مشروع الجينوم البشري: الميزات الصامتة وأهداف مشروع المجين البشري

اقرأ هذه المقالة للتعرف على الميزات والأهداف والتطبيقات الصامتة والتحديات المستقبلية لمشروع الجينوم البشري!

كل فرد له هوية ويرجع ذلك إلى التركيب الجيني للمرء. لا يوجد فردين متشابهين (باستثناء التوائم أحادية الزيجوت) لأنها تختلف في تكوينها الجيني.

الصورة مجاملة: img.mit.edu/newsoffice/images/article_images/original/20130103132743-0.jpg

يرجع الاختلاف في التركيب الوراثي إلى اختلافات في تسلسلات النوكليوتيدات في حمضها النووي. ولذلك ، كان دائما طموح العلماء لرسم خريطة الجينوم البشري. جعلت التطورات في تقنيات الهندسة الوراثية من الممكن عزل واستنساخ قطع الحمض النووي وتحديد تسلسل النوكليوتيدات من هذه الشظايا.

لذلك ، في عام 1990 ، شرعت وزارة الطاقة الأمريكية والمعهد الوطني للصحة في تنسيق تسلسل الجينوم البشري الذي يسمى HGP أو مشروع الجينوم البشري. انضمت Trust Trust (المملكة المتحدة) إلى المشروع كشريك رئيسي. في وقت لاحق اليابان ، انضمت فرنسا وألمانيا والصين وبعض الدول الأخرى أيضا.

HGP هو مشروع ضخم يتضمن الكثير من المال ، ومعظم التقنيات المتقدمة ، والعديد من أجهزة الكمبيوتر والعلماء في العمل. يمكن تصور حجم المشروع أنه إذا كانت تكلفة تسلسل الـ bp هي 3 دولارات ، فإن تكلفتها البالغة Зх 10 ⁹ مليار دولار سوف تكلف مليار دولار. إذا كان سيتم تخزين البيانات في الكتب ، مع كل كتاب يحتوي على 1000 صفحة وكل صفحة مع 1000 حرف ، سيكون هناك حاجة إلى 3300 كتاب. هنا ساعدت قاعدة بيانات المعلوماتية الحيوية وغيرها من الأجهزة الحسابية عالية السرعة في تحليل المعلومات وتخزينها واسترجاعها.

الأهداف:

حدد HGP الأهداف التالية.

1. تحديد تسلسل وعدد جميع أزواج القواعد في الجينوم البشري.

2. تحديد جميع الجينات الموجودة في الجينوم البشري.

3. تحديد وظائف جميع الجينات.

4. التعرف على الجينات المختلفة التي تسبب اضطرابات وراثية.

5. تحديد الانحدار الجيني والحصانة من مختلف الاضطرابات.

6. تخزين المعلومات في قواعد البيانات.

7. تحسين أدوات لتحليل البيانات.

8. معرفة إمكانيات نقل التكنولوجيا التي تم تطويرها خلال HGP إلى الصناعة.

9. قد ينتج عن المشروع العديد من القضايا الأخلاقية والقانونية والاجتماعية (ELSI) التي يجب معالجتها وحلها.

كان من المقرر الانتهاء من المشروع للتسلسل في عام 2003. في 12 فبراير 2001 ، تم الإعلان رسميا عن الانتهاء من المشروع. ومع ذلك ، فإن الإعلان عن تسلسل الكروموسومات الفردية جاء في مايو 2006 مع الانتهاء من تعيين تسلسل النوكليوتيدات إلى الكروموسومات.

منهجية:

هناك نوعان من الطرق لتحليل الجينوم ،

(1) تحديد جميع الجينات التي يتم التعبير عنها على أنها RNA - علامات تسلسل معبر عنها أو علامات EST

(2) تسلسل الجينوم بأكمله (مناطق الترميز وغير المشفرة على حد سواء) وتعيين المناطق المختلفة في وقت لاحق مع شرح توضيحي للوظائف.

يتبع HGP المنهجية الثانية التي تنطوي على الخطوات التالية.

(1) يتم عزل الحمض النووي الكامل للخلية وكسرها عشوائياً إلى أجزاء ،

(2) يتم إدخالها في ناقلات متخصصة مثل ВАС (كروموسومات اصطناعية بكتيرية) و YAC (كروموسوم اصطناعي خميرة) ،

(3) يتم استنساخ الشظايا في مضيفات مناسبة مثل البكتيريا والخميرة. يمكن أيضًا استخدام تفاعل البلمرة المتسلسل PCR لاستنساخ أو عمل نسخ من شظايا الحمض النووي ،

(4) يتم تسلسل الأجزاء على شكل تسلسلات DNA موضحة (أحد فروع المنهجية التي طورها الحائز على جائزة نوبل المزدوج ، فريدريك سانغر) ،

(5) تم ترتيب التسلسلات على أساس بعض المناطق المتداخلة. استلزم إنشاء أجزاء متداخلة للتسلسل ،

(6) استخدمت البرامج القائمة على الحاسوب لمواءمة التتابعات.

(7) ثم تم وضع توضيحات على التتابعات وتوزيعها على كروموسومات مختلفة. وقد تم تسلسل كل الكروموسومات البشرية ، 22 autosomes ، X و Y. وكان كروموسوم I آخر تسلسلًا في مايو 2006. (viii) بمساعدة تعدد الأشكال في المواقع الصغرية وتقييد مواقع التعرف على نوكلياز النوكلياز ، فإن الخرائط الجينية والمادية تم أيضا إعداد الجينوم.

الملامح البارزة للجينوم البشري:

1. الجينوم البشري لديه 3.1647 مليار زوج من القواعد النوكليوتيدية.

2. متوسط ​​حجم الجينات هو 3000 زوج قاعدي. أكبر جين هو دوشين Dystrophy Muscular Dystrophy على X-chromosome. لديها 2.4 مليون (2400 كيلو) قاعدة أزواج. B-globin وجينات الأنسولين أقل من 10 كيلو.

3. يتكون الجينوم البشري من حوالي 30،000 جين. في السابق كان من المقدر أن يحتوي على 80،000 إلى 100000 جين. عدد الجينات البشرية هو نفسه تقريبا من الفأر. تسعة من الجينات هي مماثلة لتلك الموجودة في الفأرة. لدينا أكثر من ضعفي عدد الجينات المثمرة (Drosophila melanogaster) وستة أضعاف الجينات مقارنة ببكتريا Escherichia coli.

إن حجم الجينوم أو عدد الجينات غير متشابك مع تعقيد تنظيم الجسم ، على سبيل المثال ، تمتلك ليلي DNA أكثر بـ 18 مرة من الجينوم البشري ، ومع ذلك فإنها تنتج بروتينًا أقل منا لأن حمضها النووي يحتوي على المزيد من الإنترونات وأكسونات أقل.

4. لدى الكروموسوم الأول 2968 جينًا بينما يحتوي الكروموسوم Y على 231 جينة. وهي الجينات القصوى والدنيا للكروموسومات البشرية.

5. وظيفة أكثر من 50 ٪ من الجينات المكتشفة غير معروفة.

6. أقل من 2 ٪ من الجينوم يمثل الجينات الهيكلية التي ترمز للبروتينات.

7. 99.9 ٪ من قواعد النيوكليوتيد هي بالضبط مماثلة في جميع البشر.

8. يمثل 0.1٪ فقط من الجينوم البشري مع حوالي 3.2 مليون نيوكليوتيدات التباين الملحوظ في الكائنات البشرية.

9. في حوالي 1.4 مليون موقع تحدث الفروق النوكليوتيداتية الوحيدة التي تسمى SNPs (القصاصات) أو تعدد أشكال النوكليوتيدات المفرد. لديهم القدرة على المساعدة في العثور على مواقع صبغية لتسلسل الأمراض المرتبطة وتتبع التاريخ البشري.

10. تشكل متواليات متكررة أو متكررة جزءًا كبيرًا من الجينوم البشري. هناك حوالي 30000 موقع من الأقمار الصغرية ، ولكل منها 11-60 نقطة أساس تتكرر بشكل مترادف تصل إلى ألف مرة. هذه هي حوالي 2،000،000 صومعة صغيرة ، ولكل منها 10 ليرة لبنانية تتكرر 10-100 مرة.

11. المتواليات المتكررة هي سلاسل نوكليوتيد التي تتكرر مرات عديدة ، أحياناً مئة ألف مرة. ليس لديهم أي وظيفة ترميز مباشرة ولكنهم يقدمون معلومات عن بنية الكروموسوم وديناميكياته وتطوره.

12. يتم تجميع ما يقرب من مليون نسخة من متواليات زوج القاعدية القصيرة 5-8 القصيرة حول الكادميومر وبالقرب من أطراف الكروموسومات. انهم يمثلون الحمض النووي غير المرغوب فيه.

التطبيقات وتحديات المستقبل:

1. الاضطرابات:

أكثر من 1200 جين مسؤولة عن الأمراض القلبية الوعائية البشرية ، وأمراض الغدد الصماء (مثل مرض السكري) ، والاضطرابات العصبية (مثل مرض الزهايمر) ، والسرطانات وغيرها الكثير.

2. السرطان:

الجهود جارية لتحديد الجينات التي ستغير الخلايا السرطانية إلى وضعها الطبيعي.

3. الرعاية الصحية:

وسوف يشير إلى آفاق الحصول على عيش أكثر صحة ، وعقاقير مصممة ، ووجبات غذائية معدلة وراثيا ، وأخيرًا هويتنا الجينية.

4. التفاعلات:

سيكون من الممكن دراسة كيفية عمل العديد من الجينات والبروتينات معاً في شبكة مترابطة.

5. دراسة الأنسجة.

يمكن تحليل جميع الجينات أو النصوص في نسيج أو عضو أو ورم معين لمعرفة سبب التأثير الناتج فيه.

6. الكائنات غير البشرية:

يمكن استخدام المعلومات حول القدرات الطبيعية للكائنات غير البشرية في مواجهة التحديات في مجالات الرعاية الصحية والزراعة وإنتاج الطاقة والمعالجة البيئية. لهذا تم تسلسل عدد من الكائنات الحية النموذجية ، على سبيل المثال ، البكتيريا ، الخميرة Coenorhabditis elegans (نيماتودا حية خالية من مسببات الأمراض) ، Droso - phila (مثمرا) ، والأرز ، Arabidopsis الخ