Human Genome Project: Silent Egenskaber og Målsætninger for Human Genome Project
Læs denne artikel for at lære om de tavse funktioner, mål, applikationer og fremtidige udfordringer i menneskelige genomprojekter!
Hver enkelt person har en identitet, der skyldes ens genetiske makeup. Ingen to personer er ens (undtagen mono-zygot tvillinger), fordi de adskiller sig i deres genetiske make-up.
Image Courtesy: img.mit.edu/newsoffice/images/article_images/original/20130103132743-0.jpg
Forskelle i genetisk sammensætning skyldes forskelle i nukleotidsekvenser af deres DNA'er. Det var derfor altid en ambition for forskere at kortlægge menneskeligt genom. Fremskridt i gentekniske teknikker gjorde det muligt at isolere og klone DNA-stykker og bestemme nukleotidsekvenser af disse fragmenter.
Derfor i 1990 indledte US Department of Energy og National Institute of Health en koordinering af projektet for sekventering af humant genom kaldet HGP eller Human Genome Project. Welcome Trust (UK) tiltrådte projektet som en vigtig partner. Senere på Japan, Frankrig, Tyskland, Kina og nogle andre lande sluttede det sig også til det.
HGP er et megaprojekt med mange penge, mest avancerede teknikker, mange computere og forskere på arbejdspladsen. Projektets størrelse kan forestilles, at hvis omkostningerne ved sekventering af en bp er 3 dollars, vil sekventering af 10 10 bp koste en milliard dollars. Hvis dataene skal gemmes i bøger, hvor hver bog har 1000 sider og hver side med 1000 bogstaver, kræves der ca. 3300 bøger. Her har bioinformatik databasering og andre computere med høj hastighed hjulpet med analyse, lagring og hentning af information.
Mål:
HGP havde fastsat følgende mål.
1. Bestem sekvensen og antallet af alle baseparerne i det humane genom.
2. Identificer alle de gener, der er til stede i humant genom.
3. Bestem alle genernes funktioner.
4. Identificer de forskellige gener, der forårsager genetiske lidelser.
5. Bestem genetisk tendens og immunitet mod forskellige lidelser.
6. Gem oplysningerne i databaser.
7. Forbedre værktøjer til dataanalyse.
8. Find ud af mulighederne for overførsel af teknologi udviklet under HGP til industrien.
9. Projektet kan resultere i mange etiske, juridiske og sociale spørgsmål (ELSI), som skal løses og løses.
Projektet blev udformet til at blive gennemført til sekventering i 2003. Den 12. februar 2001 blev der afgivet en formel meddelelse om projektets afslutning. Meddelelse om sekventering af individuelle kromosomer kom imidlertid i maj 2006 med afslutningen af tildeling af nukleotidsekvenser til kromosomer I.
Metode:
Der er to typer fremgangsmåder til analyse af genomet,
(i) Identificere alle de gener, der udtrykkes som RNA-udtrykte sekvensmærker eller EST'er
(ii) Sekventering af hele genomet (både kodende og ikke-kodende regioner) og senere tildeling af de forskellige regioner med funktioner-sekvensanotation.
HGP fulgte den anden metode, der involverer følgende trin.
(i) Hele DNA'et i cellen er isoleret og brudt tilfældigt i fragmenter,
(ii) De indsættes i specialiserede vektorer som ВАС (bakterielle kunstige kromosomer) og YAC (gær kunstig kromosom),
(iii) Fragmenterne klones i egnede værter som bakterier og gær. PCR (polymerasekædereaktion) kan også anvendes til kloning eller fremstilling af DNA-fragmenter,
(iv) Fragmenterne sekventeres som annoterede DNA-sekvenser (en offshoot of methodology udviklet af dobbelt nobelpristager, Frederick Sanger),
(v) Sekvenserne blev derefter arrangeret på basis af nogle overlappende regioner. Det nødvendiggjorde generationen af overlappende fragmenter til sekventering,
(vi) Computerbaserede programmer blev brugt til at justere sekvenserne.
(vii) Sekvenserne blev derefter annoteret og tildelt til forskellige kromosomer. Alle de menneskelige kromosomer er blevet sekventeret, 22 autosomer, X og Y. Kromosom I blev senest sekventeret i maj 2006. (viii) Ved hjælp af polymorfisme i mikrosatellitter og restriktionsendonuclease genkendelsessteder, blev de genetiske og fysiske kort af genom er også blevet udarbejdet.
Fremtrædende egenskaber af humant genom:
1. Mennesket genom har 3.1647 milliard nukleotid base par.
2. Den gennemsnitlige genstørrelse er 3000 basepar. Det største gen er den af Duchenne muskeldystrofi på X-kromosom. Den har 2, 4 millioner (2400 kilo) basepar. B-globin og insulingener er mindre end 10 kilobaser.
3. Det menneskelige genom består af ca. 30.000 gener. Tidligere blev det anslået at indeholde 80.000 til 100.000 gener. Humant genantal er omtrent det samme som for musen. Ni tiende gener er identiske med musens. Vi har mere end dobbelt så mange gener som frugtbart (Drosophila melanogaster) og seks gange flere gener end i bakterier Escherichia coli.
Størrelsen af genom eller antal gener er ikke forbundet med kroppsorganisationens kompleksitet, for eksempel har Lily 18 gange mere DNA end menneskeligt genom, men det producerer færre proteiner end os, fordi dets DNA har flere introner og mindre exoner.
4. Kromosom I har 2968 gener, mens Y-kromosom har 231 gener. De er de maksimale og mindste gener for de menneskelige kromosomer.
5. Funktionen på over 50% af de opdagede gener er ukendt.
6. Mindre end 2% af genomet repræsenterer strukturgener, der koder for proteiner.
7. 99, 9% af nukleotidbaserne er nøjagtigt ens i alle mennesker.
8. Kun 0, 1% af humant genom med ca. 3, 2 millioner nukleotider repræsenterer den variation, der observeres hos mennesker.
9. På omkring 1, 4 millioner steder forekommer enkelt nukleotidforskelle kaldet SNP'er (snips) eller single nucleotide polymorphism. De har potentialet til at hjælpe med at finde kromosomale steder for sygdomsrelaterede sekvenser og spore menneskers historie.
10. Gentagne eller gentagne sekvenser udgør en stor del af humant genom. Der er ca. 30.000 minisatellit loci, der hver har 11-60 bp gentaget tandemly op til tusind gange. Disse er ca. 2, 00, 000 mikrosatellitter, hver med op til 10 bp gentaget 10-100 gange.
11. Gentagne sekvenser er nukleotidsekvenser, der gentages mange gange, nogle gange hundrede til tusind gange. De har ingen direkte kodende funktion, men giver informationer om kromosomstruktur, dynamik og evolution.
12. Ca. 1 million eksemplarer af korte 5-8 basepar gentagne sekvenser klynges omkring centromerer og tæt på endene af kromosomer. De repræsenterer junk DNA.
Ansøgninger og fremtidige udfordringer:
1. lidelser:
Mere end 1200 gener er ansvarlige for almindelige menneskelige hjerte-kar-sygdomme, hormonforstyrrelser (som diabetes), neurologiske lidelser (som Alzheimers sygdom), kræftformer og mange flere.
2. Cancers:
Der arbejdes på at bestemme gener, som vil ændre kræftceller til normal.
3. Sundhedspleje:
Det vil indikere udsigter til en sundere levende, designer drugs, genetisk modificerede kostvaner og endelig vores genetiske identitet.
4. Interaktioner:
Det vil være muligt at studere, hvordan forskellige gener og proteiner arbejder sammen i et sammenkoblet netværk.
5. Undersøgelse af væv.
Alle gener eller transkripter i et bestemt væv, organ eller tumor kan analyseres for at kende årsagen til effekten der produceres i den.
6. Ikke-menneskelige organismer:
Oplysninger om naturlige evner hos ikke-humane organismer kan bruges til at møde udfordringer inden for sundhedspleje, landbrug, energiproduktion og miljøreparation. For dette er en række modelorganismer blevet sekventeret, fx bakterier, gær Coenorhabditis elegans (fri levende ikke-patogen nematode), Drosophila (frugtbar), Rice, Arabidopsis etc.
