 10.
  • 11.
    Церковь Torre Gironaв Барселоне
  • 13.
    Что делать, когдагеном собран? Аннотация геномов.
  • 14.
    rRNA genes: 16S-23S,2 x 5S tRNA genes: 46 Protein coding genes: 2061 Mobile 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.
  • 15.
    Growth of T.sibiricus on different substrates Substrate 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 -
  • 16.
    Glucose Glucose-6 -phospha te ADP AMP Fructose-1,6-bisphosphate ADP AMP Glyceraldehyde-3-ph osphate Fd(ox) Fd(red) Pyruvate ADP ATP Fd(ox)+CoASH Fd(re d) ADP ATP+Co ASH FBA Dihydroxyacetone phosphate Laminarin CoASH Formate + Acetyl-CoA A cceptor(ox) Acceptor(red) FDH Amino aci ds 2-Keto acids 2-Ketoglutarate Glutamate ADP ATP + CoASH Amino- tran sfe rases NADPH NADP Glutamate dehydrogenase Fd(ox) + CoASH Fd(red ) ACS I+II Proteins Pro teases Di-/oligo peptides Di-/oligopep tide ABC-transpo rters Di-/oli gop eptide s Peptidase s SCS Fd(ox) Fd(red) AOR Maltose Maltooligo- sacc harides Maltose Mal-I ABC- transp orter Maltoo lig o- saccharide s Mal-II ABC- tra nsporter  -Glucosidases -Amylase Glycog en debranching enzyme 4--Glucan otransfera se Cellulose Endo--1,4-glucanases Agarose CellobioseAgarose- oligomers Laminari- oligomers Cel lo- oligomers -Agarase Laminarina se Endo--1,4- gl ucan ases Cellobi ose/-gl ucoside ABC-transporter -Glucoside oligo me rs -Glucan glucoh ydrolase -Glucosidase Cellobiose phosphorylase  -Galactosidase GLK Fructose-6-phosphate PGI PFK TIM 3-Phosphoglycerate GAPOR GAPN 2-Phospho glyce rate PGM Phosph oenolpyruvate Enolase PYK POR VOR IOR KGOR Pyru vate Pyruvate: formate lyase POR ACS I+II MBH1 FDH CO2 2H+ H2 H+ H+ MBH2 2H+ H+ H2 H+ Fd(ox) Fd(red) Formate :h ydrogen lyase comp lex MBX NADP H + NADPH H+ Fd(red) Fd(ox) Withou t S0 Without S0 With S0 H+ Na+ NSR S0 H2S Fd(red) Fd(ox ) NAD P+ NADPH Fd(red) Fd(ox ) NAD P+ NADPH H2 2 H+ NADP+ N ADPH Biosynthesis H2 2 H+ NADP+ N ADPH BiosynthesisBiosynthesis BiosynthesisBiosynthesis Soluble NiFe h ydrogenases I+II Ferredoxin:NADP+ oxidored uctase Na+ ADP ATP A1A0 ATP synthase n-Alk anes ? ADP ATP Triglycerides Lipases Fatty acids Glycerol upta ke facilator Glyce rol-phosp hate Glycerol kinase CO 2 Aceta te Acids A B C D E Glycerol F Acetyl-CoA + CO2 Acyl-CoAs + CO2 Aldeh ydes + CO2 AMP Reconstruction of metabolic pathways of T.sibiricus based on genome and physiological data
  • 17.
    Современные международные консорциумы имегапроекты 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/
  • 18.
  • 19.
  • 21.
    Микроматрицы ДНК, каккомпромиссное дешевое решение многопараметрического анализа ДНК.
  • 22.
    Приложение микроматриц ДНК: экспрессионноепрофилирование, определение однонуклеотидных полиморфизмов, «пошаговые» (tiling) микроматрицы.
  • 23.
  • 25.
    Будущее: сиквенс экзоновгенов, отвечающих за моногенные заболевания.
  • 26.
  • 27.
    Скрининг всех хромосом наанеуплоидии за 12 часов
  • 28.
  • 29.
    Какая ниша уготованамикроматрицам ДНК в будущем. Примеры дешевых диагностических решений с помощью микроматриц ДНК.
  • 30.
    What are geneticchanges that cause or predispose a person to disease? 1 million SNP 3 billion nucleotides Microarrays sequencing today Tomorrow, almost today
  • 31.
    Ethnics: • Homemade (894samples 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
  • 32.
    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
  • 33.
    PCA on allsamples Middle East Africa Far East Central Asia Europe Siberia/America Oceania
  • 35.
    Russian analog of“23andMe” service
  • 36.
    Домашнее задание: Зайти насайт www.i-gene.ru и полазить по демо