stringtranslate.com

Проект генома человека

Логотип проекта «Геном человека»

Проект «Геном человека» ( HGP ) был международным научно-исследовательским проектом, целью которого было определение пар оснований , составляющих ДНК человека , а также выявление, картирование и секвенирование всех генов генома человека как с физической, так и с функциональной точки зрения. Он начался в 1990 году и был завершен в 2003 году . [1] Он остается крупнейшим в мире совместным биологическим проектом. [2] Планирование проекта началось в 1984 году правительством США , и он официально стартовал в 1990 году. Он был объявлен завершенным 14 апреля 2003 года и включал около 92% генома. [3] Уровень «полного генома» был достигнут в мае 2021 года, при этом только 0,3% оснований были покрыты потенциальными проблемами. [4] [5] Окончательная сборка без зазоров была завершена в январе 2022 года. [6]

Финансирование осуществлялось правительством США через Национальные институты здравоохранения (NIH), а также множеством других групп со всего мира. Параллельный проект был реализован за пределами правительства корпорацией Celera , или Celera Genomics, которая была официально запущена в 1998 году. Большая часть спонсируемого правительством секвенирования была выполнена в двадцати университетах и ​​исследовательских центрах в США , Великобритании , Японии , Франции , Германии и Китае , [7] работающих в Международном консорциуме по секвенированию генома человека (IHGSC).

Проект «Геном человека» изначально был нацелен на картирование полного набора нуклеотидов , содержащихся в гаплоидном референсном геноме человека , которых насчитывается более трех миллиардов. Геном любого отдельного человека уникален; картирование генома человека включало секвенирование образцов, собранных у небольшого числа людей, а затем сборку секвенированных фрагментов для получения полной последовательности для каждой из 23 пар человеческих хромосом (22 пары аутосом и пара половых хромосом, известных как аллосомы). Таким образом, готовый геном человека представляет собой мозаику, не представляющую ни одного отдельного человека. Большая часть полезности проекта исходит из того факта, что подавляющее большинство генома человека одинаково у всех людей.

История

Проект «Геном человека» был 13-летним финансируемым государством проектом, начатым в 1990 году с целью определения последовательности ДНК всего эухроматического генома человека в течение 13 лет. [8] [9] Идея такого проекта возникла в работе Рональда А. Фишера , чья работа также считается более поздним инициатором проекта. [10]

В мае 1985 года Роберт Синсхаймер организовал семинар в Калифорнийском университете в Санта-Крусе , чтобы обсудить возможность создания систематического референсного генома с использованием технологий секвенирования генов. [11] В марте 1986 года семинар в Санта-Фе был организован Чарльзом ДеЛизи и Дэвидом Смитом из Управления исследований здравоохранения и окружающей среды (OHER) Министерства энергетики . [12] В то же время Ренато Дульбекко , президент Института биологических исследований Солка , впервые предложил концепцию секвенирования всего генома в эссе в журнале Science . [13] Опубликованная работа под названием «Поворотный момент в исследовании рака: секвенирование генома человека» была сокращена с первоначального предложения использовать последовательность для понимания генетической основы рака молочной железы. [14] Джеймс Уотсон , один из первооткрывателей двойной спирали ДНК в 1950-х годах, последовал за ним два месяца спустя с семинаром, проведенным в лаборатории Колд-Спринг-Харбор. Таким образом, идея получения референтной последовательности имела три независимых источника: Синсхаймер, Дульбекко и ДеЛизи. В конечном итоге именно действия ДеЛизи положили начало проекту. [15] [16] [17] [18]

Тот факт, что семинар в Санта-Фе был мотивирован и поддержан федеральным агентством, открыл путь, хотя и трудный и извилистый, [19] для преобразования идеи в государственную политику в Соединенных Штатах. В служебной записке помощнику секретаря по энергетическим исследованиям Элвину Трайвелпису тогдашний директор OHER Чарльз ДеЛизи изложил общий план проекта. [20] Это положило начало долгой и сложной цепочке событий, которая привела к одобренному перепрограммированию фондов, что позволило OHER запустить проект в 1986 году и рекомендовать первую строку для HGP, которая была в бюджетном представлении президента Рейгана 1988 года, [19] и в конечном итоге одобрена Конгрессом. Особое значение для одобрения Конгрессом имела поддержка сенатора Нью-Мексико Пита Доменичи , с которым ДеЛизи подружился. [21] Доменичи возглавлял Комитет Сената по энергетике и природным ресурсам, а также Бюджетный комитет, оба из которых были ключевыми в бюджетном процессе Министерства энергетики. Конгресс добавил сопоставимую сумму в бюджет NIH, тем самым положив начало официальному финансированию обоими агентствами. [ необходима цитата ]

Trivelpiece запросил и получил одобрение предложения DeLisi от заместителя секретаря Уильяма Флинна Мартина . Эта диаграмма [22] использовалась Trivelpiece весной 1986 года, чтобы проинформировать Мартина и заместителя секретаря Джозефа Сальгадо о его намерении перепрограммировать 4 миллиона долларов для начала проекта с одобрения Джона С. Херрингтона . [ требуется ссылка ] За этим перепрограммированием последовал бюджет в размере 13 миллионов долларов в бюджетном представлении администрации Рейгана Конгрессу на 1987 год. [12] Впоследствии он был принят обеими палатами. Проект планировалось завершить в течение 15 лет. [23]

Предложение Уильяму Ф. Мартину о запуске проекта «Геном человека»

В 1990 году два основных финансирующих агентства, DOE и Национальные институты здравоохранения , разработали меморандум о взаимопонимании с целью координации планов и установления даты начала проекта на 1990 год. [24] В то время Дэвид Дж. Галас был директором переименованного «Управления биологических и экологических исследований» в Управлении науки Министерства энергетики США, а Джеймс Уотсон возглавлял Программу генома NIH. В 1993 году Аристидес Патринос сменил Галаса, а Фрэнсис Коллинз сменил Уотсона, взяв на себя роль общего руководителя проекта в качестве директора Национального центра исследований генома человека NIH (который позже стал Национальным институтом исследований генома человека ). Рабочий проект генома был анонсирован в 2000 году, а описывающие его документы были опубликованы в феврале 2001 года. Более полный проект был опубликован в 2003 году, и работа по «доработке» генома продолжалась более десяти лет после этого. [ необходима ссылка ]

Проект стоимостью 3 миллиарда долларов был официально основан в 1990 году Министерством энергетики США и Национальными институтами здравоохранения и, как ожидалось, должен был занять 15 лет. [25] Помимо Соединенных Штатов, в международный консорциум вошли генетики из Великобритании, Франции, Австралии, Китая и множества других спонтанных связей. [26] Проект в конечном итоге обошелся меньше, чем ожидалось, примерно в 2,7 миллиарда долларов (что эквивалентно примерно 5 миллиардам долларов в 2021 году). [7] [27] [28]

Две технологии позволили осуществить проект: картирование генов и секвенирование ДНК . Метод картирования генов полиморфизма длины рестрикционных фрагментов (ПДРФ) возник в результате поиска местоположения гена рака молочной железы Марком Сколником из Университета Юты, [29] который начался в 1974 году. [30] Увидев маркер сцепления для гена, в сотрудничестве с Дэвидом Ботштейном , Рэй Уайт и Рон Дэвис придумали способ построения генетической карты сцепления генома человека. Это позволило ученым начать более масштабные работы по геному человека. [31]

Благодаря широкому международному сотрудничеству и достижениям в области геномики (особенно в анализе последовательностей ), а также параллельным достижениям в области вычислительных технологий, «черновик» генома был завершен в 2000 году (объявлен совместно президентом США Биллом Клинтоном и премьер-министром Великобритании Тони Блэром 26 июня 2000 года). [32] [33] Эта первая доступная черновая сборка генома была завершена Группой геномной биоинформатики Калифорнийского университета в Санта-Крузе , в основном под руководством тогдашнего аспиранта Джима Кента и его научного руководителя Дэвида Хаусслера . [34] Продолжающееся секвенирование привело к объявлению о практически полном геноме 14 апреля 2003 года, на два года раньше запланированного. [35] [36] В мае 2006 года был пройден еще один рубеж на пути к завершению проекта, когда последовательность самой последней хромосомы была опубликована в Nature . [37]

Ниже перечислены различные учреждения, компании и лаборатории, которые, по данным NIH , принимали участие в проекте «Геном человека» : [7]

Состояние завершения

Примечательно, что проект не смог секвенировать всю ДНК, обнаруженную в клетках человека ; скорее, целью было секвенировать только эухроматические регионы ядерного генома, которые составляют 92,1% генома человека. Остальные 7,9% находятся в разбросанных гетерохроматических регионах, таких как те, что обнаружены в центромерах и теломерах . Эти регионы по своей природе, как правило, сложнее секвенировать, и поэтому не были включены в первоначальные планы проекта. [38]

Проект «Геном человека» (HGP) был объявлен завершенным в апреле 2003 года. Первоначальный черновой вариант генома человека был доступен в июне 2000 года, а к февралю 2001 года был завершен и опубликован рабочий вариант, за которым последовало окончательное секвенирование генома человека 14 апреля 2003 года. Хотя сообщалось, что это покрывает 99% эухроматического генома человека с точностью 99,99%, основная оценка качества последовательности генома человека была опубликована 27 мая 2004 года, указав, что более 92% выборки превысили точность 99,99%, что соответствовало намеченной цели. [39]

В марте 2009 года Консорциум по референтным геномам (GRC) опубликовал более точную версию генома человека, но в ней все еще оставалось более 300 пробелов [40] , тогда как в 2015 году таких пробелов оставалось 160 [41].

Хотя в мае 2020 года GRC сообщил о 79 «неразрешенных» пробелах, [42] что составляет до 5% человеческого генома, [43] несколько месяцев спустя применение новых методов дальнего секвенирования и клеточной линии, полученной из пузырного заноса , в которой обе копии каждой хромосомы идентичны, привело к первой по-настоящему полной последовательности человеческой хромосомы от теломеры до теломеры, X- хромосомы . [44] Аналогичным образом, несколько месяцев спустя была получена полная последовательность человеческой аутосомной хромосомы 8 от конца до конца . [45]

В 2021 году было сообщено, что консорциум Telomere-to-Telomere (T2T) заполнил все пробелы, за исключением пяти, в повторяющихся областях рибосомной ДНК. [46] Спустя несколько месяцев эти пробелы также были закрыты. Полная последовательность не содержала Y-хромосому , которая заставляет эмбрион становиться мужским полом, поскольку она отсутствовала в клеточной линии, которая служила источником для анализируемой ДНК. Около 0,3% полной последовательности оказалось трудно проверить на качество, и, таким образом, они могли содержать ошибки, [47] которые были направлены на подтверждение. [48] В апреле 2022 года была официально опубликована полная последовательность не-Y-хромосомы, что дало представление о большей части из 8% генома, оставленных HGP. [49] В декабре 2022 года в статье- препринте утверждалось, что секвенирование оставшихся недостающих областей Y-хромосомы было выполнено, тем самым завершив секвенирование всех 24 человеческих хромосом. [50] В августе 2023 года этот препринт был наконец опубликован. [51] [52]

Заявки и предлагаемые преимущества

Секвенирование генома человека имеет преимущества для многих областей, от молекулярной медицины до эволюции человека . Проект «Геном человека», посредством секвенирования ДНК, может помочь исследователям понять заболевания, включая: генотипирование определенных вирусов для определения соответствующего лечения; идентификацию мутаций, связанных с различными формами рака ; разработку лекарств и более точное прогнозирование их эффектов; прогресс в судебно- медицинской экспертизе; биотопливо и другие энергетические приложения; сельское хозяйство , животноводство , биопереработка ; оценка риска ; биоархеология , антропология и эволюция . Последовательность ДНК хранится в базах данных , доступных любому человеку в Интернете . Национальный центр биотехнологической информации США (и родственные организации в Европе и Японии) размещают последовательность гена в базе данных, известной как GenBank , вместе с последовательностями известных и гипотетических генов и белков. Другие организации, такие как UCSC Genome Browser в Калифорнийском университете в Санта-Крусе [53] и Ensembl [54] представляют дополнительные данные и аннотации, а также мощные инструменты для их визуализации и поиска. Были разработаны компьютерные программы для анализа данных, поскольку сами данные трудно интерпретировать без таких программ. В целом, достижения в технологии секвенирования генома следовали закону Мура , концепции из компьютерной науки, которая гласит, что сложность интегральных схем может увеличиваться с экспоненциальной скоростью. [55] Это означает, что скорости, с которыми могут быть секвенированы целые геномы, могут увеличиваться с аналогичной скоростью, как это было замечено во время разработки проекта «Геном человека».

Методы и анализ

Процесс определения границ между генами и другими признаками в необработанной последовательности ДНК называется аннотацией генома и относится к области биоинформатики . Хотя эксперты-биологи являются лучшими аннотаторами, их работа продвигается медленно, и компьютерные программы все чаще используются для удовлетворения высокопроизводительных требований проектов по секвенированию генома. Начиная с 2008 года, была введена новая технология, известная как РНК-секвенирование , которая позволила ученым напрямую секвенировать информационную РНК в клетках. Это заменило предыдущие методы аннотации, которые полагались на неотъемлемые свойства последовательности ДНК, на прямое измерение, которое было намного точнее. Сегодня аннотация человеческого генома и других геномов в первую очередь опирается на глубокое секвенирование транскриптов в каждой человеческой ткани с использованием РНК-секвенирования. Эти эксперименты показали, что более 90% генов содержат по крайней мере один, а обычно несколько альтернативных вариантов сплайсинга, в которых экзоны объединяются разными способами для получения 2 или более генных продуктов из одного и того же локуса. [56]

Геном, опубликованный HGP, не представляет последовательность генома каждого отдельного человека. Это объединенная мозаика небольшого числа анонимных доноров африканского, европейского и восточноазиатского происхождения. Геном HGP является основой для будущей работы по выявлению различий между людьми. [ необходима цитата ] Последующие проекты секвенировали геномы нескольких отдельных этнических групп, хотя по состоянию на 2019 год все еще существует только один «референсный геном». [57]

Выводы

Основные выводы проекта (2001) и полной (2004) последовательности генома включают:

  1. У человека насчитывается около 22 300 [58] генов, кодирующих белки, что соответствует их числу у других млекопитающих.
  2. Геном человека имеет значительно больше сегментных дупликаций (почти идентичных, повторяющихся участков ДНК), чем предполагалось ранее. [59] [60] [61]
  3. На момент публикации чернового варианта последовательности менее 7% семейств белков, по-видимому, были специфичны для позвоночных. [62]

Достижения

Первая распечатка генома человека, представленная в виде серии книг, экспонируется в Wellcome Collection в Лондоне.

Геном человека содержит приблизительно 3,1 миллиарда пар оснований . [63] Проект «Геном человека» был начат в 1990 году с целью секвенирования и идентификации всех пар оснований в наборе генетических инструкций человека, поиска генетических корней заболеваний и последующей разработки методов лечения. Он считается мегапроектом .

Геном был разбит на более мелкие части; приблизительно 150 000 пар оснований в длину. [64] Затем эти части были лигированы в тип вектора, известный как « бактериальные искусственные хромосомы » или BAC, которые получены из бактериальных хромосом, которые были генетически сконструированы. Векторы, содержащие гены, могут быть вставлены в бактерии, где они копируются бактериальным аппаратом репликации ДНК . Затем каждый из этих фрагментов был секвенирован отдельно как небольшой проект « дробовика », а затем собран. Более крупные, 150 000 пар оснований, идут вместе, чтобы создать хромосомы. Это известно как подход « иерархического дробовика », потому что геном сначала разбивается на относительно большие куски, которые затем сопоставляются с хромосомами, прежде чем быть выбранными для секвенирования. [65] [66]

Финансирование осуществлялось правительством США через Национальные институты здравоохранения в Соединенных Штатах и ​​благотворительную организацию Великобритании Wellcome Trust , а также многочисленные другие группы со всего мира. Финансирование поддерживало ряд крупных центров секвенирования, включая Whitehead Institute , Wellcome Sanger Institute (тогда называвшийся The Sanger Centre), базирующийся в Wellcome Genome Campus , Washington University в Сент-Луисе и Baylor College of Medicine . [25] [67]

Организация Объединенных Наций по вопросам образования, науки и культуры (ЮНЕСКО) служила важным каналом для вовлечения развивающихся стран в проект «Геном человека». [68]

Государственный и частный подходы

В 1998 году американский исследователь Крейг Вентер и его фирма Celera Genomics начали похожее, финансируемое из частных источников, исследование . Вентер был ученым в NIH в начале 1990-х годов, когда был инициирован проект. Проект Celera стоимостью 300 миллионов долларов должен был осуществляться более быстрыми темпами и за часть стоимости проекта, финансируемого государством, стоимостью примерно 3 миллиарда долларов . В то время как проект Celera сосредоточил свои усилия на производственном секвенировании и сборке генома человека, государственный HGP также финансировал картирование и секвенирование геномов червей , мух и дрожжей , финансирование баз данных, разработку новых технологий, поддержку программ биоинформатики и этики, а также шлифовку и оценку сборки генома. [69] Как Celera, так и государственный подход потратили около 250 миллионов долларов на усилия по производственному секвенированию. [70] Для сборки последовательности Celera использовала общедоступные карты в GenBank , которые Celera могла генерировать, но доступность которых была «выгодна» для финансируемого из частных источников проекта. [59]

Компания Celera использовала метод, называемый «секвенированием полного генома методом дробовика» , с использованием парного концевого секвенирования [71], который использовался для секвенирования бактериальных геномов длиной до шести миллионов пар оснований, но не для чего-либо столь большого, как человеческий геном из трех миллиардов пар оснований.

Celera изначально заявила, что будет добиваться патентной защиты «только 200–300» генов, но позже изменила это на поиск «защиты интеллектуальной собственности» на «полностью охарактеризованные важные структуры», составляющие 100–300 целей. В конечном итоге фирма подала предварительные («заполняющие») патентные заявки на 6500 полных или частичных генов. Celera также пообещала опубликовать свои выводы в соответствии с условиями «Бермудского заявления » 1996 года, публикуя новые данные ежегодно (HGP публиковал свои новые данные ежедневно), хотя, в отличие от финансируемого государством проекта, они не разрешали свободное распространение или научное использование данных. По этой причине финансируемые государством конкуренты были вынуждены опубликовать первый проект генома человека раньше Celera. 7 июля 2000 года Группа биоинформатики генома Калифорнийского университета в Санта-Крузе опубликовала первый рабочий проект в Интернете. Научное сообщество загрузило около 500 ГБ информации с сервера генома Калифорнийского университета в Санта-Крузе за первые 24 часа бесплатного и неограниченного доступа. [72]

В марте 2000 года президент Клинтон вместе с премьер-министром Тони Блэром в двойном заявлении настоятельно призвали всех исследователей, желающих исследовать последовательность, иметь «неограниченный доступ» к последовательности генома. [73] Заявление привело к резкому падению акций Celera и потянуло вниз Nasdaq, в котором преобладает биотехнология . Сектор биотехнологий потерял около 50 миллиардов долларов рыночной капитализации за два дня. [ необходима цитата ]

Хотя рабочий проект был анонсирован в июне 2000 года, только в феврале 2001 года Celera и ученые HGP опубликовали подробности своих проектов. Специальные выпуски Nature (где была опубликована научная статья финансируемого государством проекта ) [59] описали методы, использованные для создания проекта последовательности, и предложили анализ последовательности. Эти проекты охватывали около 83% генома (90% эухроматиновых регионов с 150 000 пробелов, а порядок и ориентация многих сегментов еще не были установлены). В феврале 2001 года, во время совместных публикаций, в пресс-релизах было объявлено, что проект был завершен обеими группами. Улучшенные проекты были анонсированы в 2003 и 2005 годах, заполняя примерно 92% последовательности на данный момент. [ необходима цитата ]

Доноры генома

В государственном секторе HGP Международного консорциума по секвенированию генома человека (IHGSC) исследователи собирали образцы крови (женщин) или спермы (мужчин) у большого количества доноров. Только несколько из многих собранных образцов были обработаны как ресурсы ДНК. Таким образом, личности доноров были защищены, так что ни доноры, ни ученые не могли знать, чья ДНК была секвенирована. Клоны ДНК, взятые из многих различных библиотек, использовались в общем проекте, причем большинство этих библиотек были созданы Питером Дж. де Йонгом. Большая часть последовательности (>70%) референсного генома , произведенного государственным HGP, была получена от одного анонимного донора-мужчины из Буффало, штат Нью-Йорк ( кодовое название RP11; «RP» относится к Roswell Park Comprehensive Cancer Center ). [74] [75]

Схематическая кариограмма человека, показывающая обзор генома человека , с 22 гомологичными хромосомами , как женской (XX), так и мужской (XY) версиями половой хромосомы (внизу справа), а также митохондриальный геном (для масштабирования в нижнем левом углу). Синяя шкала слева от каждой пары хромосом (и митохондриального генома) показывает ее длину в миллионах пар оснований ДНК .

Ученые HGP использовали лейкоциты из крови двух доноров-мужчин и двух доноров-женщин (случайно выбранных из 20 каждого) – каждый донор дал отдельную библиотеку ДНК. Одна из этих библиотек (RP11) использовалась значительно чаще других из-за соображений качества. Одна небольшая техническая проблема заключается в том, что мужские образцы содержат чуть более половины ДНК из половых хромосом (одна X-хромосома и одна Y-хромосома ) по сравнению с женскими образцами (которые содержат две X-хромосомы ). Остальные 22 хромосомы (аутосомы) одинаковы для обоих полов.

Хотя основная фаза секвенирования HGP была завершена, исследования вариаций ДНК продолжались в рамках Международного проекта HapMap , целью которого было выявление закономерностей групп однонуклеотидного полиморфизма (SNP) (называемых гаплотипами , или «haps»). Образцы ДНК для HapMap были получены в общей сложности от 270 человек: народности йоруба в Ибадане , Нигерия ; японцев в Токио ; китайцев хань в Пекине ; и ресурса Французского центра изучения полиморфизма человека (CEPH), который состоял из жителей Соединенных Штатов, имеющих предков из Западной и Северной Европы .

В проекте частного сектора Celera Genomics для секвенирования использовалась ДНК пяти разных людей. Ведущий ученый Celera Genomics того времени, Крейг Вентер, позже признал (в открытом письме в журнал Science ), что его ДНК была одним из 21 образца в пуле, пять из которых были отобраны для использования. [76] [77]

Разработки

Имея последовательность на руках, следующим шагом стало выявление генетических вариантов, которые увеличивают риск распространенных заболеваний, таких как рак и диабет. [24] [64]

Ожидается, что детальное знание генома человека откроет новые возможности для развития медицины и биотехнологии . Явные практические результаты проекта появились еще до завершения работы. Например, ряд компаний, таких как Myriad Genetics , начали предлагать простые способы проведения генетических тестов, которые могут показать предрасположенность к различным заболеваниям, включая рак груди , нарушения гемостаза , муковисцидоз , заболевания печени и многие другие. Кроме того, считается, что этиология рака , болезни Альцгеймера и других областей клинического интереса, вероятно, выиграет от информации о геноме и, возможно, в долгосрочной перспективе может привести к значительным достижениям в их лечении. [ 78] [79]

Также есть много ощутимых преимуществ для биологов. Например, исследователь, изучающий определенную форму рака , может сузить свой поиск до определенного гена. Посетив базу данных генома человека во Всемирной паутине , этот исследователь может изучить то, что другие ученые написали об этом гене, включая (потенциально) трехмерную структуру его продукта, его функции, его эволюционные связи с другими человеческими генами или с генами у мышей, дрожжей или плодовых мушек, возможные вредные мутации, взаимодействия с другими генами, тканями тела, в которых этот ген активируется, и заболеваниями, связанными с этим геном или другими типами данных. Кроме того, более глубокое понимание процессов заболевания на уровне молекулярной биологии может определить новые терапевтические процедуры. Учитывая установленную важность ДНК в молекулярной биологии и ее центральную роль в определении фундаментальной работы клеточных процессов , вполне вероятно, что расширенные знания в этой области будут способствовать медицинским достижениям во многих областях клинического интереса, которые могли бы быть невозможны без них. [80]

Анализ сходств между последовательностями ДНК разных организмов также открывает новые пути в изучении эволюции . Во многих случаях эволюционные вопросы теперь можно сформулировать в терминах молекулярной биологии ; действительно, многие основные эволюционные вехи (появление рибосомы и органелл , развитие эмбрионов с планом тела, иммунная система позвоночных ) могут быть связаны с молекулярным уровнем. Ожидается, что многие вопросы о сходствах и различиях между людьми и их ближайшими родственниками ( приматами и, конечно, другими млекопитающими ) будут освещены данными в этом проекте. [78] [81]

Проект вдохновил и проложил путь для геномной работы в других областях, таких как сельское хозяйство. Например, изучая генетический состав Tritium aestivum , наиболее часто используемой в мире пшеницы, было получено большое понимание того, как одомашнивание повлияло на эволюцию растения. [82] Изучается, какие локусы наиболее восприимчивы к манипуляциям, и как это проявляется в эволюционных терминах. Генетическое секвенирование позволило впервые ответить на эти вопросы, поскольку определенные локусы можно сравнивать в диких и одомашненных штаммах растения. Это позволит добиться прогресса в генетической модификации в будущем, что может привести к получению более здоровых и устойчивых к болезням культур пшеницы, среди прочего.

Этические, правовые и социальные вопросы

В начале проекта «Геном человека» было высказано несколько этических, правовых и социальных опасений относительно того, как возросшие знания о геноме человека могут быть использованы для дискриминации людей . Одной из главных проблем большинства людей был страх того, что как работодатели, так и компании медицинского страхования откажутся нанимать людей или откажутся предоставлять им страховку из-за проблем со здоровьем, на которые указывают чьи-то гены. [83] В 1996 году Соединенные Штаты приняли Закон о переносимости и подотчетности медицинского страхования (HIPAA), который защищает от несанкционированного и несогласованного раскрытия индивидуально идентифицируемой медицинской информации любому субъекту, не участвующему активно в предоставлении медицинских услуг пациенту. [84]

Наряду с выявлением всех приблизительно 20 000–25 000 генов в геноме человека (по оценкам, от 80 000 до 140 000 в начале проекта), проект «Геном человека» также стремился решить этические, правовые и социальные проблемы, которые были созданы в начале проекта. [85] Для этого в 1990 году была основана программа «Этические, правовые и социальные последствия» (ELSI). Пять процентов годового бюджета было выделено на решение ELSI, возникших в результате проекта. [25] [86] Этот бюджет начался примерно с 1,57 миллиона долларов в 1990 году, но увеличился примерно до 18 миллионов долларов в 2014 году. [87]

Хотя проект может принести значительную пользу медицине и научным исследованиям, некоторые авторы подчеркивают необходимость рассмотрения потенциальных социальных последствий картирования генома человека. Историк науки Ханс-Йорг Райнбергер писал, что «перспектива «молекуляризации» болезней и их возможного излечения окажет глубокое влияние на то, чего пациенты ожидают от медицинской помощи, и на восприятие болезней новым поколением врачей». [88]

В июле 2024 года расследование журнала Undark Magazine [89] и совместное с STAT News [90] впервые выявило несколько этических ошибок ученых, возглавляющих проект «Геном человека». Главным из них было использование примерно 75 процентов ДНК одного донора при построении референтного генома, несмотря на формы информированного согласия, предоставленные каждому из 20 участвующих анонимных доноров, в которых указывалось, что будет использовано не более 10 процентов ДНК любого донора. Около 10 процентов референтного генома принадлежали одному из ведущих ученых проекта, Питеру Де Йонгу. [89]

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ Харшит Сингх (2024). Взлом кода жизни (телевизионное шоу). Служба общественного вещания .
  2. ^ "Экономическое воздействие проекта "Геном человека" – Battelle" (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 23 декабря 2012 года . Получено 1 августа 2013 года .
  3. ^ «Завершение проекта «Геном человека»: часто задаваемые вопросы». Национальный институт исследований генома человека (NHGRI) .
  4. ^ "CHM13 T2T v1.1 – Геном – Сборка – NCBI". www.ncbi.nlm.nih.gov . Получено 16 июня 2021 г. .
  5. ^ "Genome List – Genome – NCBI". www.ncbi.nlm.nih.gov . Получено 16 июня 2021 г. .
  6. ^ "T2T-CHM13v2.0 – Геном – Сборка – NCBI". www.ncbi.nlm.nih.gov . Получено 14 июня 2022 г. .
  7. ^ abc «Завершение проекта «Геном человека»: часто задаваемые вопросы». genome.gov .
  8. ^ "Проект генома человека: секвенирование генома человека | Learn Science at Scitable". Nature . Получено 25 января 2016 г. .
  9. ^ «История проекта генома человека». web.ornl.gov .
  10. ^ Эдвардс, AWF (2013). Малой, Стэнли Р.; Хьюз, Келли (ред.). Энциклопедия генетики Бреннера (2-е изд.). Лондон: Academic Press, Elsevier Science. стр. 48–49. ISBN 978-0-08-096156-9.
  11. ^ Sinsheimer RL (ноябрь 1989 г.). «Семинар в Санта-Крусе – май 1985 г. и». Genomics . 5 (4): 954–956. doi :10.1016/0888-7543(89)90142-0. PMID  2591974.
  12. ^ ab DeLisi C (октябрь 2008 г.). «Встречи, изменившие мир: Санта-Фе 1986: детские шаги генома человека». Nature . 455 (7215): 876–877. Bibcode :2008Natur.455..876D. doi : 10.1038/455876a . PMID  18923499. S2CID  41637733.
  13. ^ Дульбекко Р. (март 1986 г.). «Поворотный момент в исследовании рака: секвенирование генома человека». Science . 231 (4742): 1055–1056. Bibcode :1986Sci...231.1055D. doi :10.1126/science.3945817. PMID  3945817.
  14. ^ Кук-Диган, Роберт М. (1994). Генные войны: наука, политика и геном человека . Нью-Йорк: WW Norton. стр. 108.
  15. ^ «Президент Клинтон награждает Президентские гражданские медали». clintonwhitehouse5.archives.gov .
  16. ^ "Файл:Мемориальная доска в честь проекта «Геном человека» возле бывшего офиса Чарльза ДеЛизи в DOE.png – Wikimedia Commons".
  17. ^ Энциклопедия изобретений Беватрона: сборник технологических прорывов, революционных открытий и научных прорывов, изменивших мир. Проект «Геном человека», Чарльз ДеЛизи, стр. 360–362.
  18. ^ Истоки проекта «Геном человека»: политическая история – Боб Кук-Диган https://www.youtube.com/watch?v=-opMu4Ld21Q&t=3885s
  19. ^ ab Gene Wars, Op.Cit. п. 102.
  20. ^ "Поиск". georgetown.edu .
  21. ^ "Президент Клинтон вручает президентские гражданские медали". nara.gov . Архивировано из оригинала 1 августа 2012 года . Получено 6 августа 2014 года .
  22. ^ "Архивная копия". Архивировано из оригинала 3 марта 2016 года . Получено 19 августа 2013 года .{{cite web}}: CS1 maint: архивная копия как заголовок ( ссылка )
  23. ^ DeLisi C (1988). «Проект генома человека». American Scientist . 76 (5): 488. Bibcode : 1988AmSci..76..488D.
  24. ^ ab "О проекте "Геном человека": Что такое проект "Геном человека". Информационная система управления геномом человека (HGMIS). 18 июля 2011 г. Архивировано из оригинала 2 сентября 2011 г. Получено 2 сентября 2011 г.
  25. ^ abc Архив информации о геноме человека. "О проекте "Геном человека"". Министерство энергетики США и программа проекта "Геном человека". Архивировано из оригинала 2 сентября 2011 г. Получено 1 августа 2013 г.
  26. ^ Коллинз Ф., Галас Д. (1 октября 1993 г.). «Новый пятилетний план для Соединенных Штатов: программа генома человека». Национальный институт исследований генома человека . Получено 1 августа 2013 г.
  27. ^ «Жизнь на Земле должна быть подвергнута анализу ДНК во имя сохранения». Nature . 563 (7730): 155–156. Ноябрь 2018. Bibcode :2018Natur.563..155.. doi :10.1038/d41586-018-07323-y. PMID  30401859.
  28. ^ Lewin HA, Robinson GE, Kress WJ, Baker WJ, Coddington J, Crandall KA и др. (апрель 2018 г.). «Проект Earth BioGenome: секвенирование жизни для будущего жизни». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 115 (17): 4325–4333. Bibcode : 2018PNAS..115.4325L. doi : 10.1073/pnas.1720115115 . PMC 5924910. PMID  29686065 . 
  29. ^ Кук-Диган, Роберт М. (1994). Генные войны: наука, политика и геном человека . Нью-Йорк: WW Norton. С. 95–96.
  30. ^ Бишоп, Джерри Э.; Вальдхольц, Майкл (1990). Геном: история самого удивительного научного приключения нашего времени – попытки картировать все гены в человеческом теле . Нью-Йорк: Simon and Schuster. стр. 54.
  31. ^ Бишоп, Джерри Э.; Вальдхольц, Майкл (1990). Геном: история самого удивительного научного приключения нашего времени – попытки картировать все гены в человеческом теле . Нью-Йорк: Simon and Schuster. стр. 201.
  32. ^ "Пресс-релиз Белого дома" . Получено 22 июля 2006 г.
  33. ^ «Ученые завершили черновой вариант генома человека».
  34. ^ Gitschier, Jane (31 января 2013 г.). «Жизнь, Вселенная и всё остальное: интервью с Дэвидом Хаусслером». PLOS Genetics . 9 (1): e1003282. doi : 10.1371/journal.pgen.1003282 . ISSN  1553-7390. PMC 3561096. PMID 23382705  . 
  35. ↑ Noble I (14 апреля 2003 г.). «Геном человека окончательно завершен». BBC News . Получено 22 июля 2006 г.
  36. ^ Kolata G (15 апреля 2013 г.). «Геном человека, тогда и сейчас». The New York Times . Получено 24 апреля 2014 г.
  37. ^ "Guardian Unlimited |UK Latest | Проект генома человека завершен". The Guardian . Лондон . Получено 22 июля 2006 г. [ мертвая ссылка ]
  38. ^ "Часто задаваемые вопросы о проекте "Геном человека"". Genoscope . Centre National de Séquençage. 19 октября 2013 г. Архивировано из оригинала 22 июля 2015 г. Получено 12 февраля 2015 г.
  39. ^ Schmutz J, Wheeler J, Grimwood J, Dickson M, Yang J, Caoile C и др. (май 2004 г.). «Оценка качества последовательности генома человека». Nature . 429 (6990): 365–368. Bibcode :2004Natur.429..365S. doi : 10.1038/nature02390 . PMID  15164052.
  40. ^ Долгин Э. (декабрь 2009 г.). «Геномика человека: завершатели генома». Nature . 462 (7275): 843–845. doi :10.1038/462843a. PMID  20016572.
  41. ^ Chaisson MJ, Huddleston J, Dennis MY, Sudmant PH, Malig M, Hormozdiari F, Antonacci F, Surti U, Sandstrom R, Boitano M, Landolin JM, Stamatoyannopoulos JA , Hunkapiller MW, Korlach J, Eichler EE (январь 2015 г.). «Разрешение сложности человеческого генома с помощью секвенирования одной молекулы». Nature . 517 (7536): 608–611. Bibcode :2015Natur.517..608C. doi :10.1038/nature13907. PMC 4317254 . PMID  25383537. 
  42. ^ "Проблемы генома человека". Genome Reference Consortium . Получено 29 июня 2019 г.
  43. ^ (Почти) полная последовательность генома человека, 6 октября 2020 г.
  44. ^ Мига, Карен Х .; Корен, Сергей; Рай, Аранг; Фолльгер, Митчелл Р.; Гершман, Ариэль; Бзикадзе, Андрей; Брукс, Шелис; Хоу, Эдмунд; Порубский, Дэвид; Логсдон, Гленнис А.; Шнайдер, Валери А. (сентябрь 2020 г.). «Сборка теломер-теломер полной человеческой Х-хромосомы». Nature . 585 (7823): 79–84. Bibcode :2020Natur.585...79M. doi :10.1038/s41586-020-2547-7. ISSN  1476-4687. PMC 7484160 . PMID  32663838. 
  45. ^ Логсдон, Гленнис А.; Фоллгер, Митчелл Р.; Се, Пинсюнь; Мао, Яфэй; Лисковых Михаил А.; Корень, Сергей; Нурк, Сергей; Меркури, Людовика; Дишак, Филип К.; Ри, Аран; де Лима, Леонардо Г. (май 2021 г.). «Структура, функции и эволюция полной 8-й хромосомы человека». Природа . 593 (7857): 101–107. Бибкод : 2021Natur.593..101L. дои : 10.1038/s41586-021-03420-7. ISSN  1476-4687. ПМЦ 8099727 . ПМИД  33828295. 
  46. ^ Райтон, Кэтрин (февраль 2021 г.). «Заполнение пробелов от теломер к теломерам». Nature Milestones: Геномное секвенирование : S21.
  47. ^ Рирдон, Сара (4 июня 2021 г.). «Полная последовательность генома человека близка: как ученые заполнили пробелы». Nature . 594 (7862): 158–159. Bibcode :2021Natur.594..158R. doi : 10.1038/d41586-021-01506-w . PMID  34089035. S2CID  235346408.
  48. ^ "GitHub – marbl/CHM13-issues: Отслеживание проблем с референсным геномом человека CHM13". GitHub . Получено 26 июля 2021 г. .
  49. ↑ Специальный выпуск: Завершение генома человека, Science, т. 376, № 6588 (1 апреля 2022 г.).
  50. ^ Rhie; et al. (1 декабря 2022 г.). «Полная последовательность человеческой Y-хромосомы». bioRxiv . doi :10.1101/2022.12.01.518724. S2CID  254181409.
  51. ^ Ри, Аран; Нурк, Сергей; Чехова, Моника; Хойт, Саванна Дж.; Тейлор, Дилан Дж.; Альтемосе, Николас; Хук, Пол В.; Корень, Сергей; Раутиайнен, Микко; Александров Иван А.; Аллен, Джейми; Асри, Мобин; Бзикадзе Андрей Владимирович; Чен, Наэ-Чюн; Чин, Чэнь-Шань (23 августа 2023 г.). «Полная последовательность Y-хромосомы человека». Природа . 621 (7978): 344–354. Бибкод : 2023Natur.621..344R. дои : 10.1038/s41586-023-06457-y. ISSN  0028-0836. ПМЦ 10752217 . PMID  37612512. S2CID  254181409. 
  52. ^ «Самая проблемная хромосома» получает новое уважение после полного секвенирования (Отчет). 23 августа 2023 г. doi :10.1126/science.adk4669.
  53. ^ "Главная страница браузера генома UCSC". genome.ucsc.edu .
  54. ^ "Браузер генома Ensembl". ensembl.org .
  55. ^ Mardis ER (март 2008 г.). «Влияние технологии секвенирования следующего поколения на генетику». Trends in Genetics . 24 (3): 133–141. doi :10.1016/j.tig.2007.12.007. PMC 2680276. PMID  18262675 . 
  56. ^ Лю Ю, Гонсалес-Порта М, Сантос С, Бразма А, Мариони Х.К., Эберсолд Р. и др. (август 2017 г.). «Влияние альтернативного сплайсинга на протеом человека». Отчеты по ячейкам . 20 (5): 1229–1241. дои : 10.1016/j.celrep.2017.07.025. ПМЦ 5554779 . ПМИД  28768205. 
  57. ^ Ballouz S, Dobin A, Gillis JA (август 2019 г.). «Пришло ли время изменить референсный геном?». Genome Biology . 20 (1): 159. doi : 10.1186/s13059-019-1774-4 . PMC 6688217. PMID  31399121 . 
  58. ^ Pertea M, Salzberg SL (2010). «Между курицей и виноградом: оценка количества человеческих генов». Genome Biology . 11 (5): 206. doi : 10.1186/gb-2010-11-5-206 . PMC 2898077. PMID  20441615 . 
  59. ^ abc Venter JC, Adams MD, Myers EW, Li PW, Mural RJ, Sutton GG и др. (февраль 2001 г.). «Последовательность генома человека». Science . 291 (5507): 1304–1351. Bibcode :2001Sci...291.1304V. doi :10.1126/science.1058040. PMID  11181995.
  60. ^ Lander ES, Linton LM, Birren B, Nusbaum C, Zody MC, Baldwin J, et al. (Международный консорциум по секвенированию генома человека (IHGSC)) (октябрь 2004 г.). «Завершение эухроматической последовательности генома человека». Nature . 431 (7011): 931–945. Bibcode :2004Natur.431..931H. doi : 10.1038/nature03001 . PMID  15496913.
  61. ^ Спенсер Г. (20 декабря 2004 г.). «Международный консорциум по секвенированию генома человека описывает завершенную последовательность генома человека». NIH Nes Release . Национальные институты здравоохранения.
  62. ^ Брайант JA (2007). Дизайн и информация в биологии: от молекул к системам. WIT Press. стр. 108. ISBN 978-1-85312-853-0... выявили около 1200 семейств белков. Только 94 семейства белков, или 7%, по-видимому, специфичны для позвоночных
  63. ^ Piovesan, A.; Pelleri, MC; Antonaros, F.; Strippoli, P.; Caracausi, M.; Vitale, L. (2019). «О длине, весе и содержании GC в геноме человека». BMC Research Notes . 12 (1): 106. doi : 10.1186/s13104-019-4137-z . PMC 6391780. PMID  30813969 . 
  64. ^ ab Wellcome Sanger Institute. "Проект генома человека: новая реальность". Wellcome Trust Sanger Institute, Genome Research Limited. Архивировано из оригинала 1 августа 2013 г. Получено 1 августа 2013 г.
  65. ^ "Celera: уникальный подход к секвенированию генома". ocf.berkeley.edu . Биокомпьютинг. 2006 . Получено 1 августа 2013 .
  66. ^ Колледж Дэвидсона (2002). «Секвенирование целых геномов: иерархическое дробовое секвенирование против дробового секвенирования». bio.davidson.edu . Кафедра биологии, колледж Дэвидсона . Получено 1 августа 2013 г. .
  67. ^ Архив информации о проекте «Геном человека» (2013). «US & International HGP Research Sites». Министерство энергетики США и проект «Геном человека» . Получено 1 августа 2013 г.
  68. ^ Vizzini C (19 марта 2015 г.). «Проект вариома человека: глобальная координация в обмене данными». Наука и дипломатия . 4 (1).
  69. ^ Салстон, Джон ; Ферри, Джорджина (2002). Общая тема: история науки, политики, этики и генома человека . Лондон: Bantam Press. стр. 160. ISBN 0593-048016.
  70. ↑ Уэйд, Николас (23 марта 1999 г.). «Кто первым расшифрует геном человека? Это зависит от Фреда». New York Times .
  71. ^ Roach JC, Boysen C, Wang K, Hood L (март 1995). «Парное конечное секвенирование: унифицированный подход к геномному картированию и секвенированию». Genomics . 26 (2): 345–353. doi :10.1016/0888-7543(95)80219-C. PMID  7601461.
  72. ^ Центр биомолекулярной науки и инженерии. "Гонка за проект генома человека". Центр биомолекулярной науки и инженерии . Получено 1 августа 2013 г.
  73. ↑ Джиллис, Джастин (15 марта 2000 г.). «Клинтон и Блэр призывают открыть доступ к генетическим данным». Washington Post .
  74. ^ Osoegawa K, Mammoser AG, Wu C, Frengen E, Zeng C, Catanese JJ, de Jong PJ (март 2001 г.). «Бактериальная искусственная хромосомная библиотека для секвенирования полного генома человека». Genome Research . 11 (3): 483–496. doi :10.1101/gr.169601. PMC 311044. PMID  11230172 . 
  75. ^ Tuzun E, Sharp AJ, Bailey JA, Kaul R, Morrison VA, Pertz LM и др. (Июль 2005 г.). «Мелкомасштабные структурные вариации генома человека». Nature Genetics . 37 (7): 727–732. doi :10.1038/ng1562. PMID  15895083. S2CID  14162962.
  76. ^ Кеннеди Д. (август 2002 г.). «Не злой, может быть, но безвкусный». Science . 297 (5585): 1237. doi : 10.1126/science.297.5585.1237 . PMID  12193755.
  77. ^ Venter JC (февраль 2003 г.). «Часть последовательности генома человека». Science . 299 (5610): 1183–1184. doi :10.1126/science.299.5610.1183. PMID  12595674. S2CID  5188811.
  78. ^ ab Naidoo N, Pawitan Y, Soong R, Cooper DN, Ku CS (октябрь 2011 г.). «Генетика и геномика человека спустя десятилетие после публикации черновика последовательности генома человека». Human Genomics . 5 (6): 577–622. doi : 10.1186/1479-7364-5-6-577 . PMC 3525251 . PMID  22155605. 
  79. ^ Gonzaga-Jauregui C, Lupski JR, Gibbs RA (2012). «Секвенирование генома человека в здоровье и болезни». Annual Review of Medicine . 63 (1): 35–61. doi :10.1146/annurev-med-051010-162644. PMC 3656720. PMID  22248320 . 
  80. ^ Snyder M, Du J, Gerstein M (март 2010 г.). «Персональное секвенирование генома: современные подходы и проблемы». Genes & Development . 24 (5): 423–31. doi :10.1101/gad.1864110. PMC 2827837. PMID  20194435 . 
  81. ^ Lander ES (февраль 2011 г.). «Первоначальное воздействие секвенирования генома человека» (PDF) . Nature . 470 (7333): 187–97. Bibcode :2011Natur.470..187L. doi :10.1038/nature09792. hdl : 1721.1/69154 . PMID  21307931. S2CID  4344403.
  82. ^ Peng JH, Sun D, ​​Nevo E (2011). «Эволюция одомашнивания, генетика и геномика пшеницы». Молекулярная селекция . 28 (3): 281–301. doi :10.1007/s11032-011-9608-4. S2CID  24886686.
  83. ^ Грили Х. (1992). Кодекс кодов: научные и социальные вопросы в проекте генома человека. Кембридж, Массачусетс: Издательство Гарвардского университета. С. 264–265. ISBN 978-0-674-13646-5.
  84. ↑ Министерство здравоохранения и социальных служб США (26 августа 2015 г.). «Понимание конфиденциальности медицинской информации».
  85. ^ Архив информации о геноме человека. «Insights Learned from the Human DNA Sequence». Программа Министерства энергетики США и проекта «Геном человека». Архивировано из оригинала 3 сентября 2011 г. Получено 20 февраля 2021 г.
  86. ^ «Каковы были некоторые этические, правовые и социальные последствия, рассмотренные в проекте «Геном человека?». Genetics Home Reference . US National Library of Medicine. 2013. Получено 1 августа 2013 г.
  87. ^ "Информационный листок исследовательской программы ELSI – Национальный институт исследований генома человека (NHGRI)". www.genome.gov . Получено 27 сентября 2016 г. .
  88. ^ Райнбергер Х. Дж. (2000). Жизнь и работа с новыми медицинскими технологиями . Кембридж: Cambridge University Press. стр. 20.
  89. ^ ab Magazine, Undark (9 июля 2024 г.). «Призраки проекта «Геном человека»: вопрос согласия». Undark Magazine . Получено 11 июля 2024 г.
  90. ^ Undark, Ashley Smart- (9 июля 2024 г.). «5 выводов из исследования проекта «Геном человека»». STAT . Получено 11 июля 2024 г.

Дальнейшее чтение

Внешние ссылки

Викиновости имеют похожие новости:
  • Мексика представила первую карту генома населения латиноамериканской страны
В Wikibooks есть книга по теме: Гены, технологии и политика

связь со здравоохранением и финансируемым из федерального бюджета проектом «Геном человека».

Работы по архиву