Human Genome Project: Silent Features and Goals of Human Genome Project
Przeczytaj ten artykuł, aby dowiedzieć się o cichych funkcjach, celach, aplikacjach i przyszłych wyzwaniach związanych z projektem ludzkiego genomu!
Każda osoba ma tożsamość, która wynika z genetycznego makijażu. Żadne dwie osoby nie są podobne (z wyjątkiem bliźniaków mono-zygoty), ponieważ różnią się pod względem genetycznym.
Zdjęcie dzięki uprzejmości: img.mit.edu/newsoffice/images/article_images/original/20130103132743-0.jpg
Różnice w składzie genetycznym wynikają z różnic w sekwencjach nukleotydowych ich DNA. Dlatego zawsze ambicją naukowców było mapowanie ludzkiego genomu. Postępy w technikach inżynierii genetycznej umożliwiły izolację i klonowanie fragmentów DNA oraz określenie sekwencji nukleotydowych tych fragmentów.
Dlatego w 1990 r. Departament Energii USA i Narodowy Instytut Zdrowia rozpoczęły i koordynowały projekt sekwencjonowania ludzkiego genomu o nazwie HGP lub Human Genome Project. Welcome Trust (UK) dołączył do projektu jako główny partner. Później dołączyły do niej Japonia, Francja, Niemcy, Chiny i kilka innych krajów.
HGP to mega projekt obejmujący dużo pieniędzy, najbardziej zaawansowane techniki, liczne komputery i naukowców w pracy. Wielkość projektu można sobie wyobrazić, że jeśli koszt sekwencjonowania bp wynosi 3 dolary, kolejność Зх 10 9 pb będzie kosztować miliard dolarów. Jeśli dane mają być przechowywane w książkach, przy czym każda książka ma 1000 stron i każda strona zawierająca 1000 liter, wymagane będzie około 3300 książek. Bazujące na danych bioinformatycznych i innych szybkich urządzeniach obliczeniowych pomogły w analizie, przechowywaniu i wyszukiwaniu informacji.
Cele:
HGP wyznaczył następujące cele.
1. Określ sekwencję i liczbę wszystkich par zasad w ludzkim genomie.
2. Zidentyfikuj wszystkie geny obecne w ludzkim genomie.
3. Określ funkcje wszystkich genów.
4. Zidentyfikować różne geny powodujące zaburzenia genetyczne.
5. Określić podatność genetyczną i odporność na różne zaburzenia.
6. Przechowuj informacje w bazach danych.
7. Ulepsz narzędzia do analizy danych.
8. Sprawdź możliwości transferu technologii opracowanej podczas HGP do przemysłu.
9. Projekt może prowadzić do wielu problemów etycznych, prawnych i społecznych (ELSI), które należy rozwiązać i rozwiązać.
Projekt miał zostać ukończony w celu sekwencjonowania w 2003 r. 12 lutego 2001 r. Oficjalnie ogłoszono zakończenie projektu. Jednak ogłoszenie sekwencjonowania poszczególnych chromosomów nastąpiło w maju 2006 roku, kończąc przypisywanie sekwencji nukleotydowych do chromosomów I.
Metodologia:
Istnieją dwa rodzaje podejść do analizy genomu,
(i) Zidentyfikuj wszystkie geny, które ulegają ekspresji jako znaczniki sekwencji wyrażane przez RNA lub EST
(ii) Sekwencjonowanie całego genomu (regionów kodujących i niekodujących), a następnie przypisanie różnych regionów za pomocą funkcji - adnotacja sekwencji.
HGP postępuje zgodnie z drugą metodologią, która obejmuje następujące kroki.
(i) Cały DNA komórki jest izolowany i dzielony losowo na fragmenty,
(ii) Są one wstawiane do wyspecjalizowanych wektorów, takich jak ВАС (sztuczne chromosomy bakteryjne) i YAC (sztuczny chromosom drożdży),
(iii) Fragmenty klonuje się w odpowiednich gospodarzach, takich jak bakterie i drożdże. PCR (reakcja łańcuchowa polimerazy) może być również wykorzystana do klonowania lub wykonywania kopii fragmentów DNA,
(iv) Fragmenty sekwencjonuje się jako sekwencje z adnotacjami DNA (pochodną metodologii opracowanej przez laureata nagrody Nobla, Fredericka Sangera),
(v) Sekwencje zostały następnie rozmieszczone na podstawie niektórych zachodzących na siebie regionów. Wymagało to generowania nakładających się fragmentów do sekwencjonowania,
(vi) Do wyrównania sekwencji użyto programów komputerowych.
(vii) Sekwencje następnie przypisano i przypisano do różnych chromosomów. Wszystkie ludzkie chromosomy zostały zsekwencjonowane, 22 autosomy, X i Y. Ostatni chromosom I został zsekwencjonowany w maju 2006 roku. (Viii) Przy pomocy polimorfizmu w mikrosatelitach i miejscach rozpoznawania endonukleazy restrykcyjnej, mapy genetyczne i fizyczne genom również zostały przygotowane.
Istotne cechy ludzkiego genomu:
1. Ludzki genom ma 3, 1647 miliardów nukleotydowych par zasad.
2. Średni rozmiar genu wynosi 3000 par zasad. Największy gen to dystrofia mięśniowa Duchenne'a na chromosomie X. Ma 2, 4 miliona (2400 kilogramów) par zasad. G-globina i geny insuliny mają mniej niż 10 kilozasad.
3. Ludzki genom składa się z około 30 000 genów. Wcześniej szacowano, że zawiera ona od 80 000 do 100 000 genów. Liczba ludzkich genów jest podobna do liczby myszy. Dziewięć dziesiątych genów jest identycznych jak w przypadku myszy. Mamy ponad dwa razy więcej genów niż owoców (Drosophila melanogaster) i sześć razy więcej genów niż w bakterii Escherichia coli.
Wielkość genomu lub liczba genów nie jest związana ze złożonością organizacji organizmu, np. Lily ma 18 razy więcej DNA niż ludzki genom, ale wytwarza mniej białka niż my, ponieważ jego DNA ma więcej intronów i mniej eksonów.
4. Chromosom I ma 2968 genów, podczas gdy chromosom Y ma 231 genów. Są to maksymalne i minimalne geny dla ludzkich chromosomów.
5. Funkcja ponad 50% odkrytych genów nie jest znana.
6. Mniej niż 2% genomu reprezentuje geny strukturalne kodujące białka.
7. 99, 9% zasad nukleotydowych jest dokładnie podobnych u wszystkich ludzi.
8. Tylko 0, 1% ludzkiego genomu z około 3, 2 milionami nukleotydów reprezentuje zmienność obserwowaną u ludzi.
9. W około 1, 4 miliona miejsc występują różnice pojedynczych nukleotydów zwane SNP (snips) lub polimorfizm pojedynczego nukleotydu. Mają one potencjał, by pomóc w znalezieniu lokalizacji chromosomów związanych z sekwencjami powiązanymi z chorobą i śledzeniem historii człowieka.
10. Sekwencje powtarzalne lub powtarzalne tworzą dużą część ludzkiego genomu. Istnieje około 30 000 loci minisatelitarnych, z których każdy ma 11-60 bp powtórzonych tandemowo do tysiąca razy. Jest ich około 2, 000, 000 mikrosatelitów, z których każdy ma 10 do 10 powtórzeń powtórzonych 10-100 razy.
11. Sekwencje powtarzające się to sekwencje nukleotydowe, które powtarzają się wiele razy, czasami sto do tysięcy razy. Nie mają bezpośredniej funkcji kodowania, ale dostarczają informacji na temat struktury chromosomu, dynamiki i ewolucji.
12. Około 1 miliona kopii krótkich powtarzających się sekwencji 5-8 par zasad skupia się wokół centromerów i blisko końców chromosomów. Reprezentują śmieciowe DNA.
Aplikacje i przyszłe wyzwania:
1. Zaburzenia:
Ponad 1200 genów jest odpowiedzialnych za powszechne ludzkie choroby układu krążenia, choroby endokrynologiczne (takie jak cukrzyca), zaburzenia neurologiczne (takie jak choroba Alzheimera), nowotwory i wiele innych.
2. Raki:
Trwają próby określenia genów, które spowodują zmianę komórek nowotworowych na prawidłowe.
3. Opieka zdrowotna:
Pokaże perspektywy na zdrowsze życie, leki dla projektantów, genetycznie zmodyfikowane diety i wreszcie naszą tożsamość genetyczną.
4. Interakcje:
Będzie można zbadać, jak różne geny i białka współpracują ze sobą w połączonej sieci.
5. Badanie tkanek.
Wszystkie geny lub transkrypty w konkretnej tkance, narządzie lub guzie można analizować, aby poznać przyczynę wytworzonego w nich efektu.
6. Organizmy nieczłowiecze:
Informacje o naturalnych zdolnościach organizmów nie będących ludźmi mogą być wykorzystywane do sprostania wyzwaniom w opiece zdrowotnej, rolnictwie, produkcji energii i rekultywacji środowiska. W tym celu zsekwencjonowano szereg organizmów modelowych, np. Bakterie, drożdże Coenorhabditis elegans (wolny żywy niepatogenny nicień), Drosophila (owocnie), Rice, Arabidopsis itp.
