¿Proyecto Genoma Humano? ¿Qué impacto tiene en la sociedad humana?
El Proyecto Genoma Humano (PGH) es un proyecto de exploración científica a gran escala, transnacional e interdisciplinar. Su objetivo es determinar la secuencia de nucleótidos de los 3 mil millones de pares de bases contenidos en los cromosomas humanos (haploides), trazando así un mapa del genoma humano, identificando los genes y sus secuencias contenidos en él, y logrando el objetivo final de descifrar la genética humana. información. . El proyecto del genoma es un paso importante para que la humanidad explore sus propios misterios. Es otro gran proyecto en la historia de la ciencia humana después del Proyecto Manhattan y el proyecto de alunizaje Apolo. En 2005 se completó la secuenciación del Proyecto Genoma Humano. Entre ellos, la publicación del borrador de trabajo del genoma humano en 2001 (completado y publicado de forma independiente por el Proyecto Internacional del Genoma Humano financiado con fondos públicos y la empresa privada Celera Genomics Company) se considera un hito en el éxito del proyecto del genoma humano. .
La importancia del mapa genético
Puede reflejar eficazmente el diagrama espaciotemporal de todo el gen expresado en condiciones normales o controladas. A través de esta imagen podemos conocer la expresión de un gen en diferentes tejidos y niveles en diferentes momentos. También podemos conocer los diferentes niveles de expresión de diferentes genes en un tejido en diferentes momentos, y también podemos conocer los diferentes niveles de expresión de diferentes genes en diferentes tejidos en momentos específicos.
El Genoma Humano es un proyecto de colaboración internacional: caracterizar el genoma humano, secuenciar y mapear el ADN de organismos modelo seleccionados, desarrollar nuevas tecnologías para la investigación del genoma y mejorar la ética involucrada en la investigación del genoma humano. , cuestiones jurídicas y sociales, y formar científicos que puedan utilizar estas tecnologías y recursos desarrollados por HGP para realizar investigaciones biológicas y promover la salud humana.
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Contribución del plegamiento a la investigación genética de enfermedades humanas
Los genes relacionados con enfermedades humanas son información importante sobre la integridad estructural y funcional del genoma humano. Para las enfermedades de un solo gen, las nuevas ideas de "clonación posicional" y "clonación de candidatos posicionales" han llevado al descubrimiento de una gran cantidad de genes que causan enfermedades de un solo gen, como la enfermedad de Huntington, el cáncer de colon hereditario y el cáncer de mama. proporcionando una base para el diagnóstico genético y las pruebas genéticas de estas enfermedades. El tratamiento sienta las bases. Actualmente, las enfermedades poligénicas como las enfermedades cardiovasculares, los tumores, la diabetes, las enfermedades neuropsiquiátricas (enfermedad de Alzheimer, esquizofrenia) y las enfermedades autoinmunes son el foco de la investigación genética de enfermedades. La investigación relacionada con la salud es una parte importante del PGH. En 1997 se propusieron sucesivamente el "Proyecto de anatomía del genoma tumoral" y el "Proyecto del genoma ambiental".
Aportación de Fold a la medicina
Diagnóstico genético, terapia y tratamiento génico basado en el conocimiento genómico, prevención de enfermedades basada en información genómica, identificación de genes de susceptibilidad, estilo de vida e intervención de factores ambientales.
Aportación del plegamiento a la biotecnología
Fármacos modificados genéticamente
Proteínas secretadas (hormonas peptídicas, factores de crecimiento, quimiocinas, factores de coagulación y anticoagulación, etc. . ) y sus receptores.
(2) Industria de reactivos de diagnóstico e investigación
Kits de genes y anticuerpos, biochips para diagnóstico e investigación, modelos de detección de enfermedades y fármacos.
Promover la ingeniería celular, embrionaria y de tejidos
Células madre embrionarias y adultas, tecnología de clonación, reconstrucción de órganos.
La contribución de Folding a la industria farmacéutica
Detección de objetivos farmacológicos: combinación de química combinatoria y tecnología de separación de compuestos naturales para establecer ensayos de unión de enzimas y receptores de paso alto. Diseño de fármacos basado en el conocimiento: análisis estructural avanzado, predicción y simulación de genes y productos proteicos: “bolsillos” de acción de los fármacos.
Terapia farmacológica personalizada: farmacogenómica.
El importante impacto del plegado en la economía social
La bioindustria y la industria de la información son los dos principales pilares económicos de un país; ; alimentos genéticamente modificados; medicamentos genéticamente modificados (como medicamentos para bajar de peso, medicamentos para aumentar la altura)
El impacto del plegamiento en el estudio de la evolución biológica
La historia evolutiva de los organismos. está grabado en el "libro celestial" de cada genoma; Paramecium es un pariente de los humanos: 65,438 + 30 millones de años; los humanos evolucionaron a partir de una especie de mono hace 3-4 millones de años. La primera vez que los humanos "salieron de África" - los antiguos simios hace 2 millones de años; la humana "Eva" vino de África, hace 200.000 años - ¿la segunda "fuera de África"?
El impacto negativo del plegado
"Jurassic Park" no es sólo una historia de ciencia ficción; armas biológicas para el exterminio racial selectivo; guerras de patentes genéticas para saquear los recursos genéticos; Privacidad personal.
Ejemplos de aplicación del plegado editando este párrafo
Plegado de genes de enfermedades
Una aplicación clave en la investigación del genoma humano es encontrar genes de enfermedades con funciones bioquímicas desconocidas mediante la clonación posicional. . El método implica mapear la región cromosómica que contiene estos genes mediante análisis de ligamiento de las familias afectadas y luego examinar la región para encontrar los genes.
La clonación de ubicaciones es útil, pero también aburrida. Cuando este método se propuso por primera vez a principios de la década de 1980, los investigadores que deseaban implementar la clonación posicional tenían que generar marcadores genéticos para rastrear la herencia, recorrer los cromosomas para obtener el ADN genómico que cubría la región y analizar mediante secuenciación directa o identificación indirecta de genes un tamaño de aproximadamente 1 Mb. área. Los dos primeros obstáculos se superaron a mediados de la década de 1990 con el desarrollo de mapas genéticos y físicos de los cromosomas humanos, con el apoyo del Proyecto Genoma Humano. Sin embargo, los obstáculos restantes siguen siendo difíciles de superar.
Todo esto cambiará con la disponibilidad del borrador de la secuencia del genoma humano. Las secuencias del genoma humano en bases de datos públicas hacen posible que las computadoras identifiquen rápidamente genes candidatos, y luego la detección de mutaciones de genes candidatos relevantes requiere la ayuda de información estructural genética.
Hoy en día, para las enfermedades mendelianas, a menudo es posible realizar una búsqueda genética en un grupo de estudio del tamaño adecuado en unos pocos meses. Se han localizado y clonado directamente al menos 30 genes de enfermedades a través de secuencias genómicas disponibles públicamente. Debido a que la mayoría de las secuencias humanas se obtuvieron sólo en los últimos 12 meses, es posible que muchos hallazgos similares aún no se hayan publicado.
Además, en muchos casos, las secuencias genómicas desempeñan un papel de apoyo, como proporcionar marcadores microsatélite candidatos para buenos análisis de ligamiento genético. (En 2001, científicos de China, Shanghai y Beijing descubrieron el gen tipo II necesario para la herencia de la naranja lechera)
La secuenciación del genoma también ayuda a revelar los mecanismos que conducen a muchos síndromes de deleción cromosómica comunes. En algunos casos, se encontraron deleciones repetidas, resultantes del intercambio desigual de combinaciones de pesos homólogos replicados en cromosomas grandes casi idénticos. Los ejemplos incluyen deleciones repetitivas de la región del síndrome de Degeorge/Velocidal en el cromosoma 22 y el síndrome de Williams-Beuren en el cromosoma 7.
La disponibilidad de secuencias del genoma también permite la identificación rápida de parálogos de genes de enfermedades, lo cual es valioso por dos razones. Primero, las mutaciones en genes parálogos pueden causar enfermedades genéticas relacionadas. Un buen ejemplo descubierto mediante el uso de secuencias genómicas es la acromatopsia (daltonismo total).
El gen CNGA3 es una subunidad que codifica un canal activado por GMP en el anillo fotorreceptor del cono y se ha demostrado que tiene mutaciones en algunas familias con daltonismo. Las búsquedas por computadora de la secuencia del genoma revelaron que el gen homólogo colateral codifica la subunidad B correspondiente, CNG B3 (no presente en la base de datos EST). El gen CNGB3 fue rápidamente identificado como la causa del daltonismo en otras familias. Otro ejemplo son los genes Progeria 1 y Progeria 2, cuyas mutaciones pueden contribuir a la aparición temprana de la enfermedad de Alzheimer.
La segunda razón es que los parálogos podrían ofrecer oportunidades terapéuticas, por ejemplo, en individuos con anemia falciforme o beta-talasemia, al intentar reactivar el gen de la hemoglobina expresado en el embrión. Esto es causado por mutaciones en el gen de la beta globina.
Buscamos sistemáticamente 971 parálogos de genes de enfermedades humanas conocidas en la base de datos de herencia mendeliana humana en línea (OMIM) y en la base de datos de proteínas SwissProt o TrEMBL. Identificamos 286 homólogos colaterales potenciales (al menos 50 coincidencias de aminoácidos, más del 70% pero menos del 90% de identidad en el mismo cromosoma, menos del 95% de identidad en diferentes cromosomas). Aunque este análisis pudo identificar algunos pseudogenes, el 89% de las coincidencias mostraron homología con más de un exón en la nueva secuencia objetivo, lo que significa que muchos de ellos son funcionales. Este análisis muestra el potencial para una rápida identificación de genes de enfermedades in silico.
Objetivos farmacológicos plegables
Durante el siglo pasado, la industria farmacéutica ha dependido en gran medida de un conjunto limitado de objetivos farmacológicos para desarrollar nuevos tratamientos. El esquema más reciente enumera 483 objetivos farmacológicos, que pueden considerarse que abordan todos los fármacos disponibles en el mercado. Comprender todos los genes y proteínas humanos ampliará enormemente la búsqueda de dianas farmacológicas adecuadas. Aunque sólo un pequeño número de genes humanos pueden utilizarse como dianas farmacológicas, se predice que ese número será de miles, una perspectiva que conducirá al desarrollo a gran escala de la investigación genómica en el desarrollo de fármacos. Algunos ejemplos pueden ilustrar este punto:
⑴ El neurotransmisor (5-HT) media respuestas excitadoras rápidas a través de canales activados químicamente. El gen del receptor 5-HT3A previamente identificado produce un receptor funcional, pero su conductancia es mucho menor que in vivo. Los experimentos de hibridación cruzada y el análisis EST no lograron revelar homólogos adicionales de receptores conocidos.
Sin embargo, recientemente se identificó un supuesto homólogo en el brazo largo del cromosoma 11 del clon PAC mediante la búsqueda del borrador de secuencia del genoma humano de bajos requisitos. El homólogo se expresó en el cuerpo estriado, el núcleo caudado y el hipocampo, y posteriormente se obtuvo el ADNc completo. El gen que codifica un receptor de amina se denominó 5-HT3B. Cuando se combina con 5-HT3A para formar un heterodímero, parece ser responsable de los canales de ceramida de gran conductancia. Dado el papel central de la vía de las aminas en los trastornos psiquiátricos y la esquizofrenia, el descubrimiento de una nueva diana terapéutica importante resulta intrigante.
⑵Los efectos contráctiles e inflamatorios de los cisteinil leucotrienos, antes considerados sustancias de reacción lenta de las reacciones alérgicas (SRS-A), están mediados por receptores específicos. Se identificó un segundo receptor similar, CysLT2, mediante la recombinación de secuencias genómicas humanas y EST de ratón. Esto resultó en la clonación de un gen con un 38% de identidad de aminoácidos con el único otro receptor previamente identificado. Este nuevo receptor, que presenta una gran afinidad y capacidad de unión por varios leucotrienos, está situado en el cromosoma 13, asociado al asma alérgica. Este gen se expresa en el músculo liso de las vías respiratorias y en el corazón. Como objetivo importante para el desarrollo de fármacos antiasmáticos en la vía de los leucotrienos, el descubrimiento de nuevos receptores juega un papel importante.
⑶ Las placas seniles de la enfermedad de Alzheimer son ricas en depósitos de β-amiloide. La beta amiloide se produce mediante la proteólisis de la proteína precursora (APP). Una enzima es la β-APP liasa, que es una proteasa aspártica transmembrana. Una búsqueda por computadora del borrador de la secuencia del genoma humano identificó recientemente un nuevo homólogo de BACE, que codifica una proteína llamada BACE2, que comparte un 52% de identidad de secuencia de aminoácidos con BACE. Contiene dos sitios de proteasa activados y la región esencial del síndrome de Down ubicada en el cromosoma 21, similar a la APP. Esto plantea la cuestión de si un exceso de BACE2 y APP acelera la deposición de beta-amiloide en el cerebro de las personas con síndrome de Down.
A partir de estos ejemplos, identificamos sistemáticamente homólogos de cadenas laterales de proteínas diana de fármacos tradicionales en secuencias genómicas. La lista de objetivos utilizada identificó 603 entradas en la base de datos SwissPrott y tenía códigos de acceso únicos.
Biología básica
Un ejemplo es la solución a un tema misterioso que ha desconcertado a los investigadores durante décadas: la base molecular del amargor. Los humanos y otros animales reaccionan de manera diferente a ciertos sabores amargos (polimorfismo de respuesta). Recientemente, los investigadores mapearon esta firma en humanos y ratones y luego buscaron la región relevante en un borrador de secuencia del genoma humano para receptores acoplados a proteína G. Estos estudios pronto llevaron al descubrimiento de una nueva familia de estas proteínas, demostrando que se expresan casi exclusivamente en las papilas gustativas. Los experimentos confirmaron que los receptores en células cultivadas responden a sustratos amargos específicos.
El mapa del genoma humano es propiedad de toda la humanidad. Este resultado de la investigación debe ser compartido por toda la humanidad y beneficiar a toda la humanidad. Esta es la comprensión de los científicos de varios países que participan en el Proyecto Genoma Humano. Vale la pena señalar que actualmente, en el campo de la investigación del genoma humano, algunas empresas privadas se apresuran a solicitar patentes para sus resultados. La empresa estadounidense Celera Genetics ha declarado que quiere solicitar patentes para algunos resultados de investigación y entregárselas a las empresas farmacéuticas pagando una tarifa.
Se han descubierto algunos genes importantes que controlan las enfermedades humanas.
Como los genes de la obesidad y los genes del asma bronquial. Cada año se informan nuevos descubrimientos de estos genes. El descubrimiento de estos genes ha mejorado la comprensión de muchos mecanismos importantes de las enfermedades y ha promovido un cambio más rápido en el pensamiento médico en su conjunto, desde un enfoque en el tratamiento a un enfoque en la prevención. Por ejemplo, el profesor Xia Jiahui de la Universidad Médica de Hunan anunció el 28 de mayo que había clonado el gen neurogénico de la sordera de alta frecuencia humana (GJB3) en 1998, por primera vez en China.
Impulsado por el Proyecto Genoma Humano, han surgido varias disciplinas completamente nuevas. Como la genómica y la bioinformática.
Industrialización de la biotecnología. Algunas empresas de talla mundial han cambiado su enfoque hacia la investigación en ciencias biológicas y los productos biotecnológicos. Esta tendencia también está estrechamente relacionada con el Proyecto Genoma Humano.
Progreso y futuro
El 26 de junio de 2000, científicos de Estados Unidos, Gran Bretaña, Francia, Alemania, Japón y China que participaban en el Proyecto Genoma Humano anunciaron que el borrador del genoma humano El genoma se había completado. El mapa final requiere que los clones utilizados para la secuenciación representen fielmente la estructura genómica de los cromosomas autosómicos, con una tasa de error de secuencia de menos de 1 en 10.000. Se secuenciaron el 95% de las regiones eucromáticas, con cada espacio menor a 150 kb. Los planos conforme a obra se completarán en 2003, dos años antes de lo previsto.
Completa el mapa de secuencia del genoma humano
⑴ Los clones generados a partir del mapa físico actual produjeron una secuencia completa, cubriendo más del 96% de la región eucromática del genoma. Se han logrado secuencias de finalización de alrededor de 1 Gb. El resto ya ha sido trazado y se espera que todos los clones alcancen una cobertura de 8 a 10 veces aproximadamente a mediados de 2001 (99,99% de precisión) utilizando protocolos establecidos y cada vez más automatizados.
⑵ Pruebe otra biblioteca para llenar el vacío. Analice el tamaño de las brechas no cerradas utilizando tecnología FISH u otros métodos. De esta forma quedan 22.265.438+0 cromosomas. Terminado en 2003.
⑶Desarrollar nuevas tecnologías para llenar los vacíos difíciles de llenar, de los cuales hay cientos.
Documento de trabajo sobre secuencia del genoma: Obtenga más del 90% de la secuencia del genoma mediante la secuenciación secuencial de clones de BAC con ubicaciones cromosómicas claras, cubriendo 4-5 veces (la cobertura a nivel de clon de BAC no debe ser inferior a 3 veces ), La tasa de error debe ser inferior a 65438 ± 0%. El diagrama del marco de trabajo se puede utilizar para comprender la estructura del genoma, identificar y analizar genes, localizar y clonar genes de enfermedades, descubrir SNP, etc.
El papel del boceto
1. Se han identificado varios genes relacionados con la enfermedad.
2. SNP (diferencias entre personas), SNP proporciona un marco para comprender la base genética y la evolución de los rasgos humanos.
3. Después de esbozar, los investigadores disponen de nuevas herramientas para estudiar regiones reguladoras y redes genéticas.
4. La comparación de otros genomas puede revelar los mismos elementos reguladores, y el entorno genético compartido por otras especies puede proporcionar información funcional y reguladora a nivel individual.
5. El boceto es también un punto de entrada para estudiar la compresión tridimensional del genoma en el núcleo. Esta compresión puede afectar la regulación genética.
6. En términos de aplicación, la información de bocetos puede desarrollar nuevas tecnologías, como chips de ADN y chips de proteínas, como complemento a los métodos tradicionales. Actualmente, estos chips pueden contener todos los miembros de una familia de proteínas, lo que permite encontrar aquellas activas en tejidos con una enfermedad específica.
El 1 de febrero de 20065438+2 de 20065438, la empresa estadounidense Celera y el Proyecto Genoma Humano publicaron un mapa detallado del genoma humano y los resultados de sus análisis preliminares en "Ciencia" y "Naturaleza" respectivamente. Entre ellos, el Proyecto Genoma Humano, financiado por el gobierno, adopta una estrategia de mapeo genético, mientras que Celera adopta una "estrategia de escopeta". Hasta ahora, dos organizaciones diferentes han logrado su objetivo común de secuenciar todo el genoma humano utilizando métodos diferentes y los resultados son sorprendentemente similares; La finalización básica de la secuenciación del genoma humano ha abierto una nueva era en las ciencias de la vida humana y ha tenido profundas implicaciones para la naturaleza de la vida, la evolución humana, la herencia biológica, las diferencias individuales, la patogénesis, la prevención de enfermedades, el desarrollo de nuevos fármacos, la salud y la longevidad. , y toda la biología y otros campos. El impacto y la importancia marcan la llegada de una nueva era de las ciencias de la vida humana.
Innumerables descubrimientos
1. El análisis muestra que el genoma humano completo tiene aproximadamente 2,91 Gbp, con aproximadamente 39.000 genes, el tamaño promedio del gen es de 27 kbp; , que representa sólo el 38%, mientras que el cromosoma 2 tiene el mayor contenido de G+C. Hasta el momento, el 9% de los pares de bases no han sido secuenciados. El cromosoma 19 contiene la mayor cantidad de genes, el cromosoma 13 contiene la menor cantidad, y así sucesivamente. (Para más detalles, consulte el informe especial de cmbi: Grandes avances en las ciencias de la vida).
2. Se han descubierto y localizado más de 26.000 genes funcionales, de los cuales el 42% son desconocidos. Entre los genes conocidos, las enzimas representan el 10,28%, las nucleasas el 7,5%, la transducción de señales el 12,2%, los factores de transcripción el 6,0%, las moléculas de señalización el 1,2% y las moléculas receptoras el 5%. Descubrir y comprender las funciones de estos genes funcionales es de gran importancia para la función genética y la detección de nuevos fármacos.
3. El número de genes es sorprendentemente pequeño: algunos investigadores han predicho que los humanos tienen aproximadamente 6,5438+0,4 millones de genes, pero Celera ha fijado el número total de genes humanos entre 26,383 millones y 3,9114 millones. más de 40.000, apenas el doble de genes que los nematodos o las moscas de la fruta. Los humanos sólo tenemos 300 genes, pero los ratones no tienen ninguno. El hecho de que tan pocos genes puedan producir funciones tan complejas sugiere que el tamaño del genoma y el número de genes pueden no tener mucha importancia en la evolución de la vida. Esto también muestra que los genes humanos son más "eficientes" que otros organismos, y que las funciones y la capacidad de algunos genes humanos para controlar la producción de proteínas son diferentes a las de otros organismos. Esto supondrá un enorme desafío para muchos de nuestros conceptos actuales y brindará nuevas y extraordinarias oportunidades para el desarrollo de la biomedicina en la era posgenómica. Sin embargo, debido al empalme de genes, la duplicación de las bases de datos EST y algunos errores técnicos y metodológicos, el número de genes humanos puede superar los 40.000 en el futuro.
4. La proporción de polimorfismos de un solo nucleótido humano es de aproximadamente 65, 438+0/65, 438+0, 250 pb. Sólo hay 14.000 diferencias de nucleótidos entre diferentes personas, y el 99,99% del código genético es el mismo entre las personas. También se ha descubierto que las personas de diferentes razas son más similares genéticamente que las personas de la misma raza. En toda la secuencia del genoma, la variación entre personas es de sólo una diezmilésima, lo que demuestra que no existen diferencias esenciales entre las distintas especies humanas.
5. Hay “puntos calientes” y “desiertos” en el genoma humano. En los cromosomas, hay áreas donde los genes están agrupados y densamente distribuidos, y también hay grandes áreas con sólo "ADN inútil": muy pocos o ningún gen. Aproximadamente una cuarta parte del genoma no tiene segmentos genéticos. Sólo entre el 1% y el 1,5% de todo el ADN codifica proteínas. En el genoma humano, más del 98% de las secuencias son el llamado "ADN inútil", con más de 3 millones de secuencias repetidas largas. Estas repetidas secuencias "inútiles" son cualquier cosa menos inútiles. Deben contener nuevas funciones y misterios de los genes humanos, así como información sobre la evolución y las diferencias humanas. La biología molecular clásica cree que un gen solo puede expresar una proteína, pero hay muchas proteínas complejas en el cuerpo humano, lo que sugiere que un gen puede codificar múltiples proteínas, y las proteínas son más importantes que los genes.
6. La tasa de mutación genética en los hombres es el doble que la de las mujeres. La mayoría de las enfermedades genéticas en los humanos se llevan a cabo en el cromosoma Y. Por tanto, los machos pueden desempeñar un papel más importante en la genética humana.
7. Alrededor de 200 genes del genoma humano se derivan de genes bacterianos insertados en el genoma de los antepasados humanos. Este gen insertado es raro entre los invertebrados, lo que significa que se insertó en nuestro genoma en una etapa tardía de la evolución humana.
Puede ser que las bacterias que viven en el cuerpo intercambiaron genes con el genoma humano durante el nacimiento, antes de que se establecieran nuestras defensas inmunes humanas.
8. Se descubrieron y localizaron con precisión aproximadamente 1,4 millones de polimorfismos de un solo nucleótido, y se identificaron preliminarmente más de 30 genes causantes de enfermedades. Con un análisis más detallado, no sólo es posible identificar los genes causantes de las enfermedades más graves que ponen en peligro la vida y la salud humana, como enfermedades genéticas, tumores, enfermedades cardiovasculares, diabetes, etc. , y también puede encontrar medicamentos y métodos personalizados de prevención y tratamiento y, al mismo tiempo, desempeñar un papel importante en una mayor comprensión de la evolución humana.
9. El conjunto completo de proteínas (proteoma) codificadas por el genoma humano es más complejo que el codificado por los invertebrados. Los humanos y otros vertebrados reordenan los dominios proteicos para formar nuevas estructuras. Es decir, la evolución y las características humanas dependen no sólo de la producción de una proteína completamente nueva, sino también de la reordenación y expansión de las proteínas existentes, logrando así una diversidad de tipos y funciones de proteínas. Algunas personas especulan que un gen puede codificar un promedio de 2 a 10 proteínas para adaptarse a funciones humanas complejas.
Organismos modelo: Los proyectos genómicos de organismos modelo como levadura, Escherichia coli, Drosophila melanogaster, Caenorhabditis elegans, ratones, Arabidopsis thaliana, arroz y maíz también se han completado o avanzan sin problemas.
Actualmente, se han producido varios cambios en la investigación genómica: uno es la investigación genómica funcional que conecta las secuencias y funciones de genes conocidos, el otro es el cambio del aislamiento de genes basado en mapas al aislamiento de genes basado en secuencias; tercero, desde el estudio de las causas hasta la exploración de la patogénesis; cuarto, desde el diagnóstico de la enfermedad hasta el estudio de la susceptibilidad a la enfermedad;
En la era posgenómica, si realizamos análisis comparativos de especies enteras que han completado la secuenciación del genoma, esperamos comprender el significado funcional del genoma y el proteoma a escala de todo el genoma, incluida la expresión. y regulación del genoma, y el significado funcional del genoma, la diversificación y evolución, así como los mecanismos de acción de los genes y sus productos en el crecimiento, desarrollo, diferenciación, comportamiento, envejecimiento y tratamiento de los organismos, es por tanto necesaria. desarrollar nuevos algoritmos para aprovechar al máximo el poder de supercomputación de las supercomputadoras.
El 8 de mayo de 2006, científicos estadounidenses y británicos publicaron el último cromosoma 1 humano en la versión online de Nature.
De los 22 pares de autosomas del cuerpo humano, el cromosoma 1 contiene el mayor número de genes, llegando a 3141, el doble de la media. * *Con más de 223 millones de pares de bases, también es el más difícil de descifrar. Un equipo de 150 científicos británicos y estadounidenses tardó 10 años en secuenciar el cromosoma 1.
Los científicos han anunciado más de una vez la finalización del proyecto del genoma humano, pero no han publicado el texto completo. Esta vez, el Libro de la Vida es más preciso y cubre el 99,99% del genoma humano. Se anunció el "Libro de la Vida" para descifrar el código genético humano y se escribió el capítulo final del proyecto del genoma humano que duró 16 años.
2. Localización y clonación de genes de enfermedades
La motivación directa del Proyecto Genoma Humano es resolver los problemas genéticos moleculares de las enfermedades humanas, incluidos los tumores. Más de 6.000 enfermedades genéticas de un solo gen y enfermedades genéticas poligénicas y genes relacionados que dañan la salud humana a gran escala representan una parte importante de la integridad estructural y funcional de los genes humanos. Por lo tanto, la clonación de genes patológicos ocupa una posición central en el PGH y es también la parte más llamativa desde la implementación del plan.
Impulsada por el mapeo genético y físico, la investigación sobre la localización, clonación e identificación de genes de enfermedades se ha formado. El camino tradicional desde los epítopos hasta las proteínas y los genes ha recurrido a la "genética inversa" o la nueva idea de. “clonación posicional”. Con la formación del mapa del genoma humano, se han localizado con precisión más de 3.000 genes humanos en distintas regiones de los cromosomas. En el futuro, una vez localizado el locus de una enfermedad, se podrán seleccionar genes relevantes del mapa genético local para su análisis. Esta estrategia, llamada "clonación candidata posicional", aumentará en gran medida la eficiencia en la búsqueda de genes patógenos.
3. Investigación sobre enfermedades poligénicas.
Actualmente, la investigación genómica de las enfermedades humanas se ha adentrado en la problemática de las enfermedades poligénicas. Dado que las enfermedades poligénicas no siguen las leyes de herencia mendelianas, es difícil lograr avances a partir del análisis general del ligamiento genético familiar. La investigación en esta área requiere esfuerzos en la selección de poblaciones y marcadores genéticos, el establecimiento de modelos matemáticos y el mejoramiento de los métodos estadísticos. Recientemente, algunos académicos han propuesto identificar la activación o supresión de genes en estados patológicos comparando perfiles de expresión genética. De hecho, el Proyecto de Anatomía del Genoma del Cáncer (CGAP) representa un intento en este sentido.
Perspectivas
1. La formación de la industria de las ciencias biológicas
Debido a la estrecha relación entre la investigación genómica y la industria farmacéutica, biotecnología, agricultura, alimentación, química, La cosmética, el medio ambiente, la energía y la informática y otras industrias están estrechamente relacionadas. Más importante aún, la investigación genómica se puede convertir en una enorme productividad. Varias grandes empresas farmacéuticas y químicas internacionales han invertido mucho en la investigación genómica a gran escala, formando una nueva. sector industrial, concretamente la industria de las ciencias biológicas.
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.
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.
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.
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