Investigación sobre el Proyecto Genoma Humano
Dado que la investigación genómica está estrechamente relacionada con industrias como la farmacéutica, la biotecnología, la agricultura, la alimentación, la química, los cosméticos, el medio ambiente, la energía y las computadoras, lo que es más importante, la investigación genómica se puede transformar en Con una enorme productividad, varias grandes empresas farmacéuticas y químicas internacionales han invertido mucho en la investigación del genoma, formando un nuevo sector industrial, a saber, la industria de las ciencias biológicas.
Algunos de los grupos farmacéuticos más grandes del mundo han invertido en institutos de investigación genómica. Ciba-Geigy y Ssandoz cofundaron Novartis e invirtieron 250 millones de dólares en un instituto de investigación para realizar investigaciones genómicas. Smith Klein gastó 654,38 dólares + 25 millones de dólares para acelerar la secuenciación y basar el 25% de sus programas de desarrollo de fármacos en la genómica. Glaxo-Wellcome invirtió 47 millones de dólares en investigación genómica, duplicando el número de investigadores.
Las grandes empresas químicas se están transformando en la industria de las ciencias biológicas. Monsanto comenzó a recurrir a la industria de las ciencias biológicas ya en 1985. En 1997, la empresa había invertido 6.600 millones de dólares en biotecnología e investigación genómica. En abril de 1998, DuPont anunció su reorganización en tres grandes unidades industriales, encabezadas por las ciencias biológicas. En mayo de 1998, la empresa anunció que abandonaría la empresa de energía Conaco y se transformaría en una empresa de ciencias biológicas. Dow Chemical Company compró el 40% de Eli Lilly and Company por 900 millones de dólares, se dedicó a la investigación de cereales y alimentos y luego estableció una empresa de ciencias biológicas. Hoechst vendió su unidad de química básica e invirtió en biotecnología y productos farmacéuticos.
Los sectores tradicionales de agricultura y alimentación también están mostrando una tendencia de integración en los campos biotecnológico y farmacéutico. Las ovejas genéticamente modificadas desarrolladas por Genzyme Transgenics pueden producir altos niveles de antitrombina III. La producción de enzimas de un rebaño de ovejas equivale a la de una fábrica de 115 millones de dólares. Se estima que el costo de producir medicamentos a partir de animales genéticamente modificados es una décima parte del costo del cultivo celular a gran escala. Las empresas también están produciendo cereales contra la osteoporosis para estudiantes de posgrado y produciendo y procesando en masa alimentos genéticamente modificados.
Las industrias energética, minera y medioambiental también se están centrando en la investigación genómica a nivel molecular. Por ejemplo, los metanógenos se utilizan como nueva fuente de energía. Deinococcus radiodurans es una bacteria radiorresistente que se utiliza para eliminar la contaminación de sustancias radiactivas. Después de transferir el gen tod, puede eliminar la contaminación de una variedad de sustancias químicas nocivas en entornos con alta radiación.
2. Genómica Funcional
¿Cuál es la tendencia general actual de desarrollo del Proyecto Genoma Humano? Por un lado, después de producir con éxito mapas genéticos y físicos, la genómica estructural avanza hacia el objetivo de completar un mapa completo de secuencias de ácidos nucleicos de los cromosomas. Por otro lado, la genómica funcional se ha puesto a la orden del día. El Proyecto Genoma Humano ha iniciado el proceso de transición y transformación de la genómica estructural a la genómica funcional. En la investigación de genómica funcional, los posibles temas centrales incluyen: expresión del genoma y su regulación, diversidad del genoma, investigación del genoma de organismos modelo, etc.
⑴ Expresión y regulación del genoma
1) Investigación sobre el perfil de expresión de la transcripción génica y su regulación
Los niveles de transcripción y expresión génica de una célula se pueden determinar con precisión y determinado específicamente Reflejar su tipo, etapa de desarrollo y estado de reacción es uno de los contenidos principales de la genómica funcional. Para evaluar de manera integral la expresión de todos los genes, es necesario establecer un nuevo sistema de herramientas. El nivel de sensibilidad cuantitativa debe ser inferior a 1 copia/célula, y la sensibilidad cualitativa debe poder distinguir los modos de empalme y lograr la capacidad de detección. células individuales. Las tecnologías de microarrays de ADN desarrolladas en los últimos años, como los chips de ADN, permiten alcanzar este objetivo.
El estudio de la transcripción y expresión de genes no solo sirve para obtener datos de expresión de todo el genoma, sino que también se utiliza para análisis de conglomerados matemáticos. La cuestión clave es analizar los mecanismos que controlan las redes de expresión génica a lo largo de los procesos de desarrollo o vías de respuesta. El concepto de redes es importante para la regulación de la expresión genética en condiciones fisiológicas y patológicas. Por un lado, los productos de los genes en la mayoría de las células interactúan con los productos de otros genes; por otro lado, durante el desarrollo, la mayoría de los productos genéticos se expresan y funcionan en múltiples tiempos y espacios, formando una expresión de genes pleiotrópicos. En cierto sentido, el patrón de expresión de cada gen sólo tiene significado real cuando se lo sitúa en el contexto de su red reguladora. Es necesario establecer una tecnología de hibridación in situ de alto rendimiento para embriones de ratón.
2) Investigación en proteómica.
La investigación en proteinómica estudia los niveles y modificaciones de las proteínas a nivel global. Actualmente se está desarrollando un sistema de electroforesis en gel de proteínas bidimensional estandarizado y automatizado. Primero, se usa un sistema automatizado para extraer proteínas de células humanas, luego se usa un cromatógrafo para separar parcialmente cada segmento de la proteína, y luego se usa un espectrómetro de masas para el análisis, y los péptidos resultantes se identifican mediante el análisis de características en el base de datos de proteínas.
Otro aspecto importante de la investigación del proteoma es el establecimiento de un catálogo de interacciones de proteínas. La interacción entre macromoléculas biológicas constituye la base de las actividades vitales. Se ha logrado con éxito un mapeo detallado de los componentes del genoma ensamblado en el fago T7 (55 genes). Una cuestión que vale la pena explorar es cómo establecer métodos automatizados y comprender diferentes vías bioquímicas en el estudio de organismos modelo (como la levadura) y genomas humanos.
3) Aplicación de la bioinformática
En la actualidad, la bioinformática se ha utilizado ampliamente en el descubrimiento y predicción de genes. Más importante, sin embargo, es el uso de la bioinformática para descubrir la función del producto proteico de un gen. Cada vez se han identificado más unidades codificadoras de proteínas en organismos modelo, lo que sin duda proporciona información de gran valor para encontrar relaciones homólogas entre genes y proteínas y clasificar familias. Al mismo tiempo, los algoritmos y programas bioinformáticos mejoran constantemente, lo que permite encontrar relaciones homólogas no solo a partir de estructuras primarias, sino también a partir de estructuras estimadas. Sin embargo, los datos teóricos obtenidos de las simulaciones por computadora deben verificarse y corregirse mediante experimentos.
⑵Investigación sobre diversidad genómica
Los seres humanos somos un grupo polimórfico. Las diferencias en las características biológicas, la susceptibilidad y la resistencia a las enfermedades entre diferentes grupos e individuos reflejan el resultado de la interacción entre el genoma y el entorno interno y externo durante el proceso de evolución. El estudio sistemático de la diversidad del genoma humano tendrá un impacto importante en la comprensión del origen y la evolución de los humanos, así como en la biomedicina.
1) Realizar resecuenciación de ADN humano.
Es previsible que una vez completada la primera secuenciación del genoma humano, inevitablemente habrá un aumento en la resecuenciación y la genotipificación precisa de varias razas y grupos humanos. La combinación de estos datos con los de la antropología y la lingüística permitirá crear una base de datos para toda la humanidad, permitiendo una mejor comprensión de la historia humana y sus propias características. Además, el estudio de la diversidad del genoma se convertirá en uno de los principales contenidos de la genómica de las enfermedades, y la genética de poblaciones se convertirá cada vez más en una herramienta fundamental en la investigación biomédica. Es necesario realizar una resecuenciación a gran escala de genes relacionados con enfermedades multifactoriales comunes (como hipertensión, diabetes y esquizofrenia) y genes relacionados con el cáncer a nivel del genoma para determinar sus secuencias variantes.
2) Secuenciar otros organismos
La secuenciación sistemática comparativa del ADN de organismos en diferentes etapas de evolución revelará los 3.500 millones de años de historia de evolución de la vida. Estos estudios no sólo pueden dibujar árboles filogenéticos detallados, sino también mostrar el momento y las características de los cambios más importantes en la evolución, como la aparición de nuevos genes y la duplicación de genomas completos.
Comprender la conservación de secuencias genéticas en diferentes organismos nos permitirá comprender eficazmente los factores que limitan la función de los genes y sus productos. El estudio de la diversidad de secuencias ayuda a comprender las bases de la diversidad natural. Establecer una correlación entre la variación de secuencia y las diferencias espaciotemporales en la expresión genética entre diferentes organismos ayudará a revelar la estructura de red de los genes.
⑶ Realizar investigaciones sobre organismos modelo.
1) Investigación genómica comparada
En el estudio del genoma humano, el estudio de organismos modelo juega un papel extremadamente importante. Aunque la estructura del genoma de los organismos modelo es relativamente simple, sus procesos celulares centrales y sus vías bioquímicas se conservan en gran medida. La importancia de este estudio es: 1. Ayuda a desarrollar y probar nuevas tecnologías relacionadas, como secuenciación a gran escala, pruebas de perfiles de expresión a gran escala, detección funcional a gran escala, etc. 2) A través de la comparación e identificación, podemos comprender la evolución del genoma, acelerando así nuestra comprensión de la estructura y función del genoma humano; 3) Los estudios comparativos entre organismos modelo proporcionan pistas importantes para dilucidar los mecanismos de expresión genética.
Actualmente, el conocimiento sobre la estructura general del genoma proviene principalmente del análisis de la secuencia del genoma de organismos modelo. Mediante el análisis informático de secuencias reguladoras de genes entre diferentes especies, se descubrió una cierta proporción de secuencias reguladoras centrales conservadas. La base de datos de patrones de expresión establecida a partir de estas secuencias proporciona las condiciones necesarias para descifrar las redes reguladoras de genes.
2) Investigación sobre mutaciones con pérdida de función
La forma más eficaz de identificar la función genética puede ser observar los cambios fenotípicos en las células y en todo el cuerpo después de que se bloquea la expresión genética. . Los métodos de eliminación genética son una herramienta particularmente útil a este respecto. Actualmente. Se han llevado a cabo investigaciones genómicas funcionales a gran escala en levaduras, nematodos y moscas de la fruta a nivel internacional, siendo la levadura la que avanza más rápidamente. Para ello se creó Eurofan (Red Europea de Análisis Funcional) específicamente en Europa. Estados Unidos, Canadá y Japón han lanzado programas similares.
Con la finalización de la secuenciación del genoma de C. elegans y Drosophila, será posible realizar estudios similares en estos dos organismos en el futuro. Después del establecimiento de algunas cepas mutantes y sistemas técnicos, no sólo pueden convertirse en un medio eficaz para estudiar la función de un solo gen, sino que también pueden sentar las bases para estudiar cuestiones profundamente arraigadas como la redundancia de genes y las interacciones entre genes. Como organismo modelo típico de los mamíferos, los ratones desempeñan un papel especial en la investigación de la genómica funcional. La tecnología de recombinación homóloga puede destruir cualquier gen en el ratón, pero la desventaja de este método es su alto costo. Otra posibilidad son las mutaciones aleatorias causadas por mutaciones puntuales, de eliminación e inserción. Para las células humanas, puede ser más apropiado establecer un sistema en el que los oligonucleótidos antisentido y las ribozimas bloqueen transitoriamente la expresión genética. La eliminación del nivel de proteínas puede ser el medio más poderoso para explicar la función de los genes. Es deseable producir reactivos de eliminación química mediante química combinatoria para activar o inactivar diversas proteínas.
En definitiva, el Proyecto Genoma del Organismo Modelo ha aportado una gran cantidad de información para el estudio del genoma humano. La dirección futura de la investigación de los organismos modelo es convertir la mayoría de los más de 85.438 millones de genes codificantes del genoma humano en mecanismos centrales de múltiples componentes con funciones bioquímicas conocidas. El conocimiento de las enzimas, un mecanismo central conservado por la evolución humana, y de las diversas formas en que sus trastornos conducen a enfermedades, sólo procederá del estudio de los propios humanos.
A través del estudio de la genómica funcional, los humanos eventualmente podrán comprender qué mecanismos evolutivos han ocurrido realmente y considerar qué nuevo potencial puede tener el proceso evolutivo. Nuevas formas de resolver problemas de desarrollo pueden consistir en combinar dominios funcionales de proteínas y secuencias reguladoras para establecer nuevas redes genéticas y vías de morfogénesis. En otras palabras, el futuro de la ciencia biológica no sólo comprenderá cómo se forman y evolucionan los organismos, sino que también generará el potencial para construir otros nuevos. ¡Este plan marca un nuevo hito en la historia de la ciencia humana! Esta es una hazaña que cambia el mundo y afecta la vida humana. A medida que pase el tiempo, su importancia se hará cada vez más evidente.
Proyecto Serreira Genoma Humano del Proyecto Genoma Humano
En 1998, ocho años después del lanzamiento del Proyecto Internacional Genoma Humano (en adelante, el "Proyecto Internacional"), American El científico Craig Winter Craig Venter fundó una pequeña empresa privada llamada Serreira Genomics para llevar a cabo su propio proyecto de genoma humano. La empresa espera completarlo más rápido y con menos inversión que el Proyecto Genoma Humano (300 millones de dólares, sólo una décima parte del proyecto internacional). Otro proyecto del genoma de Serreira se considera algo bueno para el Proyecto Genoma Humano, porque la competencia por el genoma de Serreira obligó al Proyecto Genoma Humano internacional a mejorar su estrategia y acelerar aún más el proceso de trabajo, permitiendo completar el Proyecto Genoma Humano. antes de lo previsto.
Serreira utilizó una tecnología más rápida y peligrosa, la secuenciación escopeta de todo el genoma. La idea de la secuenciación escopeta es dividir el genoma en millones de fragmentos de ADN y luego utilizar un determinado algoritmo para reintegrar la información de la secuencia de los fragmentos para obtener la secuencia completa del genoma. Para aumentar la eficiencia de este enfoque, en la década de 1980 se automatizaron la secuenciación y la integración de información fragmentada. Aunque este método se ha utilizado para secuenciar genomas bacterianos de hasta 6 millones de pares de bases de longitud, aún no se ha determinado si esta técnica podría secuenciar con éxito los 30 millones de pares de bases del genoma humano.
Disputa sobre propiedad intelectual de genes
Al principio, el genoma de Serreira afirmaba que buscaba protección mediante patente para sólo 200 a 300 genes, pero luego esto se revisó a un número total de "importantes completamente determinados". estructuras"* **Se busca protección de propiedad intelectual para entre 100 y 300 genes diana. En 1999, Serreira solicitó protección de patente preliminar para 6.500 genes humanos completos o parciales; los críticos argumentaron que esta medida obstaculizaría la investigación genética; Además, cuando se fundó Serreira, acordó compartir datos con programas internacionales, pero este acuerdo se rompió rápidamente cuando Serreira se negó a almacenar sus datos de secuenciación en una base de datos pública de libre acceso. Si bien Serreira se ha comprometido a publicar actualizaciones sobre su progreso trimestralmente de conformidad con el Acuerdo de las Bermudas de 1996 (Diario para Plan Internacional), a diferencia de Plan Internacional, no permiten que otros publiquen o utilicen libremente sus datos.
En el año 2000, el presidente estadounidense Bill Clinton anunció que todos los datos del genoma humano no serían patentables y debían ser revelados a todos los investigadores. Serreira tuvo que decidir hacer públicos los datos. Este incidente también provocó que el precio de las acciones de Serreira cayera en picado, provocando grandes pérdidas al Nasdaq, que depende en gran medida de las acciones de biotecnología; en dos días, el valor de mercado del sector de la biotecnología perdió aproximadamente 50 mil millones de dólares;
Proyecto Post-Genoma Humano
El Proyecto Post-Genoma es una serie de campos posteriores a la finalización del Proyecto Genoma Humano (genómica estructural). De hecho, se refiere a una mayor planificación una vez completada la secuencia, que es esencialmente bioinformática y genómica funcional. Los temas centrales son el estudio de la diversidad del genoma, las causas de las enfermedades genéticas, la coordinación de la regulación de la expresión genética y las funciones de los productos proteicos.
El propósito de la investigación del genoma humano no es sólo leer todas las secuencias de ADN, sino más importante aún, comprender la función de cada gen, la relación entre cada gen y una determinada enfermedad, y analizar de manera verdaderamente sistemática y científica. decodificar la vida. Así, podemos comprender fundamentalmente el origen de la vida, las razones de las diferencias entre especies e individuos, los mecanismos de las enfermedades y los fenómenos vitales más básicos que afectan a los seres humanos, como la longevidad y el envejecimiento.