Humangenomprojekt: Stille Merkmale und Ziele des Humangenomprojekts

In diesem Artikel erfahren Sie mehr über die stillen Funktionen, Ziele, Anwendungen und zukünftigen Herausforderungen des Humangenomprojekts!

Jeder Mensch hat eine Identität, die auf seiner genetischen Ausstattung beruht. Keine zwei Individuen sind ähnlich (außer Mono-Zygote-Zwillinge), weil sie sich in ihrem genetischen Aufbau unterscheiden.

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Unterschiede in der genetischen Ausstattung sind auf Unterschiede in den Nukleotidsequenzen ihrer DNAs zurückzuführen. Es war daher immer ein Ziel der Wissenschaftler, das menschliche Genom zu kartieren. Fortschritte in der Gentechnik ermöglichten die Isolierung und Klonierung von DNA-Stücken sowie die Bestimmung der Nukleotidsequenzen dieser Fragmente.

Daher starteten und koordinierten das US-Energieministerium und das National Institute of Health 1990 das Projekt zur Sequenzierung des menschlichen Genoms namens HGP oder Human Genome Project. Welcome Trust (UK) trat dem Projekt als wichtiger Partner bei. Später kamen auch Japan, Frankreich, Deutschland, China und einige andere Länder hinzu.

HGP ist ein Mega-Projekt, das viel Geld, modernste Techniken, zahlreiche Computer und Wissenschaftler bei der Arbeit umfasst. Die Größe des Projekts kann man sich vorstellen, dass, wenn die Kosten für die Sequenzierung eines BP 3 Dollar betragen, die Sequenzierung von 10 ⁹ BP eine Milliarde Dollar kosten würde. Wenn die Daten in Büchern gespeichert werden sollen, wobei jedes Buch 1000 Seiten und jede Seite 1000 Buchstaben aufweist, sind etwa 3300 Bücher erforderlich. Hier haben Bioinformatik-Datenbasis und andere Hochgeschwindigkeits-Computergeräte bei der Analyse, Speicherung und Abfrage von Informationen geholfen.

Tore:

HGP hatte sich folgende Ziele gesetzt.

1. Bestimmen Sie die Sequenz und Anzahl aller Basenpaare im menschlichen Genom.

2. Identifizieren Sie alle im menschlichen Genom vorhandenen Gene.

3. Bestimmen Sie die Funktionen aller Gene.

4. Identifizieren Sie die verschiedenen Gene, die genetische Störungen verursachen.

5. Bestimmen Sie die genetische Anfälligkeit und Immunität gegen verschiedene Erkrankungen.

6. Speichern Sie die Informationen in Datenbanken.

7. Verbessern Sie die Werkzeuge zur Datenanalyse.

8. Möglichkeiten des Technologietransfers während des HGP in die Industrie finden.

9. Das Projekt kann zu vielen ethischen, rechtlichen und sozialen Fragen (ELSI) führen, die angegangen und gelöst werden müssen.

Das Projekt sollte 2003 sequenziert werden. Am 12. Februar 2001 wurde eine offizielle Ankündigung über den Abschluss des Projekts bekannt gegeben. Die Ankündigung der Sequenzierung einzelner Chromosomen erfolgte jedoch im Mai 2006 mit dem Abschluss der Zuordnung von Nukleotidsequenzen zu Chromosomen I.

Methodik:

Es gibt zwei Arten von Ansätzen zur Analyse des Genoms:

(i) Identifizieren Sie alle Gene, die als RNA - exprimierte Sequenzmarkierungen oder ESTs exprimiert werden

(ii) Sequenzieren des gesamten Genoms (sowohl kodierende als auch nicht kodierende Regionen) und später Zuweisen der verschiedenen Regionen mit Funktionen - Sequenzannotation.

HGP folgte der zweiten Methodik, die folgende Schritte beinhaltet.

(i) Die gesamte DNA der Zelle wird isoliert und zufällig in Fragmente gebrochen.

(ii) Sie werden in spezialisierte Vektoren wie ВАС (bakterielle künstliche Chromosomen) und YAC (künstliches Hefechromosom) eingefügt.

(iii) Die Fragmente werden in geeignete Wirte wie Bakterien und Hefe kloniert. PCR (Polymerasekettenreaktion) kann auch zum Klonieren oder Kopieren von DNA-Fragmenten verwendet werden.

(iv) Die Fragmente werden als annotierte DNA-Sequenzen sequenziert (ein Ableger der Methodik, der von dem doppelten Nobelpreisträger Frederick Sanger entwickelt wurde).

(v) Die Sequenzen wurden dann auf der Grundlage einiger überlappender Bereiche angeordnet. Es erforderte die Erzeugung überlappender Fragmente zur Sequenzierung,

(vi) Computerbasierte Programme wurden verwendet, um die Sequenzen abzugleichen.

(vii) Die Sequenzen wurden dann annotiert und verschiedenen Chromosomen zugeordnet. Alle menschlichen Chromosomen wurden sequenziert, 22 Autosomen, X und Y. Zuletzt wurde das Chromosom I im Mai 2006 sequenziert Genom wurde auch vorbereitet.

Auffallende Merkmale des menschlichen Genoms:

1. Das menschliche Genom hat 3, 1647 Milliarden Nukleotidbasenpaare.

2. Die durchschnittliche Gengröße beträgt 3000 Basenpaare. Das größte Gen ist das der Duchenne-Muskeldystrophie auf dem X-Chromosom. Es hat 2, 4 Millionen (2400 Kilo) Basenpaare. B-Globin- und Insulingene sind weniger als 10 Kilobasen.

3. Das menschliche Genom besteht aus etwa 30.000 Genen. Bisher wurde geschätzt, dass es 80.000 bis 100.000 Gene enthält. Die Anzahl der menschlichen Gene entspricht etwa der der Maus. Neun Zehntel der Gene sind mit denen der Maus identisch. Wir haben mehr als doppelt so viele Gene wie fruchtig (Drosophila melanogaster) und sechsmal mehr Gene als im Bakterium Escherichia coli.

Die Größe des Genoms oder die Anzahl der Gene hängt nicht von der Komplexität der Körperorganisation ab, z. B. hat Lily 18 Mal mehr DNA als das menschliche Genom, produziert jedoch weniger Protein als wir, da seine DNA mehr Introns und weniger Exons hat.

4. Chromosom I hat 2968 Gene, während das Y-Chromosom 231 Gene besitzt. Sie sind die maximalen und minimalen Gene für die menschlichen Chromosomen.

5. Die Funktion von über 50% der entdeckten Gene ist unbekannt.

6. Weniger als 2% des Genoms repräsentieren strukturelle Gene, die für Proteine ​​kodieren.

7. 99, 9% der Nukleotidbasen sind bei allen Menschen genau gleich.

8. Nur 0, 1% des menschlichen Genoms mit etwa 3, 2 Millionen Nukleotiden stehen für die beim Menschen beobachtete Variabilität.

9. An ungefähr 1, 4 Millionen Orten treten einzelne Nukleotidunterschiede auf, die als SNPs (Snips) oder Single Nukleotidpolymorphismus bezeichnet werden. Sie haben das Potenzial, bei der Suche nach chromosomalen Positionen für krankheitsassoziierte Sequenzen und der Rückverfolgung der menschlichen Geschichte zu helfen.

10. Wiederholte oder sich wiederholende Sequenzen machen einen großen Teil des menschlichen Genoms aus. Es gibt etwa 30.000 Minisatelliten-Loci mit jeweils 11 bis 60 bp, die bis zu tausend Mal tandemartig wiederholt werden. Dies sind etwa 2.000.000 Mikrosatelliten mit jeweils 10 bis 100 Wiederholungen.

11. Wiederholungssequenzen sind Nukleotidsequenzen, die viele Male, manchmal hundert- bis tausendmal wiederholt werden. Sie haben keine direkte Codierungsfunktion, geben jedoch Informationen zur Struktur, Dynamik und Entwicklung des Chromosoms.

Etwa 1 Million Kopien von kurzen Sequenzen mit 5-8 Basenpaaren sind um Zentromere herum und nahe den Enden der Chromosomen angeordnet. Sie repräsentieren Junk-DNA.

Anwendungen und zukünftige Herausforderungen:

1. Störungen:

Mehr als 1200 Gene sind für häufige kardiovaskuläre Erkrankungen des Menschen, endokrine Erkrankungen (wie Diabetes), neurologische Erkrankungen (wie die Alzheimer-Krankheit), Krebserkrankungen und viele mehr verantwortlich.

2. krebs:

Derzeit werden Anstrengungen unternommen, um Gene zu bestimmen, die Krebszellen normalisieren.

3. Gesundheitswesen:

Es wird Aussichten auf ein gesünderes Leben, Designer-Medikamente, genetisch veränderte Diäten und schließlich unsere genetische Identität geben.

4. Wechselwirkungen:

Es wird möglich sein zu untersuchen, wie verschiedene Gene und Proteine ​​in einem vernetzten Netzwerk zusammenarbeiten.

5. Untersuchung der Gewebe.

Alle Gene oder Transkripte in einem bestimmten Gewebe, Organ oder Tumor können analysiert werden, um die Ursache der darin erzeugten Wirkung zu ermitteln.

6. Nichtmenschliche Organismen:

Informationen über die natürlichen Fähigkeiten von nichtmenschlichen Organismen können zur Bewältigung von Herausforderungen in der Gesundheitsfürsorge, der Landwirtschaft, der Energieerzeugung und der Umweltsanierung eingesetzt werden. Zu diesem Zweck wurden eine Reihe von Modellorganismen sequenziert, z. B. Bakterien, Hefe-Coenorhabditis elegans (frei lebende nicht pathogene Nematoden), Drosophila (fruchtbar), Reis, Arabidopsis usw.