Introduksjon til Human Genome Project

Human Genome Project laget et kart over genene til et menneske. PASIEKA/SCIENCE PHOTO LIBRARY / Getty Images

Settet med nukleinsyresekvenser eller gener som danner DNA til en organisme er dets genom . I hovedsak er et genom en molekylær plan for å konstruere en organisme. De menneskelig genom er den genetisk kode i DNAet til de 23 kromosompar av En klok mann , pluss DNA som finnes i menneskelige mitokondrier . Egg- og sædceller inneholder 23 kromosomer (haploid genom) bestående av rundt tre milliarder DNA-basepar. Somatiske celler (f.eks. hjerne, lever, hjerte) har 23 kromosompar (diploid genom) og rundt seks milliarder basepar. Omtrent 0,1 prosent av baseparene er forskjellige fra person til person. Det menneskelige genomet er omtrent 96 prosent likt det til en sjimpanse, arten som er den nærmeste genetiske slektningen.

Det internasjonale vitenskapelige forskningsmiljøet forsøkte å konstruere et kart over sekvensen til nukleotidbasepar som utgjør menneskets DNA. Den amerikanske regjeringen startet planleggingen av Human Genome Project eller HGP i 1984 med et mål om å sekvensere de tre milliarder nukleotidene i det haploide genomet. Et lite antall anonyme frivillige leverte DNA til prosjektet, så det fullførte menneskelige genomet var en mosaikk av menneskelig DNA og ikke den genetiske sekvensen til en person.

Human Genome Project History and Timeline

Mens planleggingsstadiet startet i 1984, ble ikke HGP offisielt lansert før i 1990. På den tiden estimerte forskerne at det ville ta 15 år å fullføre kartet, men fremskritt innen teknologi førte til ferdigstillelse i april 2003 i stedet for i 2005. Det amerikanske energidepartementet (DOE) og US National Institutes of Health (NIH) ga mesteparten av de tre milliarder dollar i offentlig finansiering (totalt 2,7 milliarder dollar, på grunn av tidlig ferdigstillelse). Genetikere fra hele verden ble invitert til å delta i prosjektet. I tillegg til USA inkluderte det internasjonale konsortiet institutter og universiteter fra Storbritannia, Frankrike, Australia, Kina og Tyskland. Forskere fra mange andre land deltok også.

Hvordan gensekvensering fungerer

For å lage et kart over det menneskelige genomet, trengte forskerne å bestemme rekkefølgen til baseparet på DNAet til alle 23 kromosomer (virkelig, 24, hvis du vurderer kjønnskromosomene X og Y er forskjellige). Hvert kromosom inneholdt fra 50 millioner til 300 millioner basepar, men fordi baseparene på en DNA dobbel helix er komplementære (dvs. adeninpar med tymin og guaninpar med cytosin), ved å vite sammensetningen av en tråd av DNA-helixen ga automatisk informasjon om den komplementære tråden. Med andre ord, molekylets natur forenklet oppgaven.

Mens flere metoder ble brukt for å bestemme koden, brukte hovedteknikken BAC. BAC står for 'bakterielt kunstig kromosom.' For å bruke BAC ble menneskelig DNA brutt i fragmenter mellom 150 000 og 200 000 basepar lange. Fragmentene ble satt inn i bakteriell DNA slik at når bakterier reprodusert , replikerte også menneskets DNA. Dette kloningsprosess ga nok DNA til å lage prøver for sekvensering. For å dekke de 3 milliarder baseparene i det menneskelige genomet ble det laget rundt 20 000 forskjellige BAC-kloner.

BAC-klonene laget det som kalles et 'BAC-bibliotek' som inneholdt all den genetiske informasjonen for et menneske, men det var som et bibliotek i kaos, uten noen måte å fortelle rekkefølgen på 'bøkene'. For å fikse dette ble hver BAC-klon kartlagt tilbake til menneskelig DNA for å finne sin posisjon i forhold til andre kloner.

Deretter ble BAC-klonene kuttet i mindre fragmenter med en lengde på omtrent 20 000 basepar for sekvensering. Disse 'subklonene' ble lastet inn i en maskin kalt en sequencer. Sekvenseren forberedte 500 til 800 basepar, som en datamaskin satte sammen i riktig rekkefølge for å matche BAC-klonen.

Etter hvert som baseparene ble bestemt, ble de gjort tilgjengelige for publikum online og gratis tilgang. Til slutt ble alle brikkene i puslespillet komplette og arrangert for å danne et komplett genom.

Mål for Human Genome Project

Det primære målet med Human Genome Project var å sekvensere de 3 milliarder baseparene som utgjør menneskelig DNA. Fra sekvensen kunne de 20 000 til 25 000 estimerte menneskelige genene identifiseres. Imidlertid ble genomene til andre vitenskapelig betydningsfulle arter også sekvensert som en del av prosjektet, inkludert genomene til fruktflue, mus, gjær og rundorm. Prosjektet utviklet nye verktøy og teknologi for genetisk manipulasjon og sekvensering. Offentlig tilgang til genomet forsikret at hele planeten kunne få tilgang til informasjonen for å stimulere til nye oppdagelser.

Hvorfor Human Genome Project var viktig

Human Genome Project dannet den første planen for en person og er fortsatt det største samarbeidsbiologiprosjektet som menneskeheten noen gang har fullført. Fordi prosjektet sekvenserte genomer til flere organismer, kunne forskere sammenligne dem for å avdekke funksjonene til gener og identifisere hvilke gener som er nødvendige for liv.

Forskere tok informasjonen og teknikkene fra prosjektet og brukte dem til å identifisere sykdomsgener, utarbeide tester for genetiske sykdommer og reparere skadede gener for å forhindre problemer før de oppstår. Informasjonen brukes til å forutsi hvordan en pasient vil reagere på en behandling basert på en genetisk profil. Mens det første kartet tok år å fullføre, har fremskritt ført til raskere sekvensering, slik at forskere kan studere genetisk variasjon i populasjoner og raskere finne ut hva spesifikke gener gjør.

Prosjektet inkluderte også utviklingen av et program for etiske, juridiske og sosiale implikasjoner (ELSI). ELSI ble det største bioetikkprogrammet i verden og fungerer som en modell for programmer som omhandler ny teknologi.

Kilder

• Dolgin, Elie (2009). 'Menneskelig genomikk: Genomet ferdigbehandlet.' Natur . 462 (7275): 843–845. gjør jeg: 10.1038/462843a
• McElheny, Victor K. (2010). Tegning av livets kart: Inside the Human Genome Project . Grunnleggende bøker. ISBN 978-0-465-03260-0.
• Pertea, Mihaela; Salzberg, Steven (2010). 'Mellom en kylling og en drue: estimering av antall menneskelige gener.' Genombiologi . 11 (5): 206. doi: 10.1186/gb-2010-11-5-206
• Venter, J. Craig (18. oktober 2007). A Life Decoded: My Genome: My Life . New York, New York: Viking Adult. ISBN 978-0-670-06358-1.