Human Genome Project: Tysta egenskaper och mål för humant genomprojekt

Läs den här artikeln för att lära dig om de tysta funktionerna, målen, applikationerna och de framtida utmaningarna för mänskliga genomprojekt!

Varje individ har en identitet som beror på ens genetiska smink. Inga två individer är lika (förutom mono-zygot tvillingar) eftersom de skiljer sig åt i deras genetiska smink.

Image Courtesy: img.mit.edu/newsoffice/images/article_images/original/20130103132743-0.jpg

Skillnader i genetisk smink beror på skillnader i nukleotidsekvenser av deras DNA. Det var därför alltid en ambition av forskare att kartlägga människans genom. Framsteg inom genteknikstekniker gjorde det möjligt att isolera och klona DNA-bitar och bestämma nukleotidsekvenser av dessa fragment.

Därför inledde USA: s energi- och hälsovårdsinstitut 1990 sig och samordnade projektet för sekvensering av humant genom som kallas HGP eller Human Genome Project. Welcome Trust (Storbritannien) gick med i projektet som en viktig partner. Senare på Japan, Frankrike, Tyskland, Kina och några andra länder gick det också med.

HGP är ett megaprojekt som innebär mycket pengar, avancerade tekniker, många datorer och forskare på jobbet. Storleken på projektet kan föreställas att om kostnaden för sekvensering av en bp är 3 dollar skulle sekvensering av 10 10 bp kosta en miljard dollar. Om data ska lagras i böcker, där varje bok har 1000 sidor och varje sida med 1000 bokstäver, kommer det att krävas cirka 3300 böcker. Här har bioinformatikdatabasering och andra höghastighetsberäkningsenheter hjälpt till analys, lagring och hämtning av information.

mål:

HGP hade satt upp följande mål.

1. Bestäm sekvensen och numret för alla basparen i det humana genomet.

2. Identifiera alla gener närvarande i humant genom.

3. Bestäm funktionerna hos alla gener.

4. Identifiera de olika gener som orsakar genetiska störningar.

5. Bestäm genetisk benägenhet och immunitet mot olika sjukdomar.

6. Spara informationen i databaser.

7. Förbättra verktyg för dataanalys.

8. Ta reda på möjligheterna att överföra teknik som utvecklats under HGP till industrin.

9. Projektet kan leda till många etiska, juridiska och sociala frågor (ELSI) som måste lösas och lösas.

Projektet planerades vara färdigt för sekvensering 2003. Den 12 februari 2001 gjordes ett formellt meddelande om genomförandet av projektet. Meddelandet om sekvensering av enskilda kromosomer kom emellertid i maj 2006 med fullbordandet av att tilldela nukleotidsekvenser till kromosomer I.

Metodik:

Det finns två typer av metoder för att analysera genomet,

(i) Identifiera alla gener som uttrycks som RNA-uttryckta sekvensmarkörer eller ESTs

(ii) Sekvensering av hela genomet (både kodande och icke-kodande regioner) och senare tilldelning av de olika regionerna med funktion-sekvensanotation.

HGP följde den andra metoden som involverar följande steg.

(i) Cellens hela DNA isoleras och bryts slumpmässigt i fragment,

(ii) De sätts in i specialiserade vektorer som ВАС (bakteriella artificiella kromosomer) och YAC (jäst artificiell kromosom),

(iii) Fragmenten klonas i lämpliga värdar som bakterier och jäst. PCR (polymeraskedjereaktion) kan också användas för kloning eller tillverkning av kopior av DNA-fragment,

(iv) Fragmenten sekvenseras som annoterade DNA-sekvenser (en avvikelse av metodik utvecklad av dubbel Nobelpristagare, Frederick Sanger),

(v) Sekvenserna anordnades sedan på basis av några överlappande regioner. Det krävde genereringen av överlappande fragment för sekvensering,

(vi) Datorbaserade program användes för att anpassa sekvenserna.

(vii) Sekvenserna annoterade därefter och tilldelades olika kromosomer. Alla mänskliga kromosomer har sekvenserats, 22 autosomer, X och Y. Kromosom I sist sekvenserades i maj 2006. (viii) Med hjälp av polymorfism i mikrosatelliter och restriktionsendonukleasigenkänningssidor, de genetiska och fysiska kartorna på genom har också framställts.

Starka egenskaper hos humant genom:

1. Mänskligt genom har 3, 167 miljarder nukleotidbaspar.

2. Den genomsnittliga genstorleken är 3000 baspar. Den största genen är den för Duchenne Muskeldystrofi på X-kromosom. Den har 2, 4 miljoner (2400 kilo) baspar. B-globin och insulingener är mindre än 10 kilobaser.

3. Det mänskliga genomet består av cirka 30 000 gener. Tidigare beräknades det innehålla 80.000 till 100.000 gener. Mänskliga genräkningar är ungefär samma som hos musen. Nio tionde gener är identiska med musens. Vi har mer än dubbelt så många gener som fruktbart (Drosophila melanogaster) och sex gånger mer gener än i bakterier Escherichia coli.

Storleken på genom eller antal gener är inte kopplad till kroppsorganisationens komplexitet, t.ex. Lily har 18 gånger mer DNA än mänskligt genom, men producerar färre proteiner än oss eftersom dess DNA har mer introner och mindre exoner.

4. Kromosom I har 2968 gener medan Y-kromosom har 231 gener. De är maximala och minimala gener för de mänskliga kromosomerna.

5. Funktionen hos över 50% av upptäckta gener är okänd.

6. Mindre än 2% av genomet representerar strukturgener som kodar för proteiner.

7. 99, 9% av nukleotidbaserna är exakt lika i alla människor.

8. Endast 0, 1% av humant genom med cirka 3, 2 miljoner nukleotider representerar variationen observerad hos människor.

9. Vid omkring 1, 4 miljoner platser förekommer enskilda nukleotidskillnader som kallas SNP (snips) eller enkel nukleotidpolymorfism. De har potential att hjälpa till att hitta kromosomala platser för sjukdomsrelaterade sekvenser och spåra mänsklig historia.

10. Upprepade eller repetitiva sekvenser utgör en stor del av humant genom. Det finns cirka 30 000 minisatellit loci, var och en med 11-60 bp upprepade tandemly upp till tusen gånger. Dessa är ca 2, 00, 000 mikrosatelliter, var och en med upp till 10 bp upprepas 10-100 gånger.

11. Repeterande sekvenser är nukleotidsekvenser som upprepas många gånger, ibland hundra till tusen gånger. De har ingen direkt kodningsfunktion men ger information om kromosomstruktur, dynamik och evolution.

12. Cirka 1 miljoner exemplar av korta 5-8 baspar upprepade sekvenser är grupperade kring centromerer och nära kromosomernas ändar. De representerar skräp DNA.

Ansökningar och framtida utmaningar:

1. Störningar:

Mer än 1200 gener ansvarar för vanliga kardiovaskulära sjukdomar, endokrina sjukdomar (som diabetes), neurologiska störningar (som Alzheimers sjukdom), cancer och många fler.

2. Cancers:

Insatser pågår för att bestämma gener som kommer att förändra cancerceller till normalt.

3. Hälso- och sjukvård:

Det kommer att indikera utsikterna för ett hälsosammare boende, designerdroger, genetiskt modifierade dieter och slutligen vår genetiska identitet.

4. Interaktioner:

Det kommer att bli möjligt att studera hur olika gener och proteiner arbetar tillsammans i ett sammankopplat nätverk.

5. Studie av vävnader.

Alla gener eller transkript i en viss vävnad, organ eller tumör kan analyseras för att känna till orsaken till effekt som produceras i den.

6. Icke-humana organismer:

Information om naturliga förmågor hos icke-humana organismer kan användas för att möta utmaningar inom hälsovård, jordbruk, energiproduktion och miljöreparation. För detta har ett antal modellorganismer sekvenserats, t.ex. bakterier, jäst Coenorhabditis elegans (fri levande icke-patogen nematod), Drosophila (fruktbart), Rice, Arabidopsis etc.