Czego nauczyliśmy się z Projektu Ludzkiego Genomu?

Kosmos może być ostateczną granicą, ale biologia człowieka jest pierwotną niewiadomą, która rzuca nam wyzwanie, abyśmy odkryli, kim jesteśmy i skąd pochodzimy. DNA , budulec życia, zawiera kod genetyczny, który tak wiele informuje o tym, kim jesteśmy. Ten kod jest zapisany czterema literami, z których każda reprezentuje inną podstawę . Cztery zasady to adenina (A), która łączy się z tyminą (T) i cytozyna (C), która łączy się z guaniną (G).

Naukowcy od dawna wiedzą, że te cztery litery zawierają przepisy na białka, które pełnią wiele funkcji organizmu. Jednak wciąż pozostają pytania, na które należy odpowiedzieć, w tym jak uporządkowane są 3,2 miliarda par zasad zawartych w ludzkim genomie. (Ludzki genom to cała wiązka DNA człowieka podzielona nierównomiernie na 23 pary chromosomów.) W tym celu w 1990 r . uruchomiono Human Genome Project ( HGP ). Niektóre z ambitnych celów projektu obejmowały:

[źródło: Genome.gov ]

Projekt, prowadzony przez Narodowy Instytut Zdrowia i Departament Energii Stanów Zjednoczonych, został ukończony przed terminem w 2003 r. „Ostateczną” partię wyników opublikowano w 2006 r., ale dane opracowane przez HGP są stale badane, analizowane i od czasu do czasu aktualizowane . Teoretycznie, po osiągnięciu głównych celów, projekt jest zakończony. Przyjrzyjmy się niektórym z tego, czego się nauczyliśmy.

Zaledwie kilka lat przed ukończeniem HGP popularne prognozy mówiły, że ludzie mają do 100 000 genów. Ale ostatnie szacunki HGP obniżyły tę liczbę do skromniejszego zakresu od 20 000 do 25 000 [źródło: Human Genome Project Information ]. Ponadto HGP pomogło zawęzić zakres możliwych genów i wyizolować niektórych kandydatów przyczyniających się do określonych chorób. Naukowcy dokonali również ponownej oceny wcześniejszych założeń, takich jak idea, że ​​geny są samodzielnymi, odrębnymi kawałkami DNA o określonych rolach. Nie zawsze tak jest. Teraz wiemy, że niektóre geny wielozadaniowe wytwarzają więcej niż jedno białko; w rzeczywistości przeciętny gen może wytwarzać trzy białka [źródło: Genome.gov ]. Wydaje się również, że geny pobierają kod genetyczny z innych segmentów DNA.

Zanim przyjrzymy się bliżej dziedziczności i genom, zastanówmy się, czego naukowcy dowiedzieli się o genomach zwierzęcych i innych. Niektóre z tych projektów, takie jak mapowanie genomu myszy, zostały zawarte w oryginalnym Human Genome Project i mogą nam powiedzieć o naszej ewolucji i DNA.

Naukowcy zmapowali wiele genomów zwierząt, w tym szympansów, myszy, szczurów, muszek owocowych, glist i ryb rozdymkowatych. Sporządzili również mapy genomów roślin i chorób. Te mapy genomowe są przydatne po części dlatego, że genomy zwierzęce można porównać z genomami ludzkimi. Pomyśl o policyjnym programie telewizyjnym , w którym przezroczysty wydruk pokazuje DNApodejrzanego jest w kolejce do dowodów DNA. Kiedy wszystko się układa, jest mecz i policja ma swojego zabójcę. Podobnie naukowcy mogą szukać dopasowań między ludzkim i zwierzęcym DNA. Nie oczekują idealnych dopasowań, ale badając, gdzie układają się nasze genomy, naukowcy mogą zobaczyć, co mamy wspólnego ze zwierzętami, a czego nie, i dokonać ustaleń dotyczących wspólnych przodków i sposobu, w jaki ewoluowaliśmy. W przypadku chorób dotykających zwierzęta, takich jak rak niszczący populację diabła tasmańskiego , lepsze zrozumienie zwierzęcego DNA może potencjalnie prowadzić do ważnych zabiegów medycznych.

Wspomnieliśmy, że jednym z celów HGP była sekwencjonowanie genomów pięciu „organizmów modelowych”. To sekwencjonowanie jest ważną częścią dziedziny znanej jako genomika porównawcza . W genomice porównawczej badanie zwierzęcia o mniej złożonym genomie, takiego jak mysz, może dostarczyć ważnych informacji o genach wspólnych dla myszy i ludzi, ponieważ w rzeczywistości jesteśmy genetycznie bardzo podobni [źródło: HGP Information ]. Podobnie jak inne formy testów na zwierzętach, badanie genomu innego gatunku może nam powiedzieć więcej o naszym własnym.

Jednym z najbardziej intrygujących przypadków zwierzęcia, którego genom został zmapowany, jest genom dziobaka. To stworzenie zawsze było uważane za osobliwość, ponieważ jest jednym z niewielu ssaków, które składają jaja i karmią młode przez skórę brzucha, a nie przez sutki. Genom dziobaka, z 18 500 genami, jest ważny, ponieważ pochodzi z czasów starożytnych, kiedy ssaki składały jaja [źródło: Hood ]. Ewolucja prawdopodobnie zabrała ludzi od przodków, których dzielimy z dziobakiem około 170 milionów lat temu. Dziś ten ewolucyjny cud ma cechy ssaków, ptaków i gadów [źródło: Hood ]. Mają też 10 chromosomów płci, w porównaniu z naszymi marnymi dwoma.

Poza genomem ludzkim (i oczywiście dziobaka) być może żaden projekt mapowania genetycznego nie jest tak przekonujący, jak ten, który koncentruje się na odkryciu kodu genetycznego różnych nowotworów. Sekwencjonowanie genomów raka pozwala naukowcom i lekarzom odkrywać mutacje genów, które przyczyniają się do rozwoju raka , potencjalnie prowadząc do lepszych metod wykrywania i leczenia.

Pierwszy kompletny genom nowotworowy zsekwencjonowany dotyczył ostrej białaczki szpikowej, ciężkiej postaci raka, która zaczyna się w szpiku kostnym. The Cancer Genome Atlas, organizacja, która ma nadzieję na sekwencjonowanie wielu rodzajów raka, kierowała mapowaniem za pomocą masowo równoległego sekwencjonowania , które porównuje normalne i nowotworowe DNA i szuka mutacji [źródło: Kushnerov ].

Jeśli sekwencjonowanie genomu nowotworowego potwierdzi hipotezę, że każde wystąpienie raka powoduje unikalne mutacje u konkretnej osoby, przyszli lekarze mogą być w stanie dostosować leczenie dla każdego pacjenta. Przy wielu dostępnych metodach leczenia niektórych schorzeń często jest to proces prób i błędów, aby zobaczyć, co działa najlepiej dla jednej osoby w stosunku do drugiej [źródło: Aetna ]. W niektórych przypadkach taka praktyka może wyrządzić więcej szkody niż pożytku lub pozbawić lekarzy i pacjentów cennego czasu potrzebnego do powstrzymania postępu choroby.

Teraz, gdy Projekt Genomu Ludzkiego dobiegł końca, nadszedł czas, aby naukowcy przeanalizowali uzyskane informacje i przeprowadzili powiązane badania. Znaczna część uwagi po HGP skupiła się na genach, wywołując nowe dyskusje na temat działania dziedziczności i powodując, że naukowcy inaczej patrzą na DNA , odkładając na bok tradycyjne skupienie się na genach jako dominujących aktorach w DNA. Niektórzy badacze przyglądają się teraz około 99 procentom DNA, które nie są genami, zastanawiając się, czy te wcześniej zaniedbane fragmenty genomu mają do odegrania znaczącą rolę.

Projekt HGP i późniejsze prace badawcze zmieniły konsensusowy pogląd na geny i niekodujący DNA, umieszczając je jako część coraz bardziej złożonego obrazu genów, DNA i innych składników genomu. Na przykład coraz większą uwagę zwraca się na znaczniki epigenetyczne , białka i inne cząsteczki przyłączone do DNA, zwłaszcza ze względu na ich widoczną rolę w dziedziczeniu. Wydaje się, że znaki te mogą również przekazywać cechy, podobnie jak geny, a niewłaściwie umiejscowione lub uszkodzone znaki epigenetyczne mogą zwiększać ryzyko zachorowania na raka i inne zaburzenia [źródło: Zimmer ]. Badanie przeprowadzone przez National Institutes of Health o wartości 190 milionów dolarów ma na celu zmapowanie wszystkich śladów epigenetycznych w DNA.

Wraz ze zmianą sposobu, w jaki myślimy o genach, Projekt Genomu Ludzkiego zrodził wiele innych projektów. Na przykład w 2002 roku International HapMap Project zaczął sporządzać wykresy SNP wśród różnych grup etnicznych. W zależności od osoby kod genetyczny różni się około 10 milionami punktów (z 3,2 miliarda par zasad DNA) [źródło: Aetna ]. Różnice te nazywane są SNP – polimorfizmami pojedynczego nukleotydu. Ale pomimo tych SNP, istoty ludzkie różnią się od siebie tylko o około 0,1 procent, co wystarczy, aby zapewnić, że żadne dwie istoty ludzkie nie są genetycznie identyczne, a czasem nawet identycznymi bliźniakami. Zrozumienie SNP może pomóc nam lepiej zrozumieć zmienność genetyczną wśród osób i grup etnicznych; produkować lepsze testy genetyczne pod kątem predyspozycji do choroby; i przyczynić się do rozwoju bardziej spersonalizowanych metod leczenia.

Przyszłe projekty i obszary badań związane z HGP wydają się nie mieć końca. Wiele milionów dolarów przeznacza się na projekty takie jak Encode, niezwykle ambitne przedsięwzięcie mające na celu określenie roli każdego pojedynczego kawałka DNA w ludzkim genomie. (Encode to skrót od Encyclopedia of DNA Elements.) Ale podczas gdy informacje pochodzące z HGP i powiązanych projektów prawdopodobnie doprowadzą do ważnych postępów w medycynie i leczenia chorób, związek między badaniami a praktycznymi terapiami nie jest tak naprawdę prostym związkiem przyczynowo-skutkowym. Tylko jeden nowy lek może zająć 10 lat.

W przyszłości zwróć uwagę na te rozwijające się dziedziny badań, z których wiele zawdzięcza się pracy HGP:

Pomimo wszystkich tych ekscytujących odkryć i tych, które na nas czekają, możemy nigdy w pełni nie zrozumieć wewnętrznego działania DNA. Świadectwem tego może być szybko zmieniająca się definicja genu. Jeden z badaczy powiedział New York Times, że biologia człowieka może być „nieredukowalnie złożona” [źródło: Angier ]. My, ludzie, możemy robić i rozumieć niezwykłe rzeczy – wystrzeliwać statki kosmiczne, budować niewiarygodnie szybkie komputery, tworzyć wspaniałe dzieła sztuki – ale nasze 3,2 miliarda kawałków DNA może być zbyt wiele, by nasz umysł mógł je w końcu w pełni pojąć. W trakcie postępu ludzkości o wiele łatwiej było zrozumieć to, co robimy, niż to, co nas tworzy.

Aby uzyskać więcej informacji na temat Projektu Ludzkiego Genomu i innych powiązanych tematów, takich jak epigenetyka, odwiedź linki na następnej stronie.

Powiązane artykuły

Więcej świetnych linków

Źródła

­