Геномика мен транскриптомикадан кейін протеомика – биологиялық жүйелерді зерттеудің келесі қадамы. Протеомиканың негізгі міндеті – жаңа ақуыздарды анықтау және олардың сандық талдауы. Тиісінше, протеомика геномикаға қарағанда объективті түрде күрделі, өйткені организмнің геномы көп жағдайда тіршілік ету барысында өзгермейді, бірақ оның барлық ақуыздарының жиынтығы үнемі өзгеріп отырады. Тіпті бір организмнің әртүрлі типтегі жасушаларының протеомдары да ерекшеленеді. Сонымен қатар, протеомды зерттеу басқа жағдайлармен де қиындайды, мысалы, көптеген ақуыздарда болатын трансляциядан кейінгі модификациялар (трансляциядан кейінгі модификацияларды зерттеумен протеомиканың фосфопротеомика мен гликопротеомика бөлімдері айналысады). Көптеген ақуыздардың белсенділігі үшін басқа ақуыздармен және РНҚ-мен өзара әрекеттесу өте маңызды болып саналады, бұл өз кезегінде оларды анықтауды қиындатады. Сонымен кейбір ақуыздар соншалықты қысқа уақытта тіршілік ететіндіктен және тез бұзылатындықтан, оларды қолда бар әдістермен бекіту өте қиын болып табылады.

Протеомика әдісімен алынған деректерді әртүрлі аурулардың, мысалы, нейродегенеративті аурулардың пайда болу себептерін тереңірек түсіну үшін, сондай-ақ емдеу әдістерін әзірлеу үшін пайдалануға болады. Протеомиканың көмегімен жаңа вакциналар жасауға жарамды антигендерді іздеу жүзеге асырылады. Әр түрлі қатерлі ісіктерде қалыптан тыс экспрессияланатын ақуыздарды анықтау, биомаркерлер көмегімен диагностикалау, қатерлі ісіктерді болжау және емдеу үшін үлкен маңызға ие болады.

Ақуыздарды зерттеудің дәстүрлі тәсілі олардың ұлпалар мен жасушалардан бөлінуді, содан кейін тазартуды қамтиды, нәтижесінде бұл тазартылған ақуыздың құрылымы мен қызметін талдауға мүмкіндік береді. Протеомика басқа тәсілді қолданады: жасушаның барлық ақуыздық құрамын бір сатыда көруге және талдауға болады. Бұл масс-спектрометрия және екі өлшемді электрофорез сияқты әдістер мен технологиялардың пайда болуы мен дамуының арқасында мүмкін болды. Алайда, протеомика әдістері осы екі мысалмен аяқталмайды. Қазіргі уақытта қолданылатын ақуыздарды зерттеу әдістері – қазіргі кезеңде сирек қолданылатын ақуыздың аминқышқылдарының тізбегін сандық талдау және секвенирлеу әдістері.

Ақуыздардың құрылымын зерттеуде секвенирлеу әдістері маңызды рөл атқарады, яғни бұл ақуыз құрамындағы аминқышқылдарының тізбегін анықтауға мүмкіндік беретін әдістер (ақуыздың бастапқы құрылымы) болып табылады. Ақуыз құрылымындағы аминқышқылдарының кеңістіктік ұйымдастырылуын зерттеу үшін (ақуыздың екінші және үшінші құрылымы), спектроскопиялық әдістер (дөңгелек дихроизм әдісі және инфрақызыл спектроскопия әдісі және т. б.) кеңінен қолданылады. Ядролық магниттік резонанс әдістері мен рентгендік құрылымды талдау ақуыздың ең толық және егжей-тегжейлі құрылымын береді және ақуыздың құрылымын 1–3 Å дейінгі ажыратымдылықпен зерттеуге мүмкіндік береді. Ақуыздың үшінші құрылымы туралы мәліметтер берілген ақуыздың атқаратын функциялары туралы маңызды ақпарат береді, көбінесе ұқсас функциялары бар ақуыздар ұқсас кеңістіктік құрылымға ие. Ультрацентрифугалау және гель-фильтрация әдістері ақуыздың төрттік құрылымын зерттеуге мүмкіндік береді. Сипатталған әдістердің комбинациясын қолдану, әрбір жеке ақуыздың құрылымы мен қасиеттерін егжей-тегжейлі сипаттауға және осылайша протеомиканың негізгі сұрақтарының біріне жауап алуға мүмкіндік береді.

Протеомиканың тағы бір маңызды мәселесі – белгілі бір жасушада айқындалған барлық ақуыздардың толық құрамын сипаттау. Бұл мәселені шешу үшін масс-спектрометриямен байланысқан екі өлшемді (2D) гельдік электрофорез әдісі қолданылады. 2D электрофорез жасушаның құрамына кіретін ақуыздардың көпшілігін бөлуге мүмкіндік береді, ал масс-спектрометрия әдісі ақуыздардың әрқайсысын идентификациялауға мүмкіндік береді. Зерттеудің бұл түрінің мақсаты қалыпты және әртүрлі факторлардың әсерінен немесе әртүрлі патологиялық жағдайларда ақуыздардың экспрессиясын салыстыру болып табылады. Белгілі бір ақуыздардың экспрессия деңгейін анықтау қатерлі ісік, нейродегенеративті және басқа ауруларды диагностикалауда қолданылуы мүмкін.

Жасушада жүретін процестерді түсіну үшін, белгілі бір жағдайларда көрсетілген ақуыздардың табиғаты мен жиынтығын білу жеткіліксіз болып табылады. Қандай ақуыздардың бір-бірімен әрекеттесетіні және мұндай өзара әрекеттесу олардың құрылымы мен серіктес ақуыздардың қасиеттеріне қалай әсер ететіні туралы мәселені зерттеу өте маңызды. Ақуыздардың өзара әрекеттесуін талдау үшін коиммунопреципитация әдістері (антиген ақуызының және оның иммундық сорбенттегі серіктес ақуыздарының сорбциясы), содан кейін серіктес ақуыздарды анықтау үшін масс-спектрометрия, екі гибридті әдіс және тағы басқалары қолданылады. Серіктес ақуыздарды анықтау, зерттелетін ақуыздың жұмыс істеу механизмі туралы маңызды ақпарат бере алады, ал ақуыз-ақуыздық өзара әрекеттесуін анықтау, жасушаларда болатын әртүрлі процестерді сипаттауға мүмкіндік береді.

Протеомиканың қалыптасу тарихы 1950 жылы Эдман ақуыздарды секвенирлеу әдісін ұсынған кезде басталады. 1958 жылы Фредерик Сенгэрдің зерттеу тобы инсулин аминқышқылдарының тізбегін анықтады. 1959 жылы ақуыздарды зерттеу үшін, үлкен маңызы бар иммуноанализ әдісі пайда болды. 1967 жылы Эдман әдісімен ақуыздар аминқышқылдарының тізбегін анықтайтын алғашқы автоматты секвенатор құрылды. 1970 жылы Лэммли денатураттаушы полиакриламидті гельдегі электрофорез арқылы ақуыздарды бөлу әдісін ұсынды, ал 1975 жылы оның негізінде екі өлшемді электрофорез әдісі ұсынылды. 1984 жылы электр спрейімен иондау әдісі ойлап табылды, бұл ақуыздарды масс-спектрометрия арқылы оларды бұзбай зерттеуге мүмкіндік берді, ал 1985 жылы MALDI иондау әдісі ұсынылды. 1994 жылы масс-спектрометрияға арналған алғашқы пептидтік карталар пайда болды. 1996 жылы аспирант Марк Уилкинс «протеом» терминін енгізді, ал келесі жылы «протеомика» термині пайда болды. 1999 жылы массалары масс-спектрометрия көмегімен ақуыз тізбегі бойынша анықталатын фрагменттерді болжауға арналған алғашқы бағдарламалар пайда болды. 2001 жылы протеомиканың (ағылш. shotgun) жаңа кезеңі пайда болды және 2014 жылға қарай осы әдіспен бір үлгіде адамның 20 мың ақуызын анықтауға мүмкіндік туды. Қазіргі уақытта масс-спектрометрияның әртүрлі түрлері сияқты протеомика әдістерінің дамуы мен жетілдірілуі ғана емес, сонымен қатар протеомикалық деректерді түсіндіруге арналған жаңа бағдарламалар жүріп жатыр.

Протеомика дәрілік препараттарды ашуда және әзірлеуде ауруды тудыратын белоктар жиынтығын (жолдарын немесе топтарын) тікелей табу арқылы ауру процесін сипаттау нәтижесінде маңызды рөл атқарады.

Протеомиканы жеке мақсатты ақуыздарды анықтау мен сипаттау және сайып келгенде олардың өзара әрекеттесуі мен функционалдық рөлдерін түсіндіру мақсатында, жасушалардағы ақуыздардың жалпы таралуын тіркейтін, молекулалық биологияның жаппай бөліну принципіне негізделген әдіс ретінде қарастыруға болады.