Human Genome Project: Silent Features and Goals of Human Genome Project

Lees dit artikel om meer te weten te komen over de stille functies, doelen, toepassingen en toekomstige uitdagingen van het menselijk genoomproject!

Elk individu heeft een identiteit die te wijten is aan zijn genetische samenstelling. Geen twee individuen zijn vergelijkbaar (behalve mono-zygote tweelingen) omdat ze verschillen in hun genetische samenstelling.

Afbeelding met dank aan: img.mit.edu/newsoffice/images/article_images/original/20130103132743-0.jpg

Verschillen in genetische make-up zijn te wijten aan verschillen in nucleotide-sequenties van hun DNA's. Het was daarom altijd een ambitie van wetenschappers om het menselijk genoom in kaart te brengen. Ontwikkelingen in genetische manipulatietechnieken maakten het mogelijk om DNA-stukjes te isoleren en te klonen en nucleotide-sequenties van deze fragmenten te bepalen.

Daarom zijn in 1990 het Amerikaanse ministerie van energie en het National Institute of Health begonnen aan en gecoördineerd op het project van het sequencen van het menselijk genoom, genaamd HGP of Human Genome Project. Welcome Trust (UK) trad toe tot het project als een belangrijke partner. Later kwamen ook Japan, Frankrijk, Duitsland, China en enkele andere landen erbij.

HGP is een megaproject met veel geld, de meest geavanceerde technieken, talloze computers en wetenschappers op het werk. De omvang van het project kan worden verondersteld dat als de kosten van het sequencen van een bp 3 dollar is, de sequencing van Зх 10 ⁹ bp een miljard dollar zou kosten. Als de gegevens in boeken moeten worden opgeslagen, waarbij elk boek 1000 pagina's bevat en elke pagina 1000 letters heeft, zijn ongeveer 3300 boeken vereist. Hier hebben basisgegevens voor bioinformatica en andere snelle computationele apparaten geholpen bij het analyseren, opslaan en ophalen van informatie.

doelen:

HGP had de volgende doelen gesteld.

1. Bepaal de volgorde en het aantal van alle basenparen in het menselijk genoom.

2. Identificeer alle genen die aanwezig zijn in het menselijk genoom.

3. Bepaal de functies van alle genen.

4. Identificeer de verschillende genen die genetische aandoeningen veroorzaken.

5. Bepaal de genetische aanleg en immuniteit voor verschillende aandoeningen.

6. Bewaar de informatie in databases.

7. Verbeter tools voor data-analyse.

8. Ontdek de mogelijkheden van technologieoverdracht tijdens HGP naar de industrie.

9. Het project kan resulteren in veel ethische, wettelijke en sociale kwesties (ELSI) die moeten worden aangepakt en opgelost.

Het project was gepland om te worden voltooid voor de reeksen in 2003. Op 12 februari 2001 werd een formele aankondiging gedaan over de voltooiing van het project. De aankondiging van de sequentiebepaling van individuele chromosomen kwam echter in mei 2006 met de voltooiing van het toewijzen van nucleotide-sequenties aan chromosomen I.

Methodologie:

Er zijn twee soorten benaderingen voor het analyseren van het genoom,

(i) Identificeer alle genen die tot expressie worden gebracht als RNA-tot expressie gebrachte sequentietags of EST's

(ii) Sequencing van het hele genoom (zowel coderende als niet-coderende regio's) en latere toewijzing van de verschillende regio's met functies-gevolgde annotatie.

HGP volgde de tweede methodiek die de volgende stappen behelst.

(i) Het hele DNA van de cel wordt geïsoleerd en willekeurig in fragmenten gebroken,

(ii) Ze worden ingevoegd in gespecialiseerde vectoren zoals ВАС (bacteriële kunstmatige chromosomen) en YAC (kunstmatig chromosoom van gist),

(iii) De fragmenten worden gekloneerd in geschikte gastheren zoals bacteriën en gist. PCR (polymerasekettingreactie) kan ook worden gebruikt voor het klonen of kopieën maken van DNA-fragmenten,

(iv) De fragmenten worden gesequenced als geannoteerde DNA-sequenties (een uitloper van de methodologie ontwikkeld door de dubbele Nobelprijswinnaar, Frederick Sanger),

(v) De sequenties werden vervolgens gerangschikt op basis van enkele overlappende gebieden. Het maakte het genereren van overlappende fragmenten voor sequencing noodzakelijk,

(vi) Op computer gebaseerde programma's werden gebruikt om de sequenties uit te lijnen.

(vii) De sequenties werden vervolgens geannoteerd en toegewezen aan verschillende chromosomen. Van alle menselijke chromosomen is de sequentie bepaald, 22 autosomen, X en Y. Chromosoom I werd voor het laatst in mei 2006 gesequenced. (Viii) Met behulp van polymorfisme in microsatellieten en restrictie-endonucleaseherkenningssites, de genetische en fysieke kaarten van de genoom zijn ook voorbereid.

Meest opvallende kenmerken van het menselijk genoom:

1. Het menselijk genoom heeft 3, 1627 miljard nucleotide basenparen.

2. De gemiddelde gengrootte is 3000 basenparen. Het grootste gen is dat van Duchenne Muscular Dystrophy op X-chromosoom. Het heeft 2, 4 miljoen (2400 kilo) basenparen. B-globine- en insulinegenen zijn minder dan 10 kilobasen.

3. Het menselijk genoom bestaat uit ongeveer 30.000 genen. Eerder werd geschat dat het 80.000 tot 100.000 genen bevat. Het aantal menselijke genen is ongeveer hetzelfde als dat van de muis. Negen tienden van genen zijn identiek aan die van de muis. We hebben meer dan tweemaal zoveel genen als fruitrijk (Drosophila melanogaster) en zes keer meer genen dan in bacterie Escherichia coli.

De grootte van het genoom of aantal genen staat niet in verband met de complexiteit van de lichaamsorganisatie, zo heeft Lily 18 keer meer DNA dan het menselijk genoom, maar het produceert minder eiwitten dan ons omdat het DNA meer introns en minder exons heeft.

4. Chromosoom I heeft 2968 genen terwijl Y-chromosoom 231 genen heeft. Ze zijn de maximale en minimale genen voor de menselijke chromosomen.

5. De functie van meer dan 50% van de ontdekte genen is onbekend.

6. Minder dan 2% van het genoom vertegenwoordigt structurele genen die coderen voor eiwitten.

7. 99, 9% van de nucleotide-basen zijn precies gelijk in alle menselijke wezens.

8. Slechts 0, 1% van het menselijk genoom met ongeveer 3, 2 miljoen nucleotiden vertegenwoordigt de variabiliteit die bij mensen wordt waargenomen.

9. Op ongeveer 1, 4 miljoen locaties komen single nucleotide-verschillen voor, SNP's (knipt) of single nucleotide polymorfisme genoemd. Ze hebben het potentieel om te helpen bij het vinden van chromosomale locaties voor ziektegerelateerde sequenties en het traceren van menselijke geschiedenis.

10. Herhaalde of repetitieve sequenties vormen een groot deel van het menselijk genoom. Er zijn zo'n 30.000 minisatelliet loci, die elk 11 - 60 bp tandemly tot duizend keer herhaald hebben. Dit zijn ongeveer 2, 00, 000 microsatellieten, elk met tot 10 bp herhaald 10-100 keer.

11. Repetitieve sequenties zijn nucleotidesequenties die vele malen worden herhaald, soms honderd tot duizend keer. Ze hebben geen directe codeerfunctie maar geven informatie over de chromosoomstructuur, dynamiek en evolutie.

12. Circa 1 miljoen kopieën van korte 5-8 baseparen herhaalde sequenties zijn geclusterd rond centromeren en nabij de uiteinden van chromosomen. Ze vertegenwoordigen junk-DNA.

Toepassingen en toekomstige uitdagingen:

1. Aandoeningen:

Meer dan 1200 genen zijn verantwoordelijk voor algemene menselijke hart- en vaatziekten, endocriene ziekten (zoals diabetes), neurologische aandoeningen (zoals de ziekte van Alzheimer), kankers en nog veel meer.

2. Kanker:

Er worden momenteel pogingen ondernomen om genen te bepalen die kankercellen normaal zullen maken.

3. Gezondheidszorg:

Het zal wijzen op vooruitzichten voor een gezonder leven, designer drugs, genetisch gemodificeerde diëten en ten slotte onze genetische identiteit.

4. Interacties:

Het zal mogelijk zijn om te bestuderen hoe verschillende genen en eiwitten samenwerken in een onderling verbonden netwerk.

5. Studie van weefsels.

Alle genen of transcripten in een bepaald weefsel, orgaan of tumor kunnen worden geanalyseerd om de oorzaak van het erin geproduceerde effect te kennen.

6. Niet-menselijke organismen:

Informatie over natuurlijke capaciteiten van niet-menselijke organismen kan worden gebruikt bij het aangaan van uitdagingen op het gebied van gezondheidszorg, landbouw, energieproductie en milieusanering. Hiervoor is de sequentie bepaald van een aantal modelorganismen, bijvoorbeeld bacteriën, gist Coenorhabditis elegans (vrij levende niet-pathogene nematode), Drosophila (vruchtbaar), rijst, Arabidopsis enz.