ความก้าวหน้าทางวิชาการด้านจีโนมและจีโนมิกส์ นำมาสู่การวิจัยในแนวลึกที่เชื่อมโยงกันมากขึ้น นั่นคือ การศึกษาโปรตีนชนิดต่างๆที่สร้างขึ้นมาภายในเซลล์ ภายใต้ การควบคุมของยีนทั้งหมดที่มีอยู่ในจีโนม ซึ่งสิ่งมีชีวิตแต่ละชนิดจะมีโปรตีนจำนวนมากมายหลากหลายชนิดรวมกันทั้งหมดเรียกว่า โปรตีโอม (proteome) การศึกษาหาโปรตีนชนิดต่างๆที่มีอยู่ทั้งหมดในสิ่งมีชีวิตชนิดใดชนิดหนึ่ง เป็นสาขาวิชาการแขนงใหม่ในทางวิทยาศาสตร์ชีวภาพที่เรียกว่า โปรตีโอมิกส์ (proteomics) ซึ่งเป็นผลสืบเนื่องจากความรู้ความเข้าใจในการศึกษาการทำงานด้านจีโนมิกส์ (functional genomics) อย่างละเอียดดังที่กล่าวมาแล้ว จากข้อมูลเบื้องต้นสะท้อนให้เห็นว่า โปรตีนชนิดต่างๆที่มีอยู่ทั้งหมดในสิ่งมีชีวิตชนิดหนึ่ง น่าจะมีจำนวนมากกว่าและมีความสลับซับซ้อนมากกว่าจำนวนยีนหลายร้อยเท่าตัวทีเดียว จากความจริงที่ว่า เนื้อเยื่อในอวัยวะต่างๆของร่างกายไม่ว่าจะเป็นสมอง หัวใจ ตับ ไต ไขกระดูก ฯลฯ ต่างก็มีหน่วยพันธุกรรมเหมือนกันและเท่ากัน แต่ในเนื้อเยื่อต่างๆเหล่านั้นจะมีชนิดและจำนวนโปรตีนที่แตกต่างกันอย่างชัดเจน โมเลกุลโปรตีนต่างๆ เช่น เฮโมโกลบินและอินซูลินในเม็ดเลือด โดพามิน (dopamine) และ เซอโรโทนิน (serotonin) ในเซลล์สมอง ฮอร์โมนเพศเทสทอสเทอโรน (testosterone) และเอสโทรเจน (estrogen) ตลอดจนเอนไซม์จำนวนมากมายที่เกี่ยวข้องกับกระบวนการเมแทบอลิซึมของเซลล์ และกิจกรรมการทำงานของร่างกาย แตกต่างกันไปในเนื้อเยื่อแต่ละชนิด นอกจากนั้น ความแตกต่างในชนิดและปริมาณของโปรตีนก็ยังขึ้นอยู่กับสภาพแวดล้อม และสุขภาพของเซลล์นั้นด้วย ถ้าเป็นเซลล์ปกติอาจมีโปรตีนรูปแบบหนึ่ง แต่ถ้าเป็นเซลล์ที่ติดเชื้อหรือเป็นโรคก็อาจมีโปรตีนอีกรูปแบบหนึ่ง มีการคาดคะเนกันว่าน่าจะมีโปรตีนมากมายและหลากหลาย รูปแบบประมาณ ๕๐๐,๐๐๐ - ๑,๐๐๐,๐๐๐ ชนิด ในสิ่งมีชีวิตชนิดต่างๆในโลกนี้ ยีนหรือดีเอ็นเอเป็นตัวกำหนดโครงสร้างของโปรตีน แต่โปรตีนต่างๆเหล่านั้นอาจรวมตัวกันในรูปแบบต่างๆกัน ทำให้เกิดเป็นโปรตีน ชนิดใหม่ๆได้ เช่น ยีน A→โปรตีน A, ยีน B →โปรตีน B, ยีน C →โปรตีน C ผลผลิตโปรตีนเหล่านี้อาจเกิดกระบวนการทางเคมีภายในเซลล์ ทำให้เกิดเป็นโปรตีนที่ซับซ้อนขึ้นมาใหม่ เช่น โปรตีน AB AC BC ABC เป็นต้น โปรตีนที่ซับซ้อนเหล่านี้ จะมีบทบาทและหน้าที่แตกต่างกัน จึงไม่น่าแปลกใจที่มีความหลากหลายของชนิดและจำนวนโปรตีนมากกว่ายีนหลายร้อยเท่า
