Міжнародний консорціум досліджень геному людини під керівництвом Національного інституту досліджень геному людини (NHGRI) та Департаменту енергетики (DOE) 14 квітня оголосив, що успішно завершив роботу понад два роки раніше запланованого терміну. ).

Інститут досліджень генів окреслив своє сміливе нове бачення майбутнього генетичних досліджень, офіційно проголосивши еру геному. Дослідження програми буде опубліковане у випуску журналу Nature за 24 квітня. Мине рівно 50 років з того часу, як двоє лауреатів Нобелівської премії вчені Джеймс Уотсон та Френсіс Крик опублікували своє дослідження подвійної спіралі ДНК у цьому журналі. Доктор Ватсон також був першим керівником програми картографування генів.

картографування

"Проект" Геном людини "- це дивовижна мандрівка відкриттям нас самих, з метою зрозуміти інструкції щодо використання нашої ДНК, спільної спадщини всього людства", - сказав Френсіс С. Коллінз, доктор медичних наук, директор інституту, який керував дослідженням з 1993 року. - Наш план був повністю реалізований задовго до початкового терміну, а витрати були значно нижчими за попередні кошториси.

За словами Арістідеса Патріноса, доктора філософії, директора Біологічного та екологічного бюро DOE: - Розділення генофонду людини було новаторським завданням з усіма ризиками та невизначеностями. Але його успіх спричинив революцію, перетворивши науку про біологію далеко за межі нашої уяви. Вікно відкривалось у величезний та хитромудрий новий біологічний ландшафт. Її відкриття продовжує вимагати нових поколінь творчого мислення та технологій.

Головною метою HGP було складання карти послідовності ДНК людини. У червні 2000 року міжнародний консорціум оголосив про перші приблизні схеми замовлення. Відтоді дослідники невтомно працювали над створенням «готової» послідовності з цього «ескізу». "Завершена послідовність" мовою професії означає, що послідовність є дуже точною (що означає менше однієї помилки на 10000 пар основ) і є дуже безперервною (тобто розриви існують лише в областях, де технологія, наявна сьогодні, не впорядковує можна достовірно вказати). Вперше цей рівень був досягнутий на хромосомі людини, коли в 1999 році британські, японські та американські дослідники підготували повну послідовність 22-ї хромосоми.

Завершені послідовності, підготовлені дослідниками, охоплюють близько 99 відсотків генофонду людини з точністю 99,99 відсотків. Щоб допомогти дослідникам краще зрозуміти карту генів людини, проект ставив низку інших цілей, від послідовностей генів у модельних організмах до нових технологій, необхідних для вивчення цілих геномів. 14 квітня 2003 року дослідники досягли, а в деяких випадках перевищили всі встановлені цілі (Цілі HGP).

Коли в 1990 р. Було запущено HGP, значна частина наукового співтовариства була досить скептичною щодо того, чи можна взагалі досягти цих сміливих цілей, тим більше, що йому доводилося стикатися як з часовими, так і з фінансовими обмеженнями. Спочатку Конгрес США знав, що проект коштуватиме близько 3 мільярдів доларів (на 1991 фінансовий рік) і буде завершений у 2005 році. Насправді ж проект був завершений двома з половиною роками раніше і коштував 2,7 мільярда доларів (1991), залишаючись суттєво в межах початкового бюджету. (Бюджет HGP).

- У 1953 році я б навіть не наважився мріяти, що за свою наукову кар’єру я отримаю уявлення про весь процес від подвійної спіралі ДНК до 3 мільярдів компонентів генної карти людини. Але коли з’явилася можливість скласти карту генофонду людини, я знав, що це те, що можна і потрібно робити », - сказав доктор медичних наук Нобелівський лауреат Джеймс Д. Ватсон, президент лабораторії Cold Spring Harbor. - Складання генної карти людини - це справді шокуюча подія для кожного жителя земної кулі.

Окрім досягнення своїх цілей, міжнародна дослідницька мережа досягла результатів, яких науковці чекали набагато пізніше. Деякі з цих "бонусних результатів" - це вдосконалений ескіз послідовності генів миші, опублікований у грудні 2002 р., Початкове картографування послідовності генів щурів (листопад 2002 р.), Понад 3 млн. Генетичних варіацій людини, тобто унікальні нуклеотидні поліморфізми (SNP) і генерування повнорозмірної комплементарної ДНК 70 відсотків відомих генів у людини та мишей відповідно.

У міжнародному консорціумі сотні вчених працювали в 20 дослідницьких центрах Китаю, Франції, Німеччини, Великобританії, Японії та США. П’ять інститутів, які виробляють найбільше послідовностей: Медичний коледж Бейлора, Х'юстон; Медична школа Вашингтонського університету, Сент-Луїс; Інститут Уайтхеда/Центр досліджень геному MIT, Кембридж, Массачусетс; DOE’s Joint Genome Institute, Walnut Creek, Каліфорнія. І The Wellcome Trust Sanger Institute Кембридж, Англія (Список).

- Проект ідентифікації послідовності генів людини - це унікальне досягнення біології. Міжнародна співпраця вчених сприяла його успіху, сказав Марк Уолпорт, доктор медичних наук, призначений директор The Wellcome Trust, яка керує проектом у Великобританії. - Геном - це спільна нитка, яка пов’язує нас, тож зрозуміло, що вчені у всьому світі працювали над цією послідовністю.

Усі дані в послідовності були розміщені в загальнодоступних базах даних без затримки, вільно та безкоштовно для всіх вчених у всьому світі, і немає жодних обмежень щодо їх використання чи розповсюдження. Інформація щодня переглядається дослідниками як наукових інститутів, так і промисловості, і доступ до неї можуть отримати комерційні компанії-бази даних, які надають інформацію біотехнологам.

"Одним із принципів роботи проекту з самого початку було якомога швидше зробити доступними дані та ресурси для всього наукового співтовариства", - сказав д-р Роберт Уотерстон, науковий співробітник Вашингтонського університету в Сіетлі. - Швидке оприлюднення даних не тільки відповідає інтересам науки, а й максимізує переваги для широкого загалу.

У 1996 р. Під час конференції на Бермудських островах д-р. Завдяки втручанню Вотерсона та Джона Салстона, тодішнього директора Центру Сангера (нині The Wellcome Trust Sanger Institute), міжнародний консорціум прийняв т.зв. Бермудський принцип, згідно з яким послідовності, що перевищують 2000 основних пар, повинні бути доступними для громадськості автоматично і якомога швидше.

Вчені швидко скористалися перевагами нового сховища даних та застосували інструменти та технології, розроблені проектом. Наприклад, коли проект розпочався в 1990 році, вчені виявили менше 100 генів людських захворювань. На сьогодні виявлено понад 1400 генів хвороби.

Для вчених, які прагнуть зрозуміти роль генетики у здоров’ї та хворобах, виконані послідовності представляють значний прогрес у порівнянні з “планом роботи”, оголошеним у червні 2000 року. Він охопив 90 відсотків геносодержащей частини послідовності, 28 відсотків якої досягли завершеної стадії і містив близько 150 000 недоліків. Завершена версія карти генів тепер містить 99 відсотків послідовностей, що містять ген, з менш ніж 400 визначеними пробілами.

Ці нерозкриті ділянки є частинами ДНК, які мають незвичну структуру і не можуть бути надійно відстежені за допомогою сучасних методів. Однак генів у цих районах дуже мало. Щоб заповнити прогалини, потрібні будуть окремі дослідницькі проекти та нові технології, а не галузеві дослідження, що проводяться GHP. Таким чином, відображення послідовностей генів людини можна вважати завершеним.

"Це той день, про який мріяла наша команда дизайнерів", - сказав доктор філософії Брюс Альбертс, голова Комітету Національної дослідницької ради з питань картографування та секвенування геному людини, створеного в 1988 році для складання оригінальних рекомендацій HGP. - Тоді ми були б шоковані якістю серіалів. У 1988 році ми ще не були впевнені, що вдасться досягти точності 99,99 відсотків, і що ми не зможемо забезпечити безперервність у мільйонах пар основ. Завершена людська послідовність є казковим результатом. Зараз біомедичні дослідники мають основу, на якій можна безпечно будувати медицину 21 століття. - Доктор Альбертс сьогодні є президентом Академії наук.

На додаток до високої точності, середня літера ДНК сьогодні - це безперебійна, високоякісна послідовність з 27 332 000 пар основ, приблизно в 334 рази довша, ніж ділянка пар основ 8 81 900 схематичної фази. Велика різниця для вчених, які полюють на гени, полягає в тому, що вони мають доступ до безперервних послідовностей ДНК, тому що це неймовірно полегшує та дешевше сканувати ділянки людської генетичної карти, які містять невеликі і дуже рідкісні мутації, що відповідають за розвиток захворювання.

Картографування генофонду людини є надзвичайною віхою в історії науки. "Ця найважливіша подія знаменує собою початок нової ери в медицині та дослідженнях", - сказав доктор філософії Ерік Ландер, директор Центру досліджень генома Уайтхед-МІТ. - Біологія перетворюється на інформаційні технології, які можуть дати всебічну картину біологічних систем. Знаючи всі компоненти клітин, ми зможемо боротися з біологічними проблемами на найпростішому рівні.

По суті повне картографування генофонду людини також корисно для швидко розвивається науки порівняльної геноміки. Дослідники намагаються дізнатись більше про генофонд людини, порівнюючи нашу генну послідовність із генними послідовностями інших організмів, таких як миша, щур чи мускулатура.

- Одним з найефективніших інструментів для розуміння нашого власного генофонду є його розміщення в контексті більш широких рамок. Ця основа надається нам під час вивчення та аналізу генофонду інших організмів, - говорить доктор філософії Річард Гіббс, директор Центру секвенування геному людини при Медичному коледжі Бейлора. - Виявляючи подібність та відмінності між ссавцями та іншими організмами, ми можемо отримати цінні нові відкриття в галузі еволюції людини, здоров’я та хвороб.

Однак наслідки HGP виходять далеко за межі світу лабораторного аналізу. Під керівництвом доктора Ватсона HGP було першим великим науковим підприємством, яке виділило частину свого бюджету на дослідження етичних, правових та соціальних наслідків своєї роботи. І NHGRI, і DOE витратили 3-5 відсотків своїх бюджетів, вивчаючи вплив, що запаморочливий темп зростання наших знань про генетику людини впливає на людину, установи та суспільство. Прикладом того, як дослідження допомогли поінформувати громадськість, є той факт, що понад 40 штатів США прийняли генетичні антидискримінаційні закони, багато з яких мають мову цього дослідження. Ці зусилля будуть ще важливішими найближчим часом, оскільки результати генетичних досліджень починають з’являтися і в клініках.

"Цей проект є віхою в історії", - сказав д-р. Коллінз. - Але зупинки немає. Завдяки такому обґрунтуванню знань, вигоди, обіцяні проектом, незабаром стануть відчутними.

З цією метою NHGRI запускає серію під назвою «Великі виклики», щоб заохотити наукове співтовариство перекласти нещодавно набуті знання про генофонд у причини захворювань та сміливі нові підходи до профілактики та лікування. Цей план є результатом багаторічного обговорення з більш ніж 600 відомими діячами уряду, науковців, некомерційних організацій та приватного сектору.

Дослідження, опубліковане в Nature, порівнює проблеми генетичних досліджень з триповерховим будинком, заснованим на проекті геному людини. Три рівні (геноміка в біології, геноміка в галузі охорони здоров’я та геноміка в суспільстві) тримаються разом вертикальними стовпами: комп’ютерна біологія, етичний, правовий та соціальний контексти, освіта, навчання, технічний розвиток та джерела.

Багато викликів спрямовано на використання результатів генетичних досліджень для боротьби з хворобами та покращення здоров'я. Рекомендації звертають увагу дослідників на наступне:

- Розробка нових інструментів для дослідження спадкових компонентів таких загальних захворювань, як діабет, хвороби серця чи психічні захворювання

- Нові інструменти для раннього виявлення захворювань

- Нові методи, які дозволяють скласти генетичну карту будь-кого менш ніж за 1000 доларів

- Наявність інструментів та методів хімічної геноміки для пришвидшення винаходу наркотиків.

NHGRI та його партнери вже вирішили багато з вищезазначених проблем. Наприклад, у листопаді 2002 р. Дослідники з шести країн опублікували Міжнародний проект HapMap, карту загальних генетичних варіацій людини, з метою пришвидшення досліджень генів, відповідальних за розвиток раку, діабету, серцевих захворювань, шизофренії та багатьох інших загальні захворювання.

"Поповнення генофонду людини не є самоціллю, а скоріше початком захоплюючої нової ери", - сказав д-р. Коллінз. - Ми віримо, що добро ще попереду, і ми просимо вчених та всіх жителів Землі приєднатися до нас, щоб ми могли втілити це бачення в реальність.

Міністерство оборони також розробило свій план дослідження генів. Опублікований у випуску журналу Science від 11 квітня, проект має на меті зрозуміти, як мікроби можуть створити нові можливості для розвитку чистої енергії, зменшення кліматичних змін та зробити довкілля чистішим. Вона спрямована на поєднання досліджень біологів, інженерів та комп’ютерних фахівців з розробкою новітніх інструментів.