Egy évtizeddel ezelőtt egy nemzetközi kutatócsoport ambiciózus erőfeszítéseket tett az emberi sejtekben található 3 milliárd betű genetikai információ elolvasására. A Human Genome Project néven ismert program az emberi élet tervét jelentette, amely olyan eredmény, amelyet összehasonlítottak egy ember holdon történő leszállításával.
Dr. Eric D. Green már a kezdetektől részt vett a projektben alkalmazott kulcsfontosságú technológiák finomításában. Abban az időben posztdoktori ösztöndíj volt és patológus rezidens volt a St. Louis-i Washington Egyetemen. Kialakította a genom 5 százalékát, a 7. kromoszóma DNS-jének feltérképezésére összpontosítva. Green ma az Országos Emberi Genom Kutatóintézet igazgatója, amely a genomikai kutatások révén továbbfejleszti az emberi genom megértését.
Térjünk vissza az 1980-as évek közepén vagy végén, amikor először fogalmazták meg az emberi genom projekt ötletét. Mi volt a motiváció abban az időben?
Attól függ, hogy ki kérdez. A különböző emberek motivációi különbözőek voltak. Ne feledje, hogy a 70-es és a 80-as évek eleje volt a molekuláris biológiai forradalom korszaka. Jelentős előrelépés történt azokban a módszerekben, amelyek lehetővé tették a DNS izolálását és vizsgálatát a laboratóriumban.
Például az Egyesült Államokban az Energiaügyi Minisztérium nagyon érdeklődött a genom tanulmányozása iránt, a mutáció iránti érdeklődés miatt, és az energia bizonyos formáival, például a nukleáris energiával kapcsolatos mutációs folyamat miatt.
Ha olyan helyekre megy, mint például a Nemzeti Egészségügyi Intézetek, vagy orvosbiológiai kutatókra és az egészséggel kapcsolatos kutatókra nézik, nagyon érdekeltek voltak a betegség genetikai alapjának megismerése. A figyelembe vett számos genetikai betegség között természetesen a rák volt.
Sok más ember az orvosbiológiai kutatási spektrumban - még azok is, akik a modell organizmusokon dolgoznak, mint például a legyek, férgek és élesztők - felismerték, hogy ha kitaláljuk, hogyan lehet átfogóan áttekinteni a komplex genomokat, kezdve a legyekkel, férgekkel és élesztővel, majd azután dolgozva az emberek felé vezető út alapvető információkat nyújtana a genom működésének megértéséhez.
Sokféle ötlet összeillesztése történt, amelyek növekvő, de fontos technológiai fejlődés hátterében azt látták, hogy ijesztés ellenére az emberi genom szekvenálásának és a 3 milliárd betűrend meghatározásának problémája megvalósítható.
Honnan származik a genomprojekt anyaga? Kinek a genomja volt?
Amikor a genomprojekt elindult, ez még mindig elég darabos volt. Különböző emberek különféle gyűjteményeket és DNS-fragmentumokat készítettek, amelyeket könyvtáraknak hívtak, amelyek csak a DNS klónozott darabjai. Bármelyiktől megtennék: Néha a laboratóriumi vezető lenne, néha a posztdoktori ösztöndíj vagy a fokozatos hallgató. Akkor csak megragadnák a DNS-t, amikor erre valójában nem volt következtetés.
De akkor, amikor végre eljött az idő, hogy elkészítsük azokat a könyvtárakat, amelyeket a Human Genome Project segítségével szekvenálnak az emberi genomhoz, a könyvtárak készítéséhez a legjobb ember volt egy tudós, aki a Roswell Park Rákos Intézetben dolgozott. Buffalo-ban, New York-ban. Körülbelül 10 vagy 20 névtelen véradó informált beleegyezést kapott a csoporttól, majd véletlenszerűen kiválasztotta az egyiket, és ez volt az a személy. A humán genomprojekt által generált humán genomszekvencia körülbelül 60 százaléka egy véradóból származik, New York-i Buffalo-ban.
De tudod mit, az nem számít. Ha átlép az emberi genom szekvenciáján, amelyet a Human Genome Project generált, olyan, mint egy mozaik. Lehet, hogy százezer levelet keres, és lehet, hogy egy ember, Buffalo-ból. Lehet, hogy az lesz, hogy elmész a következő százezerre, és valaki más lesz. És a következő százezer, valaki más. Mindez referenciaként szolgált. És mivel minden ember a szekvencia szintjén 99, 9 százalékkal azonos, az első sorozatnak nem kell valós embernek lennie. Ez csak egy személy hipotetikus hivatkozása lehet.
Ezen információk közül miért döntött úgy, hogy a 7. kromoszómára összpontosít [az emberi genom 23 kromoszómával rendelkezik]?
Ez kissé önkényes volt. Olyan kromoszómát akartunk választani, amely nem volt túl nagy. Nem akartuk kiválasztani egy túl kicsi képet. Tudtuk, hogy sok munka lesz, tehát egy közepes méretű kromoszómát választottunk ki.
Nem akartuk kiválasztani azt, amelyen már sok ember dolgozott. Ezen a ponton a 7. kromoszóma leghíresebb génje a cisztás fibrózis gén volt, és ezt 1989-ben fedezték fel. És valójában elkülönítettük e régió egy részét és kísérleti jelleggel végeztünk néhány tanulmányt.
Az igazság az, hogy azért választottuk, mert nem volt túl nagy, nem volt túl kicsi és nem volt túl zsúfolt. Ez egy önkényes út a kezdéshez; a genomprojekt befejezéséig a legtöbb tanulmányt genomszinten végezték el.
Hogyan változott a munka a projekt élettartama alatt?
A genomika teljes története a technológiai fejlesztés egyikévé vált. Ha nyomon tudja követni a hatalmas előrelépéseket, mindegyiket a technológiai hullámokhoz társították. A genomprojekt elején bekövetkezett a hullám, hogy jobb módszereink voltak a nagy DNS-darabok izolálására.
Amikor kisebb szervezetek genomjait szekvenáltuk - mint például a Drosophila gyümölcslegyeket -, alapvetően iparosítottuk a szekvenálás folyamatát, egyre inkább automatizálva.
Amikor a genomprojekt megkezdődött, az a gondolat volt, hogy „sorrendbe állítsuk a legyek, férgek és élesztők genomjait, mindezen kisebb szervezeteket, a napi módszer alkalmazásával.” Ezt a módszert fejlesztette ki Fred Sanger 1977-ben. addig nem nyomja meg a gyorsítót, hogy megkezdje az emberi genom szekvenálását, amíg egy új forradalmian új szekvenálási módszer nem áll rendelkezésre. Tehát sok erőfeszítés történt a DNS szekvenálásának új őrült módszereinek kidolgozására.
Amikor eljött az idő, 1997-ben vagy 1998 körül, hogy valóban gondolkodni kell az emberi genom szekvenciájának megkezdéséről, mindenki azt mondta: „Talán nem kell megvárnunk egy forradalmi módszert, esetleg fokozatosan javítottuk a régimódi módszert elég ahhoz, hogy felhasználható legyen ”, és valójában erről döntött.
Ugyanakkor a genomprojekt óta a genomika arcát megváltoztatta az a forradalmian új szekvenálási technológia, amely végül 2005-re jelent meg a színpadon.
Hogyan változtattak meg ezek a fejlesztések a költségeket és a szekvenáláshoz szükséges időt?
Az emberi genom projekt hat-nyolc évig tartott az aktív szekvenáláshoz, és az aktív szekvenálás szempontjából mintegy milliárd dollárt költöttek az első emberi genom szekvencia előállítására. A genomprojekt befejezésének napján megkérdeztük a szekvenáló csoportjainkat: “Rendben, ha hipotetikusan egy második emberi genom szekvenciájára szánnánk, mennyi ideig tartana, és mennyibe kerülne?” A boríték hátulján Számítva, azt mondták: "Hú, ha adnál nekünk további 10-50 millió dollárt, valószínűleg meg tudjuk csinálni három-négy hónap alatt."
De most, ha odamennél, ahol ma vagyunk, körülbelül egy-két nap alatt szekvenálhatja az emberi genomot. Ez év végére kb. Egy nap eltel. És csak körülbelül 3000–5000 dollárba kerül.
Melyek voltak az első genom és az azt követő legfontosabb eredmények?
Vannak új eredmények, amelyek mindennapi jönnek. A humán genom szekvencia első tíz évében azt gondolom, hogy napról napra egyre több információt gyűjtünk az emberi genom működéséről. De fel kell ismernünk, hogy még tíz év elteltével is csak a sorozat értelmezésének korai szakaszában vagyunk. Évtizedek óta továbbra is értelmezzük és újraértelmezzük.
Néhány legkorábbi dolog, amit megtanultunk, például: Sokkal kevesebb génünk van, mint néhány ember jósolta. Amikor a genom megkezdődött, sokan azt jósolták, hogy az emberek valószínűleg 100 000 gént tartalmaznak, és lényegesen több génük lesz, mint más szervezeteknél, különösen az egyszerűbb szervezeteknél. Kiderül, hogy ez nem igaz. Kiderül, hogy sokkal alacsonyabb génszám vagyunk. Valójában valószínűleg inkább 20 000 gént hasonlítunk. És ez csak néhány ezerrel több, mint a legyek és férgek. Tehát komplexitásunk nincs a génszámunkban. Bonyolultságunk másutt van.
A másik meglepetés az volt, amikor más emlősök szekvenálását kezdtük el, különös tekintettel az egér genomjára, a patkány genomjára, a kutya genomjára és így tovább, és mára már 50, 60, 70 ilyen genomot szekvenáltunk. Sorba állítja ezeket a genomszekvenciákat egy számítógéppel, és megnézheti, hol vannak nagyon konzerváltak, vagyis tízmillió éves evolúciós idő alatt, ahol a szekvenciák egyáltalán nem változtak. Magasan evolúciósan konzervált szekvenciák szinte biztosan a funkcionális szekvenciákra mutatnak. Ezek olyan dolgok, amelyeket az élet nem akar megváltoztatni, és ezért változatlanok, mert elvégzik a biológiához szükséges alapvető funkciókat. Bevonva a genomprojektbe, azt gondoltuk, hogy a funkcionálisan legkonzerváltabb régiók többsége a génekben lesz - a genom azon részei, amelyek közvetlenül kódolják a fehérjéket. Kiderült, hogy a legkonzerváltabb és elkerülhetetlenül funkcionális szekvenciák többsége nem a fehérjét kódoló régiókban van; kívül vannak a génekön.
Szóval mit csinálnak? Nem ismerjük őket. De tudjuk, hogy sokuk alapvetően áramkörkapcsolók, például fényerőszabályozók, amelyek meghatározzák, hogy hol és mikor, és mennyi ideig kapcsol be egy gén. Sokkal bonyolultabb az emberekben, mint az alacsonyabb organizmusokban, mint például a legyek és férgek. Tehát biológiai komplexitásunk nem annyira a génszámban. A komplex kapcsolók, mint a dimmer kapcsolók, szabályozzák, hogy hol, mikor és mennyi gént kapcsolnak be.
Mit hagytunk kitalálni?
Amikor arra gondolsz, hogyan működik a genom, akkor arra gondolsz, hogy hogyan működik közösen mindannyiunk számára. De a genomikában a másik nagy hangsúly - különösen az elmúlt 10 évben - az, hogy megértsük, hogy a mi genomjaink hogyan különböznek egymástól. Tehát itt hangsúlyozhatja a mi genomunk 0, 1% -át, amelyek különböznek egymással, és hogyan vezetnek ezek a különbségek eltérő biológiai folyamatokhoz. Tehát ott nagyon fontos, hogy megértsük a variációt, majd ezt a variációt összekapcsoljuk a különböző következményekkel, amelyeknek a betegség jelentős része.
Figyelemre méltó, csak igazán figyelemre méltó előrelépések történtek. Most már tudjuk, hogy majdnem 5000 ritka genetikai betegség genomiális alapja van. Amikor a genomprojekt elindult, csak néhány tucat betegség volt, amelyekről megértettük, hogy a mutáció mi okozta azt a betegséget. Ez hatalmas különbség. Most már az emberi genom számos, százai és százainak olyan régióit ismerjük, amelyek variánsokat tartalmaznak - még nem tudjuk, mely változatokat tartalmaznak -, amelyek kockázatot jelentenek a bonyolultabb genetikai betegségekre, mint például a magas vérnyomás és cukorbetegség és asztma, szív- és érrendszeri betegségek stb. .
A teljes ismeretek hiányától eltekintve attól, hogy hol kell ezeket a változatokat keresni a genomban, a mostani nagyon diszkrét régiókkal kell rendelkeznünk. Tehát ez most a genomikában nagy hangsúlyt fektet arra, hogy megpróbáljuk megérteni, hogy mely változatok relevánsak a betegség szempontjából. és mit tegyen velük?
