Dự án bộ gen người: Các tính năng và mục tiêu thầm lặng của dự án bộ gen người
Đọc bài viết này để tìm hiểu về các tính năng, mục tiêu, ứng dụng và thách thức trong tương lai của dự án bộ gen người!
Mỗi cá nhân có một bản sắc là do trang điểm di truyền của một người. Không có hai cá thể giống nhau (ngoại trừ cặp song sinh đơn bội) vì chúng khác nhau về cấu trúc di truyền.
Hình ảnh lịch sự: img.mit.edu/newsoffice/images/article_images/origen/20130103132743-0.jpg
Sự khác biệt về cấu trúc di truyền là do sự khác biệt về trình tự nucleotide của DNA của chúng. Do đó, nó luôn là một tham vọng của các nhà khoa học để lập bản đồ bộ gen của con người. Những tiến bộ trong kỹ thuật di truyền đã giúp phân lập và nhân bản các đoạn DNA và xác định trình tự nucleotide của các đoạn này.
Do đó, vào năm 1990, Bộ Năng lượng và Viện Y tế Quốc gia Hoa Kỳ đã bắt tay và phối hợp thực hiện dự án giải trình tự bộ gen người có tên HGP hoặc Dự án Bộ gen Người. Welcome Trust (UK) đã tham gia dự án với tư cách là một đối tác lớn. Sau đó, Nhật Bản, Pháp, Đức, Trung Quốc và một số quốc gia khác cũng tham gia.
HGP là một dự án lớn liên quan đến rất nhiều tiền, kỹ thuật tiên tiến nhất, nhiều máy tính và nhà khoa học đang làm việc. Tầm quan trọng của dự án có thể được tưởng tượng rằng nếu chi phí sắp xếp một bp là 3 đô la, thì trình tự х 10 9 bp sẽ tốn một tỷ đô la. Nếu dữ liệu được lưu trữ trong sách, với mỗi cuốn sách có 1000 trang và mỗi trang có 1000 chữ cái, sẽ cần khoảng 3300 cuốn sách. Ở đây, cơ sở dữ liệu tin sinh học và các thiết bị tính toán tốc độ cao khác đã giúp phân tích, lưu trữ và truy xuất thông tin.
Những mục tiêu:
HGP đã đặt ra các mục tiêu sau đây.
1. Xác định trình tự và số lượng của tất cả các cặp cơ sở trong bộ gen người.
2. Xác định tất cả các gen có trong bộ gen của con người.
3. Xác định chức năng của tất cả các gen.
4. Xác định các gen khác nhau gây ra rối loạn di truyền.
5. Xác định mức độ di truyền và khả năng miễn dịch đối với các rối loạn khác nhau.
6. Lưu trữ thông tin trong các cơ sở dữ liệu.
7. Cải thiện các công cụ để phân tích dữ liệu.
8. Tìm hiểu các khả năng chuyển giao công nghệ được phát triển trong HGP sang công nghiệp.
9. Dự án có thể dẫn đến nhiều vấn đề đạo đức, pháp lý và xã hội (ELSI) phải được giải quyết và giải quyết.
Dự án đã được dự kiến hoàn thành để giải trình tự vào năm 2003. Vào ngày 12 tháng 2 năm 2001, một thông báo chính thức về việc hoàn thành dự án đã được đưa ra. Tuy nhiên, thông báo về trình tự các nhiễm sắc thể riêng lẻ được đưa ra vào tháng 5 năm 2006 với việc hoàn thành việc gán các chuỗi nucleotide cho nhiễm sắc thể I.
Phương pháp luận:
Có hai loại phương pháp để phân tích bộ gen,
(i) Xác định tất cả các gen được biểu thị dưới dạng các chuỗi trình bày RNA hoặc ESTs
(ii) Sắp xếp toàn bộ bộ gen (cả vùng mã hóa và vùng không mã hóa) và sau đó gán các vùng khác nhau với chú thích chức năng.
HGP tuân theo phương pháp thứ hai bao gồm các bước sau.
(i) Toàn bộ DNA của tế bào được phân lập và phá vỡ ngẫu nhiên thành các mảnh,
(ii) Chúng được chèn vào các vectơ chuyên biệt như В chờ (nhiễm sắc thể nhân tạo của vi khuẩn) và YAC (nhiễm sắc thể nhân tạo men),
(iii) Các mảnh được nhân bản trong vật chủ thích hợp như vi khuẩn và nấm men. PCR (phản ứng chuỗi polymerase) cũng có thể được sử dụng để nhân bản hoặc tạo bản sao của các đoạn DNA,
(iv) Các đoạn được sắp xếp theo trình tự DNA chú thích (một nhánh của phương pháp được phát triển bởi người đoạt giải Nobel kép, Frederick Sanger),
(v) Các trình tự sau đó được sắp xếp trên cơ sở một số vùng chồng chéo. Nó đòi hỏi phải tạo ra các mảnh vỡ chồng chéo để giải trình tự,
(vi) Các chương trình dựa trên máy tính đã được sử dụng để sắp xếp các chuỗi.
(vii) Các trình tự sau đó được chú thích và gán cho các nhiễm sắc thể khác nhau. Tất cả các nhiễm sắc thể của con người đã được giải trình tự, 22 nhiễm sắc thể, X và Y. Nhiễm sắc thể I lần cuối được giải trình tự vào tháng 5 năm 2006. (viii) Với sự trợ giúp của đa hình trong microsatellites và hạn chế các vị trí nhận biết endonuclease, bản đồ di truyền và vật lý của bản đồ bộ gen cũng đã được chuẩn bị.
Đặc điểm nổi bật của bộ gen người:
1. Bộ gen người có 3, 1647 tỷ cặp nucleotide.
2. Kích thước gen trung bình là 3000 cặp cơ sở. Gen lớn nhất là bệnh loạn dưỡng cơ Duchenne trên nhiễm sắc thể X. Nó có 2, 4 triệu (2400 kilo) cặp cơ sở. Các gen B-globin và insulin dưới 10 kilobase.
3. Bộ gen của con người bao gồm khoảng 30.000 gen. Trước đây, nó được ước tính chứa 80.000 đến 100.000 gen. Số lượng gen của con người là giống như của chuột. Chín phần mười gen giống hệt với chuột. Chúng ta có số lượng gen nhiều hơn gấp đôi (Drosophila melanogaster) và gấp sáu lần so với vi khuẩn Escherichia coli.
Kích thước của bộ gen hoặc số lượng gen không liên quan đến sự phức tạp của tổ chức cơ thể, ví dụ, Lily có DNA gấp 18 lần bộ gen của con người, nhưng nó tạo ra ít protein hơn chúng ta vì DNA của nó có nhiều intron và ít exon hơn.
4. Nhiễm sắc thể I có 2968 gen trong khi nhiễm sắc thể Y có 231 gen. Chúng là các gen tối đa và tối thiểu cho nhiễm sắc thể của con người.
5. Chức năng của hơn 50% gen được phát hiện là không rõ.
6. Ít hơn 2% bộ gen đại diện cho các gen cấu trúc mã hóa protein.
7. 99, 9% cơ sở nucleotide hoàn toàn giống nhau ở tất cả mọi người.
8. Chỉ 0, 1% bộ gen của con người với khoảng 3, 2 triệu nucleotide đại diện cho sự biến đổi quan sát được ở con người.
9. Tại khoảng 1, 4 triệu vị trí xảy ra sự khác biệt nucleotide đơn gọi là SNPs (snips) hoặc đa hình nucleotide đơn. Họ có khả năng giúp tìm các vị trí nhiễm sắc thể cho các chuỗi bệnh liên quan và truy tìm lịch sử loài người.
10. Trình tự lặp đi lặp lại hoặc lặp đi lặp lại chiếm một phần lớn trong bộ gen của con người. Có khoảng 30.000 minisatocate loci, mỗi cái có 11 -60 bp lặp đi lặp lại lên tới hàng nghìn lần. Đây là khoảng 2.00.000 microsatellites, mỗi lần có tối đa 10 bp lặp lại 10 - 100 lần.
11. Trình tự lặp lại là trình tự nucleotide được lặp lại nhiều lần, đôi khi hàng trăm đến hàng nghìn lần. Chúng không có chức năng mã hóa trực tiếp nhưng cung cấp thông tin về cấu trúc, động lực và sự tiến hóa của nhiễm sắc thể.
12. Khoảng 1 triệu bản sao của các chuỗi cơ sở 5-8 ngắn lặp đi lặp lại được tập hợp xung quanh tâm động và gần đầu nhiễm sắc thể. Họ đại diện cho DNA rác.
Ứng dụng và những thách thức trong tương lai:
1. Rối loạn:
Hơn 1200 gen chịu trách nhiệm cho các bệnh tim mạch phổ biến ở người, bệnh nội tiết (như tiểu đường), rối loạn thần kinh (như bệnh Alzheimer), ung thư và nhiều bệnh khác.
2. Hủy bỏ:
Những nỗ lực đang được tiến hành để xác định các gen sẽ thay đổi các tế bào ung thư thành bình thường.
3. Chăm sóc sức khỏe:
Nó sẽ chỉ ra triển vọng cho một cuộc sống lành mạnh hơn, thuốc thiết kế, chế độ ăn uống biến đổi gen và cuối cùng là bản sắc di truyền của chúng tôi.
4. Tương tác:
Có thể nghiên cứu cách thức các gen và protein khác nhau làm việc trong một mạng lưới liên kết với nhau.
5. Nghiên cứu về các mô.
Tất cả các gen hoặc bản sao trong một mô, cơ quan hoặc khối u cụ thể có thể được phân tích để biết nguyên nhân của hiệu ứng được tạo ra trong đó.
6. Sinh vật không phải người:
Thông tin về khả năng tự nhiên của sinh vật không phải người có thể được sử dụng để đáp ứng những thách thức trong chăm sóc sức khỏe, nông nghiệp, sản xuất năng lượng và khắc phục môi trường. Đối với điều này, một số sinh vật mẫu đã được giải trình tự, ví dụ, vi khuẩn, nấm men Coenorhabd viêm Elegans (tuyến trùng sống không gây bệnh), Droso- phila (có hiệu quả), Rice, Arabidopsis, v.v.
