Pred desetletjem je mednarodna raziskovalna skupina opravila veliko prizadevanje za branje 3 milijard pisem genetskih informacij, ki jih najdemo v vsaki človeški celici. Program, znan kot Projekt človeški genom, je dal osnovo človeškega življenja, dosežek, ki so ga primerjali s pristankom človeka na Luno.
Dr. Eric D. Green je bil vključen že od samega začetka in je izpopolnil nekatere ključne tehnologije, uporabljene v projektu. Takrat je bil podoktorski sodelavec in rezident patologije na univerzi Washington v St. Louisu. Izklesal je svojih 5 odstotkov genoma in se osredotočil na preslikavo DNK kromosoma 7. Danes je Green direktor direktorja Nacionalnega inštituta za človeški genom, ki s pomočjo genomičnih raziskav napreduje v razumevanju človeškega genoma.
Vrnimo se na sredino do konec osemdesetih let prejšnjega stoletja, ko je bila ideja za projekt Human Genome prvič zasnovana. Kakšna je bila motivacija takrat?
Odvisno koga vprašate. Različni ljudje so imeli različne motivacije. Upoštevajte, da so bile 70. in zgodnje 80. leta revolucionarna doba molekularne biologije. Prišlo je do pomembnega napredka metod, ki so nam omogočile izolacijo in proučevanje DNK v laboratoriju.
V ZDA se je denimo Ministrstvo za energijo zelo zanimalo pojma preučevanja genoma zaradi zanimanja za mutacijo in mutacijskega procesa, povezanega z nekaterimi oblikami energije, kot je jedrska energija.
Če se odpravite v kraje, kot je Nacionalni inštitut za zdravje, ali pogledate biomedicinske raziskovalce in raziskovalce, povezane z zdravjem, jih je zelo zanimalo, kako bi lahko razjasnili genetsko osnovo bolezni. Med številnimi genetskimi boleznimi, ki so jih obravnavali, je bil seveda tudi rak.
Mnogo drugih ljudi v biomedicinskem spektru raziskav - tudi tisti, ki delujejo na modelnih organizmih, kot so muhe, črvi in kvas - so priznali, da če bi lahko ugotovili, kako celovito pogledati zapletene genome, začenši z muhami, črvi in kvasovkami, potem pa delati naša pot do ljudi, bi zagotovila temeljne informacije za razumevanje, kako deluje genom.
Obstajala je množica različnih idej, ki so se ob naraščajočem, a pomembnem tehnološkem napredku zdele, da je bil problem zaporedja človeškega genoma in določanja vrstnega reda treh milijard črk mogoč, čeprav je zastrašujoč.
Od kod gradivo za projekt genoma? Čigav genom je bil to?
Ko se je začel projekt genoma, je bil to še vedno precej kos. Različni ljudje so izdelovali različne zbirke in fragmente DNK, imenovane knjižnice, ki so samo kosi klonirane DNK. To bi storili od koga: včasih bi bil vodja laboratorija, včasih bi bil podoktorski študent ali študent. Takrat bi samo zgrabili DNK, ko tega resnično ni bilo.
Potem pa, ko je končno napočil čas, da knjižnice, ki jih bodo uporabljali za zaporedje človeškega genoma, izvedejo s projektom Human Genome, je bila oseba, ki je bila najboljša oseba za izdelavo teh knjižnic, znanstvenik, ki je delal na Institutu za rak Roswell Park v Buffalo, New York. [Skupina] je dobila približno soglasje približno 10 ali 20 anonimnih krvodajalcev, nato pa naključno izbrala enega od teh in to je bila oseba. Približno 60 odstotkov sekvence človeškega genoma je ustvarilo projekt človeškega genoma iz enega krvodajalca iz Buffala v New Yorku.
Ampak, veste kaj, ni pomembno. Če greš čez zaporedje človeškega genoma, ki ga je ustvaril projekt Human Genome, je to kot mozaik. Lahko greš za sto tisoč pisem in morda je to ena oseba iz Buffala. Lahko se konča, da boste šli naslednjih sto tisoč in bo to kdo drug. In naslednjih sto tisoč, nekdo drug. Vse to je služilo kot referenca. In ker so vsi ljudje 99, 9 odstotka identični na ravni zaporedja, ni nujno, da je prvo zaporedje resnična oseba. Lahko je samo hipotetična referenca človeka.
Od vseh teh informacij, zakaj ste se odločili osredotočiti na kromosom 7 [človeški genom ima 23 kromosomov]?
Bilo je nekoliko samovoljno. Želeli smo izbrati kromosom, ki ni bil prevelik. Nismo želeli izbrati tistega, ki je bil premajhen. Vedeli smo, da bo treba delati veliko, zato smo izbrali srednje velik kromosom.
Nismo želeli izbrati tistega, na katerem je že delalo veliko ljudi. V tistem trenutku je bil najbolj znan gen na kromosomu 7 gen za cistično fibrozo in to so odkrili leta 1989. In nekaj te regije smo dejansko izolirali in poskusno opravljali nekaj raziskav.
Resnica je, da smo jo izbrali, ker ni bila prevelika, premajhna in ni bila preveč gneča. To je bil poljuben način za začetek; Ko se je projekt genoma končal, se je večina raziskav izvajala na splošno.
Kako se je delo spremenilo v času trajanja projekta?
Celotna zgodba o genomiki je tehnološki razvoj. Če izsledite, kje so bili doseženi ogromni napredki, je bil vsak izmed njih povezan s porastom tehnologije. Zgodaj pri projektu genoma je prišlo do prenapetosti, da smo imeli boljše načine izolacije velikih kosov DNK.
Ko smo ločevali manjše genomske organizme - na primer sadne muhe drosofile -, smo v bistvu industrializirali postopek sekvenciranja, tako da je postajal vedno bolj in bolj avtomatiziran.
Ko se je začel projekt genoma, je nastala ideja: "Sledimo genome muh, črvov in kvasovk, vse te manjše organizme, z uporabo dnevne metode", to metodo je razvil Fred Sanger leta 1977. Ideja je bila, da ne bi spodbudil pospeševalnika, da bi začel sekvencirati človeški genom, dokler ne bo na voljo nova revolucionarna metoda sekvenciranja. Torej je bilo veliko prizadevanj za razvoj novih norih načinov sekvenciranja DNK.
Ko je približno leta 1997 ali 1998 prišel čas, da dejansko razmislimo, kako začeti zaporedje človeškega genoma, so vsi rekli: „Mogoče nam ni treba čakati na revolucionarno metodo, mogoče smo starostno metodo še bolj izboljšali dovolj, da ga je mogoče uporabiti, "in res je bilo to odločeno.
Povedano je od projekta genoma stvar, ki je spremenila obraz genomike, nove revolucionarne tehnologije za zaporedje, ki so se končno pojavile na sceni približno leta 2005.
Kako so te izboljšave spremenile stroške in čas, ki je potreben za zaporedje?
Projekt Človeški genom je potreboval šest do osem let aktivnega sekvenciranja in v smislu aktivnega sekvenciranja so porabili približno milijardo dolarjev za izdelavo prvega zaporedja človeškega genoma. Na dan, ko se je projekt genoma končal, smo vprašali naše skupine za zaporedje: "V redu, če greš na sekvenco drugi človeški genom, hipotetično, koliko časa bi to trajalo in koliko bi to stalo?" S hrbtno stranjo ovojnice Izračun so rekli: "Vau, če bi nam dali še 10 do 50 milijonov dolarjev, bi to verjetno lahko storili v treh do štirih mesecih."
Ampak zdaj, če greš tja, kjer smo danes, lahko človeški genom sekvenciramo v približno dnevu ali dveh. Do konca tega leta bo približno en dan. In to bo stalo le od približno 3000 do 5000 dolarjev.
Katere so bile glavne ugotovitve prvega genoma in tiste, ki so sledile?
Pojavljajo se nove ugotovitve, ki prihajajo vsak dan. V prvih 10 letih, ko imamo pred seboj človeški genom, menim, da vsakodnevno zbiramo vse več informacij o tem, kako deluje človeški genom. Vendar bi morali priznati, da smo celo pred desetimi leti šele v zgodnjih fazah tolmačenja tega zaporedja. Desetletja bomo odslej še vedno tolmačili in na novo interpretirali.
Nekaj zgodnjih stvari, ki smo se jih naučili, na primer: Imamo veliko manj genov, kot so nekateri napovedali. Ko se je genom začel, so mnogi napovedovali, da imajo ljudje verjetno 100.000 genov in bi imeli bistveno več genov kot drugi organizmi, zlasti enostavnejši. Izkaže se, da to ni res. Izkaže se, da smo veliko nižje gensko število. V resnici smo verjetno bolj kot 20.000 genov. In to je le nekaj tisoč več kot muhe in črvi. Torej naša zapletenost ni v našem številu genov. Naša kompleksnost je drugje.
Drugo presenečenje je prišlo, ko smo začeli sekvencirati druge sesalce - zlasti miši genom, genom podgan, pasji genom in tako naprej, in do zdaj smo že zaporedoma 50, 60, 70 takšnih genomov. Naredite te zaporedje genomov v računalniku in pogledate, kje so zelo ohranjene sekvence, z drugimi besedami, skozi več deset milijonov let evolucijskega časa, kjer se zaporedja sploh niso spremenila. Visoko evolucijsko ohranjene sekvence skoraj zagotovo kažejo na funkcionalne sekvence. To so stvari, ki jih življenje noče spremeniti, zato jih ohranjajo enako, saj opravljajo neko temeljno temeljno funkcijo, ki je potrebna za biologijo. V projektu genoma smo mislili, da bo večina tistih najbolj ohranjenih regij, ki so bila funkcionalno pomembna, v genih - delih genoma, ki neposredno kodirajo beljakovine. Izkazalo se je, da večina najbolj ohranjenih in neizogibno funkcionalnih sekvenc ni v območjih, ki kodirajo beljakovine; so zunaj genov.
Torej, kaj počnejo? Ne poznamo jih vseh. Vendar vemo, da je veliko v bistvu stikal z vezjem, kot stikala za zatemnitev luči, ki določajo, kje in kdaj in koliko se vklopi gen. Pri ljudeh je veliko bolj zapleten kot v nižjih organizmih, kot so muhe in črvi. Torej naša biološka kompleksnost ni toliko v našem številu genov. V zapletenih stikalih, kot stikala za zatemnitev, uravnavajo, kje, kdaj in koliko genov se vklopi.
Kaj nam preostane, da ugotovimo?
Ko razmišljate, kako genom deluje, potem razmišljate o tem, kako deluje skupno za vse nas. Toda drugi velik poudarek genomike - zlasti v zadnjih 10 letih - je razumevanje, kako različni so naši genomi. Tako lahko poudarite 0, 1 odstotka naših genomov, ki so med seboj različni in kako te razlike vodijo do različnih bioloških procesov. Torej je razumevanje variacije zelo, zelo pomembno, nato pa to spremembo povežemo z različnimi posledicami, od katerih je največji del bolezni.
Prišlo je do izjemnega, prav zares izjemnega napredka. Zdaj poznamo gensko osnovo za skoraj 5000 redkih genetskih bolezni. Ko se je začel projekt genoma, je bilo le nekaj deset bolezni, za katere smo razumeli, kaj mutacija povzroča to bolezen. To je velika razlika. Zdaj poznamo veliko, več sto in sto regij človeškega genoma, ki vsebujejo različice - še ne vemo, katere različice še - ki predstavljajo tveganje za bolj zapletene genetske bolezni, kot so hipertenzija in sladkorna bolezen ter astma, srčno-žilne bolezni itd. .
Šli smo od popolnega nepoznavanja, kje iskati v genomu za te različice, do zdaj, ko imamo zelo diskretna področja. Torej, to je velik poudarek v genomiki, poskuša razumeti, katere različice so pomembne za bolezen in kaj storiti z njimi.
