Фено́мика — функциональное направление физиологии и генетики, посвящённое изучению фенома, представляющего набор фенотипических черт организма в виде норм реакций систем его организма. Феном описывается структурой клеток, органов и систем живых организмов учитывающей направленность их взаимодействия между собой на уровне функциональной активности в процессе адаптации к воздействиям внешней среды. Это область биологии, направленная на раскрытие организации и законов формирования фенотипа, приведение информации о фенотипе к доступным для биоинформационного анализа массивам данных, схожим образом с геномикой и протеомикой.
История
Феномика человека — результат обобщения теоретических представлений о механизмах адаптации и закономерностях развития функциональных нарушений и патологических процессов в организме человека при воздействии неблагоприятных факторов окружающей среды, а также практических разработок систем сохранения, развития и управления здоровьем, решает задачи персонализированной профилактической медицины, геронтологии, имеет важнейшее значение для ранней диагностики, лечения и профилактики неинфекционных заболеваний (экологически детерминированной патологии).
Теоретическую базу феномики человека составляют: учение о конституциях и диатезах (Богомолец А. А., 1926), теория адаптационных реакций (Selye H., 1936 и Гаркави Л. Х. с соавторами,1979), принципы системности и саморегуляции физиологических функций (Павлов И. П., 1950), учение о доминанте (Ухтомский А. А., 1966), понятие стереотипности реакций (Sternbach R., 1966), трехуровневая схема центрального контура регуляции сердечного ритма (Баевский Р. М., 1968), закон реактивной детерминации живых систем (Петленко В. П., 1971), факторы патологических изменений в органе (Lachman S., 1972) теория функциональных систем (Анохин П. К., 1973), концепция о «взаимосвязи функции и генетического аппарата» (Меерсон Ф. З., 1981), типы реагирования как производные нормы-реакции И. И. Шмальгаузена (Сиротинин Н. Н., 1981), анатомические соответствия элементов модели организма (Harry F. Darling, 1981), представления об интегральной индивидуальности человека (Мерлин В. С., 1988), учение о здоровье (1979), донозологическая диагностика уровня здоровья (1981), оценка адаптационных возможностей организма и риска заболеваний (1997). Баевский Р. М. Феномика растений — в последние годы сформировалась, как новый омиксный раздел физиологии растений, который фокусируется на выявлении закономерностей организации и изменения растительных феномов, т.е. физических и биохимических признаков организма растений, рассматриваемых как совокупность фенотипов организма и сведенных к большим массивам цифровых данных (схожим образом с геномикой, метаболомикой и протеомикой). Растения отличаются колоссальной фенотипической пластичностью, что приводит к многообразию проявлений фенотипа у одного и того же вида, экотипа или сорта растений. Это определяет и огромную широту методов и аналитических систем и методов феномики растений.
Феномика растений – постгеномная дисциплина, активно использующая достижения геномной эры и биоинформатики. Она дополняет их стандартизированным и статистически значимым фактологическим материалом о фенотипах с высокой степенью детализации. Техника получения и анализа информации о фенотипах в феномике называется фенотипированием. Широкое распространение в феномике растений получило высокопроизводительное фенотипирование, обеспечивающее «цифровой» автоматизированный анализ больших выборок. Колоссальный прогресс в высокопроизводительном фенотипировании растений связан с развитием систем регистрации цифровых изображений в различных областях спектра, техники культивирования растительных объектов в стандартизированных условиях, сенсорных технологий, робототехники, а также методов обработки и анализа данных, таких как компьютерное зрение и машинное обучение (искусственные нейронные сети).
Феномные технологии имеют высокую информативность анализа, превосходя возможности человека, проводя измерения в гиперспектральном диапазоне, используя X-ray-томографию, сверхточные «термальные» имиджи, а также ряд других низкоинвазивных и прецизионных подходов. Получаемые с использованием феномных технологий массивы данных регистрируются и обрабатываются автоматически, лишены проблемы субъективной оценки и недостаточной статистической обработки. Считается, что фенотипирование может стать методологией, которая позволит создать цифровые модели процессов жизнедеятельности и «формирования» продуктивности растений на организменном уровне в связи с динамикой транскриптомов, протеомов и метаболомов. Феномика помогает исследователям трансформировать большое количество информации, получаемой от датчиков и сенсоров, в новые знания с помощью компьютерной обработки данных и моделирования. Получаемые таким образом новые знания сокращают расстояние от фундаментальной науки до практического применения полученных результатов в селекции и растениеводстве. Фенотипирование развивается не только в закрытых стандартизированных площадках, но также на открытых сельскохозяйственных угодьях, лесных массивах и природных фитоценозах, т.е. способно давать быстрый «практический выход».
Задача феномики Задача феномики — установление фенотипической характеристики организма — совокупности морфолого-анатомических признаков, определение отклонения уровня функционирования каждой системы от нормы её реакции и выработка тактики коррекции функционального состояния организма (оптимизации его жизнедеятельности) с учетом направленности взаимодействия систем организма.
Цель феномики Цель феномики человека — получение информации обо всех потенциальных свойствах организма, определяющих физиологическую, психофизиологическую и психоэмоциональную индивидуальность человека, чувствительность и резистентность систем его организма, способности, психологический портрет, особенности питания, образа жизни и др.
Цель феномики растений — установление особенностей организации и динамики модификаций фенотипов на разных этапах онтогенеза и в различных условиях существования растения в связи с разработкой проблем сохранения биоразнообразия, экологии, сельского и лесного хозяйства, биотехнологии и биоэнергетики.
Медицинская феномика Медицинская феномика решает прикладные вопросы профилактической медицины на основе знания феномов (фенотипов) человека (например, ранняя диагностика, лечение и профилактика наследственных заболеваний и экологически детерминированной патологии, выявление причинно-следственных связей заболевания, определение тактики коррекции функциональных нарушений, персонализация подбора средств феномотерапии (рекомендаций для нормализации уровня функционирования отдельных систем организма — витамины, питание, физические упражнения, образ жизни, психотерапия, и т. д.).
Разделы феномики
Структурная феномика Структурная феномика — определение количества, содержания и направленности взаимодействия элементов модели организма
Функциональная феномика Функциональная феномика — идентификация особенностей реакций систем организма (фенотипа).
Сравнительная феномика Сравнительная феномика, — оценка биологической и эволюционной близости одного организма другому, отвечает на вопросы практического характера, как то оценка психологической совместимости (феномика человека и животных), вероятного типа отношений между субъектами, накопления полезной биомассы и повышения качества растительной продукции и стрессоустойчивости растений (в феномике растений).
Литература
Демидчик В.В., Шашко А.Ю., Бондаренко В.Ю., Смоликова Г.Н., Пржевальская Д.А., Черныш М.А., Пожванов Г.А., Барковский А.В., Смолич И.И., Соколик А.И., Ю М., Медведев С.С. Феномика растений: фундаментальные основы, программно-аппаратные платформы и методы машинного обучения. Физиология растений — 2020 — № 67(3) — С.227-245.
Марасанов А. В., Вальцева Е. А. Научный потенциал феномики — функционального направления генетики. Гигиена и санитария — 2016 — № 95(9) — С.805-810.
Марасанов А. В., Вальцева Е. А. Феномика. Этиология функциональных состояний организма человека при действии факторов окружающей среды. Гигиена и санитария — 2017 — № 96(10) — С.1004-1009
Марасанов А. В., Вальцева Е.А., Миненко И.А. Звоников В.М. Метод персонализированного прогнозирования, сохранения, развития и управления здоровьем.Гигиена и санитария — 2018 — № 97(11) — С.1102-1107
Категория:Феномика Категория:Физиология