Toksisite, biyolojik, fiziksel veya kimyasal bileşiklere maruz kalan organizmalarda zararlı etkilere neden olan olaylar dizisi olarak tanımlanmaktadır. Bileşiğin toksik etkisi konsantrasyon ve maruz kalma süresine bağlı olarak değişmektedir. Bu bileşiklere maruz kalma sonucunda dinamik profilde değişiklikler meydana gelebilmektedir. Olumsuz değişiklikler çeşitli şekillerde kendini göstermekte; hafif işlev bozukluklarından ciddi organ bozukluklarına ve hatta ölüme neden olabilmektedir.
Toksikogenomik ise toksik maddelere karşı oluşan cevap üzerinde etkisi olan varyasyonların moleküler ve hücresel etkilerini derinlemesine anlamamızı sağlayan disiplinler arası bir bilim dalıdır. Toksikogenomik alanındaki ‘omik’ son eki, transkriptomu (transkriptomik) temsil eden RNA transkript ekspresyon seviyeleri, DNA metilasyonu, histon gibi epigenomu temsil eden modifikasyonlar veya miRNA’lar (epigenomik) ve metabolomu temsil eden hücresel metabolit (metabolomik) ekspresyon seviyelerini gösteren teknolojilerin izlenmesine atıfta bulunmaktadır. Toksikogenomik terimi ağırlıklı olarak bu yönteme atıfta bulunmaktadır, bu nedenle bu incelemenin odak noktası öncelikle mRNA ekspresyon profillemesidir. Bununla birlikte, diğer teknolojilerin potansiyeli de dikkate alınmalıdır. Omik yaklaşımların şüphesiz avantajı, belirli bir maruz kalma süresinde ve dozunda toksik maddelere verilen hücresel yanıtı bir bütün olarak gözlemleme yeteneğidir.
Toksikogenomik çevresel stres ve insan hastalıklarına yatkınlık arasındaki ilişkiyi anlamak, hastalık ve toksik maddelere maruz kalmanın yararlı biyobelirteçlerini belirlemek ve toksisitenin moleküler mekanizmalarını aydınlatmak olmak üzere üç temel amaca sahiptir. Toksikogenomik teknolojileri ilaç, çevresel kirletici, gıda katkı maddeleri ve diğer yaygın olarak kullanılan kimyasal ürünler dahil olmak üzere binlerce molekülün organizmalar üzerindeki genomik tepkisini incelemekte ve ölçmektedir. Moleküler sorunların tercümesi ve yorumlanması yoluyla hücre, doku, organ ve organizmaların dinamik profilinin değerlendirilmesi için bir platform oluşturan omiklerin toksikoloji ile entegrasyonunun derinlemesine bir toksikolojik analiz sağlayacağı öngörülmektedir. Bu teknolojiler, toksisite ve kanserojenlik mekanizmalarını anlamak, morfolojik değişiklikleri moleküler değişikliklerle ilişkilendirmek, test maddesi maruziyetinin ve hastalıkların biyobelirteçlerini keşfetmek için giderek daha fazla kullanılmaktadır.
Gen ekspresyon seviyelerinin global analizi, modern biyolojide birçok farklı uygulama alanı bulmuştur.Global analizlerin uygulama alanlarından biri olan toksikoloji için toksikogenomik uygulamaların bütüncül olması, kimyasal hasarla bağlantılı hücresel süreçlerdeki değişikliklerin tarafsız bir görünümünü sağlamaktadır. Gen ekspresyon teknolojilerinin toksikolojiye uygulanmasındaki en büyük zorluk, araştırılan toksik madde ile doğrudan bağlantılı gen düzenleme mekanizmalarını tanımlamaktır. Bu bağlamda toksikogenomiklerin başarılı bir şekilde uygulanması, gen ekspresyonu değişiklikleri ve fenotip arasındaki bağlantının anlaşılmasınıgerektirmektedir. Gen ekspresyonu profili oluşturma, yüksek verimli bir şekilde taranacak bileşiklerin önceliklendirilmesine ve ticari ortamlarda toksisite testinin ileri aşamaları için kimyasalların seçilmesine yardımcı olabilmektedir.
Toksikogenomik çalışmalarda karşılaştırmalı (tahmin edici) ve işlevsel olmak üzere iki temel yaklaşım mevcuttur. Birincisi, olası toksisite mekanizmalarının araştırılmasıdır. Karşılaştırmalı toksikogenomikçalışmalarda, kontrol hücreleri ile toksik maddeye maruz kalan hücreler arasındaki gen, protein ve metabolitlerin sayısı ve türleri ölçülmektedir. Mevcut bir toksik maddenin çalıştığı mekanizma hakkında bir miktar bilgi varsa bu toksik maddenin hedefinde olan genleri içeren bir genetik dizi oluşturmak mümkündür. Farklı biyokimyasal yolakların bilgi tabanlı dizileri oluşturularak, genomik profildeki (toksikogenomik) ya da proteinlerdeki (proteomik) değişikliklerin ölçümü vasıtasıyla kimyasalın yol içindeki belirli bir enzim üzerinde etki edip etmediğini belirlemek mümkün olmaktadır. Karşılaştırmalı yaklaşım, yüksek yoğunluklu verilerdeki kalıpları ve eğilimleri tanıyarak, iyi çalışılmış bileşiklerden ve bunlara karşılık gelen profillerden elde edilen verilere dayanarak gen, protein veya metabolit ortam etkileşimlerini tahmin edeceği ve dolayısıyla toksikoloji alanında şüphesiz devrim yaratacağı düşünülmektedir.
İkinci yaklaşım, yalnızca kısmen bilgiye dayalı olan ve bilinen bir işlevi olmayan çok sayıda gen içerebilen son derece büyük DNA dizilerinin oluşturulmasını içermektedir. Bilinen toksisiteleri olan çok sayıda kimyasalın kullanılması yoluyla gen ekspresyonundaki karakteristik değişiklikler belirlenebilmekte ve yeni bir kimyasal tarafından meydana gelen değişiklikler ile karşılaştırılmaktadır. Burada, biyolojik sistemlerin toksikogenomikdeğerlendirilmesi ile toksik maddeler ve çevresel faktörler tarafından bozulmayı, moleküler ifadeyi ve geleneksel toksikolojik parametreleri izlemeyi, toksikolojik sistemi modellemek için tepki verilerini tekrarlayarak bütünleştirmeyi tanımlamak mümkündür.
Toksikoloji alanında, in-vivo ve in-vitro modeller genellikle kimyasalların toksisite değerlendirmesinde altın standart olarak kabul edilmektedir. İn vitro toksisite çalışmaları, çeşitli bileşiklerin ve bunların varlıklarının kültürlenmiş bir memeli veya bakteri hücreleri üzerindeki etkisini incelemektedir. İn-vivo toksikolojik çalışmalar, çeşitli bileşiklerin ve bunların varlıklarının tüm canlı organizmalar üzerinde test edildiği bilimsel analizlerdir.
