Human Genome Project: Ti år senere

Human Genome Project: Ti år senere

Dina Myasnikova,
kolonneforeningen for tidsskriftet "økologi og liv"
"Økologi og liv" №12, 2010

Human Genome Project er det mest ambitiøse biologiske forskningsprogram i hele videnskabens historie. Kendskab til det menneskelige genom vil yde et uvurderligt bidrag til udviklingen af ​​medicin og humanbiologi. Forskning på det menneskelige genom er som nødvendigt for menneskeheden, som det engang var nødvendigt at have kendskab til menneskelig anatomi. Bevidstheden om dette kom i 1980'erne, og dette førte til fremkomsten af ​​Human Genome-projektet. I 1988 kom en fremragende russisk molekylærbiolog og biokemiker, akademiker A. A. Baev (1904-1994) op med en lignende idé. Siden 1989 har de tilsvarende videnskabelige programmer fungeret både i USA og i Sovjetunionen; Senere blev den internationale organisation for undersøgelsen af ​​det humane genom (HUGO) oprettet. Ruslands bidrag til internationalt samarbejde anerkendes i verden: 70 indenlandske forskere er medlemmer af HUGO.

Så 10 år er gået siden det tidspunkt, hvor projektet "Human Genome" blev afsluttet. Der er en grund til at huske, hvordan det var …

I 1990 blev dette tre milliarder projekt lanceret med støtte fra US Department of Energy, Storbritannien, Frankrig, Japan, Kina og Tyskland.Han blev ledet af Dr. Francis Collins, leder af International Human Genome Sequencing Consortium. Projektets mål var:

  • identifikation af 20 000-25 000 DNA-gener
  • bestemmelse af sekvensen på 3 mia. par af kemiske baser, der udgør en persons DNA, og lagring af disse oplysninger i en database;
  • forbedring af dataanalyseinstrumenter
  • indførelsen af ​​nye teknologier inden for privat brug
  • undersøgelse af etiske, juridiske og sociale spørgsmål, der opstår i afkodningen af ​​genomet.

I 1998 blev et lignende projekt lanceret af Dr. Craig Venter og hans firma "Celera genomics"Dr. Venter satte sit team på opgaven med hurtigere og billigere sekventering af det menneskelige genom (i modsætning til de tre milliarder internationale projekter, var Dr. Ventsers projektbudget begrænset til 300 millioner dollars). Desuden blev virksomheden"Celera genomics"ville ikke åbne adgang til deres resultater.

Den 6. juni 2000 annoncerede præsidenten for De Forenede Stater og Storbritanniens premierminister dekodningen af ​​den menneskelige genetiske kode, og konkurrencen sluttede dermed. Faktisk blev der udgivet et udkast til det menneskelige genom, og det var først i 2003, at det blev dechiffreret næsten fuldstændigt, selvom der i dag stadig foretages yderligere analyser af nogle dele af genomet.

Derefter blev forskerne sindet opstemt af ekstraordinære muligheder: Nye lægemidler, der virker på genetisk niveau, og det betyder, at oprettelsen af ​​"personlig medicin", der er oprettet nøjagtigt under den enkelte persons genetiske karakter, ikke er langt væk. Der var selvfølgelig frygt for, at der kunne oprettes et genetisk afhængigt samfund, hvor folk ville blive opdelt i højere og lavere klasser i henhold til deres DNA og dermed begrænsede deres muligheder. Men der var stadig håb om, at dette projekt ville være lige så rentabelt som internettet.

Og pludselig blev det roligt … håber var ikke berettiget … det syntes at de 3 milliarder dollar, der blev investeret i dette venture, blev kastet til vinden.

Nej, ikke ligefrem. Måske er de opnåede resultater ikke så ambitiøse som det var meningen ved projektets start, men de vil gøre det muligt at opnå stor succes inden for forskellige områder inden for biologi og medicin i fremtiden.

Som følge af udførelsen af ​​projektet "Human Genome" blev der skabt en åben genokodebank. Den generelle tilgængelighed af de modtagne oplysninger har gjort det muligt for mange forskere at fremskynde deres arbejde. F. Collins citerede et eksempel som en illustration: "Søgen efter det fibrocystiske degenerationsgen blev succesfuldt afsluttet i 1989,som var resultatet af flere års forskning på mit laboratorium og adskillige andre og kostede USA omkring 50 millioner dollars. Nu kan en smart universitetskandidat gøre det om et par dage, og alt hvad han behøver er internettet, flere billige reagenser, et termisk cyklusapparat til at øge DNA-segmentspecifikitet og adgang til en DNA-sequencer, der læser den fra lyssignaler. "

Et andet vigtigt resultat af projektet er tilføjelsen af ​​en persons historie. Tidligere blev alle evolutionære data samlet fra arkæologiske fund, og dechifrering af genokoden gav ikke kun mulighed for at bekræfte arkæologernes teorier, men vil i fremtiden give mulighed for mere præcist at vide udviklingshistorien for både mennesker og biota som helhed. Analysen af ​​ligheder i DNA-sekvenserne fra forskellige organismer åbner som forventet nye veje i studiet af evolutionsteorien, og i mange tilfælde kan evolutionsspørgsmålene nu stilles i form af molekylærbiologi. Sådanne vigtige milepæle i evolutionens historie, som udseende af ribosomet og organeller, embryoudviklingen, hvirveldyrs immunsystem, kan spores på molekylær niveau.Dette forventes at kaste lys på mange spørgsmål om ligheder og forskelle mellem mennesker og vores nærmeste pårørende: primater, neanderthaler (hvis genokode er for nylig rekonstrueret fra 1,3 milliarder fragmenter, der udsættes for årtusind nedbrydning og forurenet med genetiske spor af arkæologer, der holdes i deres hænder af dette væsen), samt alle pattedyr, og svar på spørgsmålene: hvilket gen gør os Homo sapiensHvilke gener er ansvarlige for vores fantastiske talenter? Ved at forstå, hvordan man læser information om os i genokoden, kan vi lære, hvordan gener påvirker fysiske og mentale egenskaber og endda vores adfærd. Måske i fremtiden, når man ser på den genetiske kode, vil det være muligt ikke kun at forudsige, hvordan en person vil se ud, men for eksempel om han vil have et fungerende talent. Selvom det naturligvis aldrig vil være muligt at bestemme dette med 100% nøjagtighed.

Derudover vil en interspecifik sammenligning vise, hvordan en art adskiller sig fra en anden, hvordan de adskiller sig på et evolutionært træ. Interpopulations sammenligning viser, hvordan denne art udvikler sig. Sammenligning af DNA fra personer i en befolkning vil vise, hvad der forklarer forskellen i individer af en art, en befolkning.Endelig vil sammenligning af DNA fra forskellige celler inden for en organisme bidrage til at forstå, hvordan vævsdifferentiering forekommer, hvordan de udvikler sig og hvad der går galt i tilfælde af sygdomme, såsom kræft.

Snart efter dechifrering af de fleste genokoder i 2003 fandt forskerne, at der er langt færre gener, end de forventede, men senere overbeviste det modsatte. Traditionelt er et gen defineret som en region af DNA, som koder for et protein. Men dechifrering af genokoden fandt forskerne ud af, at 98,5% af DNA-segmenterne ikke koder for proteiner, og kaldte denne del af DNA'et "ubrugeligt". Og det viste sig, at disse 98,5% af DNA-segmenterne er af næsten større betydning: det er denne del af DNA'et, der er ansvarligt for dets funktion. For eksempel indeholder visse sektioner af DNA instruktioner til opnåelse af DNA-lignende, men ikke-proteinmolekyler, såkaldt dobbeltstrenget RNA. Disse molekyler er en del af den molekylære genetiske mekanisme, der styrer genaktivitet (RNA interferens). Nogle dobbeltstrengede RNA'er kan undertrykke gener, der forstyrrer syntesen af ​​deres proteinprodukter. Hvis disse sektioner af DNA også betragtes som gener, vil deres antal således fordobles.Som et resultat af forskningen har selve ideen om gener ændret sig, og nu tror forskere, at et gen er en enhed af arvelighed, som ikke kan forstås som blot et stykke DNA kodende for proteiner.

Vi kan sige, at den kemiske sammensætning af cellen er dens "hårde", og den information, der er kodet i DNA'en, er den forlæste "bløde". Ingen har nogensinde forestillet sig, at en celle er mere end blot et sæt af bestanddele, og at opbygge det er ikke nok information kodet i DNA'et, at processen med selvregulering af genomet er lige så vigtig – både ved kommunikation mellem nabogener og ved andre celle molekyler.

Åben adgang til information gør det muligt at kombinere erfaringerne fra læger, information om patologiske tilfælde, resultaterne af mange års undersøgelse af enkeltpersoner, og derfor vil det være muligt at korrelere genetisk information med data fra anatomi, fysiologi og menneskelig adfærd. Og det kan allerede føre til bedre medicinsk diagnose og fremskridt i behandlingen.

For eksempel vil en forsker, der studerer en bestemt form for kræft, være i stand til at indsnævre søgningen til et gen.Ved at verificere sine data med dataene fra den åbne base af det menneskelige genom vil han kunne kontrollere, hvad andre har skrevet om dette gen, herunder den (potentielt) tredimensionelle struktur af dets afledte protein, dets funktion, dets evolutionære forhold til andre humane gener eller med generne af mus, gær eller Drosophila, mulige skadelige mutationer, forholdet til andre gener, kropsvæv, hvor genet er aktiveret, sygdomme forbundet med dette gen eller andre data.

Desuden vil forståelsen af ​​sygdomsforløbet på molekylærbiologi niveau gøre det muligt at skabe nye terapeutiske metoder. Da DNA spiller en stor rolle inden for molekylærbiologi, såvel som dens centrale betydning i levende cellers funktions- og arbejdsprincipper, vil uddybningen af ​​viden på dette område åbne vejen for nye terapier og opdagelser inden for forskellige fagområder.

Endelig synes "personlig medicin" nu at være en mere realistisk opgave. Dr. Wills udtrykte håbet om, at behandling af sygdomme ved at erstatte det beskadigede DNA-segment med en normal vil blive mulig allerede i det næste årti. Nu er problemet, der forhindrer udviklingen af ​​en sådan behandlingsmetode, at forskere ikke er i stand til at levere genet ind i cellen.Indtil videre er den eneste kendte leveringsmetode at inficere et dyr med en virus med de nødvendige gener, men dette er en farlig mulighed. Dr. Wills forudsætter dog, at et gennembrud snart vil blive taget i denne retning.

I dag er der allerede enkle måder at gennemføre genetiske tests på, som kan vise sig at være udsat for forskellige sygdomme, herunder brystkræft, blødningsforstyrrelser, cystisk fibrose, leversygdomme osv. Sygdomme som kræft, Alzheimers sygdom, diabetes, som det blev fundet, er relaterede ikke med fælles for alle, men med et stort antal sjældne, næsten individuelle mutationer (og ikke i et gen, men i flere, for eksempel kan Charcot-Marie-Tut muskeldystrofi forårsage en mutation af 39 gener) som følge heraf dvs., at disse sygdomme er svære at diagnosticere, og virkningerne af medicin. Denne opdagelse er en af ​​stumblerne af "personlig medicin", da man efter at have læst en persons genokode er det endnu ikke muligt at bestemme sin sundhedstilstand nøjagtigt. Undersøgelse af genokoder af forskellige mennesker, forskere var skuffede over resultatet.Omkring 2000 steder af humant DNA var statistisk relateret til "smertefulde", som i dette tilfælde ikke altid henviser til arbejdende gener, det vil sige, de udgør ikke en trussel. Det ser ud til, at evolutionen slippe af med de mutationer, der forårsager sygdommen, før de bliver almindelige.

Gennem forskning har en gruppe forskere i Seattle opdaget, at af hele den menneskelige genokode er kun 60 gener underkastet spontan mutation hver generation. I dette tilfælde kan muterede gener medføre forskellige sygdomme. Så hvis hver af forældrene havde et "forkælet" og et "uspoleret" gen, så kan børnene ikke komme op eller vise sig i en meget svag form, hvis de får et "forkælet" og et "uspoleret" gen, men hvis barnet arver begge de "beskadigede" gener, så kan det føre til sygdom. Desuden konkluderede forskere, at det er nødvendigt at undersøge hele den menneskelige genokode, og ikke dens individuelle afsnit, at menneskelige sygdomme skyldes individuelle mutationer.

På trods af alle vanskelighederne er de første genetiske lægemidler mod kræft allerede skabt, der blokerer for virkningerne af genetiske abnormiteter, der fører til vækst af tumorer.Også for nylig godkendt selskabets stof "Amgen"fra osteoporose, som er baseret på den kendsgerning, at sygdommen skyldes hyperaktivitet hos et bestemt gen. Den seneste præstation er at analysere biologiske væsker for tilstedeværelsen af ​​en specifik genmutation til at diagnosticere tyktarmskræft. En sådan test vil redde folk fra en ubehagelig koloskopioprocedure.

Så den sædvanlige biologi er væk, timen er kommet for en ny æra af videnskab: postgenom biologi. Hun debunkede helt ideen om vitalisme, og selv om ikke en eneste biolog troede på det i mere end et århundrede, forlod den nye biologi ikke plads til spøgelser.

Ikke kun intellektuel indsigt spiller en vigtig rolle i videnskaben. Sådanne tekniske gennembrud som et teleskop i astronomi, et mikroskop i biologi, et spektroskop i kemi, fører til uventede og bemærkelsesværdige opdagelser. En lignende revolution i genomics produceres nu af magtfulde computere og oplysningerne i DNA.

Moores lov siger, at computere fordobler deres magt hvert andet år. Således er deres kapacitet i løbet af det sidste årti steget med mere end 30 gange til en konstant faldende pris.I genomik er der ikke noget navn på en lignende lov, men det skal kaldes Eric Landers lov – ved navn på hovedet Bredt institut (Cambridge, Massachusetts, det største amerikanske DNA-dekrypteringscenter. Han beregnede, at prisen på DNA-dekryptering i forhold til det sidste årti er faldet med hundredtusindvis af dollars. Ved dechifiering af genometsekvensen i International Human Genome Sequencing Consortium brugte den metode, der blev udviklet allerede i 1975 af F. Senger, som tog 13 år og kostede 3 milliarder dollar. Så var afkodningen af ​​den genetiske kode kun mulig for stærke virksomheder eller centre til undersøgelse af genetiske sekvenser. Nu bruger de nyeste dekrypteringsenheder fra firmaet "Illumina” (San Diego, Californien), kan det menneskelige genom læses om 8 dage, og det vil koste omkring 10 tusind dollars. Men dette er ikke grænsen. Et andet californisk selskab, "Pacific Biosciences "ogs Menlo Park, har udviklet måder at læse genomet fra blot et DNA-molekyle. Det er muligt, at snart afkodning af genomet vil tage omkring 15 minutter og koste mindre end $ 1000. Lignende udviklinger findes i "Oxford Nanopore Technologies(Det Forenede Kongerige). Tidligere brugte firmaer DNA-prøvegitter (DNA-chips) og søgte efter visse genetiske symboler – SNP.* I dag er der flere snesevis af sådanne symboler, men der er grund til at antage, at der blandt de tre milliarder "bogstaver" i den genetiske kode er der mange flere.

Indtil for nylig blev kun få genokoder fuldstændigt dechiffreret (i Human Genome-projektet blev der brugt stykker af folkeslagskoden for mange mennesker og derefter samlet i en enkelt helhed). Blandt dem er genokoderne af K. Venter, J. Watson, Dr. St. Quake, to koreanere, en kinesisk, en afrikansk og en patient med leukæmi, hvis nationalitet er nu svært at etablere. Nu, med den gradvise forbedring af teknikken til læsning af gensekvenser, vil det være muligt at dechifrere genokoden for flere og flere mennesker. I fremtiden vil enhver person kunne læse sin genokode.

Ud over omkostningerne ved afkodning er en vigtig indikator dens nøjagtighed. Det vurderes, at et acceptabelt niveau ikke er mere end en fejl i 10 000-100 000 tegn. Nu er nøjagtighedsniveauet i niveauet 1 fejl i 20 000 tegn.

I øjeblikket er der tvister i USA om patenteringen af ​​"dekrypterede" gener. Mange forskere mener dog, at patentering af gener vil blive en hindring for udviklingen af ​​videnskaben.Fremtidens vigtigste strategiske opgave formuleres som følger: Undersøg de enkelte nukleotidvariationer af DNA i forskellige organer og celler af individuelle individer og identificer forskelle mellem enkeltpersoner. Analysen af ​​sådanne variationer vil give mulighed for ikke blot at nærme sig oprettelsen af ​​individuelle genportrætter af mennesker, som især vil gøre det muligt at bedre helbrede sygdomme, men også identificere forskelle mellem populationer, identificere geografiske områder af øget "genetisk" risiko, som vil bidrage til at fremsætte klare anbefalinger om behovet for rengøring af territorier mod forurening og identifikation af produktion, hvor der er stor risiko for skade på personalets genomer.


* SNP er et enkelt genetisk symbol, der varierer fra person til person. Det blev opdaget af eksperter "International HapMap Project"at studere mutationen af ​​genokoden som en enkelt nukleotidpolymorfisme. Formålet med projektet at kortlægge DNA-segmenter, som er forskellige for forskellige etniske grupper, var at søge disse gruppers sårbarhed over for individuelle sygdomme og måder at overvinde dem. Disse undersøgelser kan også foreslå, hvordan menneskelige populationer tilpasses forskellige sygdomme .


Like this post? Please share to your friends:
Skriv et svar

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: