Šajā emuāra ierakstā no omikas pētījumu viedokļa tiek pētīts, kā mainās olbaltumvielu kombinācijas, šūnām diferencējoties, un kā šīs izmaiņas ir saistītas ar bioloģisko sistēmu funkcijām un slimību sākšanos.
Viens no galvenajiem atslēgvārdiem mūsdienu dzīvības zinātnēs ir omika. Atšķirībā no iepriekšējiem dzīvības zinātņu pētījumiem, kas bija vērsti uz atsevišķu gēnu un olbaltumvielu funkcijas un struktūras analīzi, omika ietver tādus jēdzienus kā genomika (visa gēnu kopuma jeb genoma izpēte organismā vai šūnā), transkriptomika (visa RNS kopuma jeb transkriptoma izpēte) un proteomika (visa olbaltumvielu kopuma jeb proteoma izpēte).
Saskaņā ar molekulārās bioloģijas teoriju tikai daļa no DNS ietvertās ģenētiskās informācijas tiek transkribēta RNS, un tikai daļa no šīs RNS tiek translēta olbaltumvielās. Konkrētas bioloģiskās sistēmas, piemēram, organisma vai šūnas, genoms satur pilnīgu ģenētisko informāciju par visām funkcijām, ko šī sistēma spēj veikt. Cilvēka sistēmas genoms un citas sistēmas, piemēram, cilvēka aknu šūnas, genoms satur vienu un to pašu informāciju. Tomēr cilvēka aknu šūnas un peles aknu šūnas genomi katrs satur atšķirīgu informāciju. Tikmēr transkriptoms satur informāciju par funkcionālajām aktivitātēm, kas, visticamāk, pašlaik tiek veiktas no genoma informācijas, un proteoms kā transkriptoma daļa atspoguļo informāciju par faktiski veiktajām funkcionālajām aktivitātēm. Vielas, kas tieši veic būtisku "darbu" dzīvos organismos, piemēram, katalizē bioķīmiskās reakcijas, ir olbaltumvielas, kas veido proteomu.
Cilvēkiem ir vairāk nekā 20 000 dažādu olbaltumvielu, un cilvēka šūnām atkarībā no to veida ir dažādas šo olbaltumvielu kombinācijas. Tas nozīmē, ka, lai gan daži proteīni parasti ir atrodami ādas šūnās, nervu šūnās, muskuļu šūnās utt., citi proteīni ir atrodami tikai noteiktos šūnu tipos. Šūnas piedzīvo procesu, ko sauc par diferenciāciju, kur viens šūnu tips pārveidojas par citu, reaģējot uz ārējiem stimuliem vai iekšēju programmu. Kad šūnas mainās diferenciācijas ceļā, mainās arī to olbaltumvielu kombinācijas. Lai gan šūnu diferenciācija ir ievērojami novērojama individuālās attīstības laikā, procesu, kurā normālas šūnas pārveidojas par vēža šūnām, var saprast arī kā diferenciācijas procesu.
Apsveriet gadījumu, kad uz proteomikas balstīti pētījumi tiek piemēroti pacienta vēža šūnām un normālām šūnām. Vēža šūnu un normālo šūnu proteomu salīdzināšana ļauj identificēt olbaltumvielas, kuru līmenis vēža šūnās ir mainījies salīdzinājumā ar normālām šūnām. Zinātnieki identificē šīs olbaltumvielas kā potenciālus jaunus terapeitiskos mērķus vēža ārstēšanai un veic pētījumus par tām. Olbaltumvielas, kuru līmenis vēža šūnās ir paaugstināts salīdzinājumā ar normālām šūnām, var būt kandidāti onkogēniem, savukārt olbaltumvielas, kuru līmenis vēža šūnās ir pazemināts salīdzinājumā ar normālām šūnām, var būt kandidāti audzēja nomācošo olbaltumvielu lomai.
Tātad, kā notiek process, lai identificētu, kuri no vairāk nekā 20 000 cilvēka olbaltumvielām ir šie atklātie proteīni? Olbaltumvielas sastāv no 20 aminoskābju veidiem, kas savienoti lineārā secībā, un katrā proteīnā vidēji ir aptuveni 500 aminoskābes. Tā kā dažādiem proteīniem ir atšķirīgas aminoskābju secības, zinot konkrēta proteīna aminoskābju secību, var noteikt tā identitāti.
Pastāv vairākas eksperimentālas metodes olbaltumvielu aminoskābju secības noteikšanai, no kurām viena ir peptīdu molekulmasas analīze. Tas ietver nezināma proteīna apstrādi ar tripsīnu, lai to sadalītu peptīdos — fragmentos, kuru vidējais garums ir aptuveni 10 aminoskābes, — un pēc tam katra peptīda molekulmasas mērīšanu. Tā kā tripsīns atpazīst specifiskas aminoskābes šķelšanai, ir iespējams paredzēt, kur notiks šķelšanās starp aminoskābēm. Patiešām, proteomikas analīzes dati tiek attēloti skaitliski kā peptīdu molekulmasas vērtības un peptīdu relatīvais daudzums. Tā kā visu cilvēka olbaltumvielu aminoskābju secības un molekulmasas jau ir zināmas, peptīdu molekulmasas analīzes rezultātus, kas iegūti, apstrādājot vēža šūnu un normālu šūnu proteomas ar tripsīnu, var izmantot, lai identificētu kandidātproteīnus terapeitiskiem mērķa proteīniem.
