¿Qué es el Proyecto Genoma Humano? ¿Los resultados muestran cuántos genes tienen los humanos? ¿Estos genes sólo expresan cantidades iguales de proteína? ¿Por qué?
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 5,3%. Descubrir y comprender las funciones de estos genes funcionales es de gran importancia para la función genética y la detección de nuevos fármacos.
En cuanto al número de proteínas, debe ser diferente, porque a un gen le corresponde como máximo un ARNm. En cuanto al ARNm, muchos se forman cortándolos y uniéndolos antes de la traducción, y luego se traducen en cadenas peptídicas. Después del plegado, modificación y combinación de diferentes subunidades, habrá más tipos. Algunas proteínas tienen la misma cadena peptídica y diferentes metales reactivos se convertirán en proteínas diferentes. Entonces, la cantidad de proteínas es mucho mayor que la cantidad de genes.
Introducción al Proyecto Genoma Humano
El Proyecto Genoma Humano (PGH) fue propuesto por primera vez por científicos estadounidenses en 1985 y lanzado oficialmente en 1990. Científicos de Estados Unidos, Gran Bretaña, Francia, Alemania, Japón y China participaron en el Proyecto Genoma Humano, valorado en 3.000 millones de dólares. Según este plan, para el año 2005 se desbloquearán los códigos de aproximadamente 654,38 millones de genes del cuerpo humano y se trazará un mapa de los genes humanos. En otras palabras, se trata de descubrir los secretos de los 3 mil millones de pares de bases que componen los más de 65.438 millones de genes del cuerpo humano. El Proyecto Genoma Humano, el Proyecto de la Bomba Atómica de Manhattan y el Proyecto Apolo son conocidos como los tres principales proyectos científicos.
En 1986, el premio Nobel Renato Dulbecco publicó un breve artículo "A Turning Point in Cancer Research: Human Genome Sequencing" (Science, 231:1055-1056). Se señala que para comprender más sobre los tumores, a partir de ahora debemos empezar a prestar atención al genoma de las células. .....¿En qué especies debería empezar a trabajar? Si queremos comprender los tumores humanos, debemos comenzar con los humanos. .....Una comprensión detallada del ADN facilitará enormemente la investigación de tumores humanos. "
¿Qué es un genoma? El genoma es la composición general de todos los genes de una especie. El genoma humano tiene dos significados: información genética y material genético. Para revelar los misterios de la vida, debemos estudiar los genes. desde un nivel holístico Existencia, estructura y función, y la relación entre genes
El propósito del Proyecto Genoma Humano
¿Por qué elegir el genoma humano para la investigación porque los humanos somos los más? organismos avanzados en proceso de "evolución", su estudio ayuda a comprenderse a uno mismo, comprender las leyes de la vida, el envejecimiento, la enfermedad y la muerte, diagnosticar y tratar enfermedades y comprender el origen de la vida. >Mida la secuencia de 3 mil millones de pares de bases del ADN genómico humano, encuentre todos los genes humanos, descubra sus posiciones en los cromosomas y descifre toda la información genética humana.
El proyecto del genoma humano también incluye la investigación. sobre los genomas de cinco organismos: E. coli, levadura, nematodos, moscas de la fruta y ratones. Estos cinco organismos se denominan los cinco "organismos modelo" de los seres humanos.
El propósito del HGP es decodificar. la vida, comprender el origen de la vida, comprender las leyes del crecimiento y desarrollo de la vida, comprender las razones de las especies y las diferencias individuales, y comprender el origen de la vida. Los mecanismos de las enfermedades y los fenómenos de la vida, como la longevidad y el envejecimiento, proporcionan una base científica para la diagnóstico y tratamiento de enfermedades.
[Editar este párrafo] El nacimiento y comienzo del HGP
La investigación sobre el genoma humano tomó forma en los años 1970 y alcanzó cierta escala en muchos. países en la década de 1980.
En 1984, el Departamento de Energía de Estados Unidos (DOE) encargó a White R y Mendelssohn M una pequeña reunión profesional para discutir la importancia y las perspectivas de determinar el total. Secuencia del ADN del genoma humano (Cook Deegan RM, 1989)
En mayo de 1985, en Santa Cruz, California, se hizo una propuesta para determinar la secuencia completa del genoma humano. La iniciativa formó el borrador del Departamento de Ciencia de Estados Unidos. El "Proyecto Genoma Humano" de Energy En marzo de 1986, se discutió la viabilidad de este plan en Santa Fe, Nuevo México, y luego el DOE anunció la implementación de este plan. >
En 1986, el genetista Mike Cusick V propuso que la ciencia. El estudio de la herencia a nivel del genoma completo se llama "genómica".
A principios de 1987, el Departamento de Energía de EE. UU. y los Institutos Nacionales de Salud de EE. UU. asignaron aproximadamente 5,5 millones de dólares al HGP (65438+66 dólares). millones para el año).
En 65438-0988, se estableció el Centro Nacional de Investigación del Genoma Humano de EE. UU., con Watson J como primer director
1 de octubre de 1990, aprobado por el. Congreso de los Estados Unidos, se lanzó oficialmente el PGH en los Estados Unidos. El plan general es invertir al menos 3 mil millones de dólares en 15 años para analizar el genoma humano completo.
1987, Consejo Nacional de Investigación italiano*. *Se inició la investigación sobre HGP, caracterizada por diversidad técnica (YAC, células híbridas, ADNc, etc.) y concentración regional (básicamente limitada a la región Xq24-qter).
HGP se inició en el Reino Unido en febrero de 1989. .
Sus características son las siguientes: la Fundación Imperial para la Investigación del Cáncer y el Consejo Nacional de Investigación Médica de EE. UU. (ICRP-MRC) son responsables de la coordinación nacional y la supervisión de la financiación, y el Centro Sanger, cerca de Cambridge, se centra en acumular experiencia en genomas de nematodos y mejorar tecnología de secuenciación de ADN a escala Al mismo tiempo, se estableció el "Centro Británico de Recursos del Genoma Humano" para llevar a cabo la detección y clonación de bibliotecas YAC, líneas celulares específicas, sondas de ADN, ADN genómico, bibliotecas de ADNc, secuencias de ADN genómico biológico comparativo y análisis de información; , etc. Se puede decir que "los recursos están concentrados y todo el país está coordinado".
Junio de 1990 Se inicia el HGP francés * * * y chino. El Ministerio de Investigaciones Científicas encargó a la Academia Nacional de Ciencias Médicas la formulación del PGH, que se caracteriza por su enfoque en el genoma completo, el ADNc y la automatización. Se estableció el Centro de Polimorfismo Humano (CEPH), que tuvo un impacto significativo en la construcción de contigs YAC de todo el genoma, marcadores de microsatélites (mapas genéticos) y familias CEPH (80 individuos múltiples de tres generaciones es mundialmente famoso). Material clásico para la investigación del genoma.
En 1995, la República Federal de Alemania * * * y los Estados Unidos comenzaron el rápido desarrollo del HGP, establecieron sucesivamente centros de recursos y centros de escaneo y posicionamiento de genes, y comenzaron la secuenciación a gran escala del cromosoma 21.
En junio de 1990, se adoptó el Plan Europeo de Investigación del Genoma Humano, que financió principalmente 23 laboratorios para el establecimiento y funcionamiento de centros de recursos. También están el Reino de Dinamarca, la Federación de Rusia, Japón, la República de Corea, Australia y muchos más.
En 1994, China fue iniciada por Qiang Boqin y Yang. Inicialmente, con el apoyo de la Fundación Nacional de Ciencias Naturales y el Programa de Alta Tecnología 863, "la investigación sobre la estructura genética de varios sitios del genoma chino" y "la investigación sobre la ubicación, clonación, estructura y función de genes relacionados con los principales "Se llevaron a cabo enfermedades". El Centro del Genoma del Sur se estableció en Shanghai en 1998, el Centro del Genoma Humano del Norte se estableció en Beijing en 1999 y el Instituto de Genética de la Academia China de Ciencias se estableció en 1998. En julio de 1999, se registró en el Instituto Internacional de Genoma Genoma y completó la secuenciación de una región de 30 Mb en el brazo corto del cromosoma humano 3. misión, que representa aproximadamente el 1% de todo el genoma humano.
El Proyecto Genoma Humano fue lanzado por Estados Unidos en 1987. China participó activamente en este proyecto de investigación en septiembre de 1999 y asumió el 1% de la tarea, que es alrededor de 30 millones de pares de bases en el cromosoma humano 3. de secuenciación. Por tanto, China se convirtió en el único país en desarrollo que participa en este plan de investigación. El 26 de junio de 2000 se completó el borrador de trabajo del genoma humano. Dado que la secuenciación de genes humanos y las patentes de genes pueden aportar un enorme valor comercial, los gobiernos y algunas empresas están invirtiendo activamente en esta investigación. Por ejemplo, AMGE transfirió un gen relacionado con enfermedades del sistema nervioso central en 1997 y obtuvo una ganancia de 392 millones de dólares.
[Editar este párrafo] Contenido de investigación de HGP
La tarea principal de HGP es la secuenciación del ADN humano, incluidos los cuatro espectros que se muestran en la siguiente figura, así como la tecnología de secuenciación y la secuenciación humana. Secuencia del genoma Variación, tecnologías genómicas funcionales, genómica comparada, investigación social, jurídica y ética, bioinformática y biología computacional, educación y formación.
1. Mapa genético
También conocido como mapa de ligamiento, utiliza marcadores genéticos con polimorfismo genético (un locus tiene más de un alelo, que aparece en la población con una frecuencia mayor que la 1%) como una "señal", basada en la distancia genética (el porcentaje de recombinación de intercambio entre dos loci durante los eventos de meiosis, la tasa de recombinación del 1% se denomina 1cM. El establecimiento del mapa genético es para la identificación y el mapeo de genes crea condiciones Importancia: Más de 6.000 marcadores genéticos han podido dividir el genoma humano en más de 6.000 regiones, de modo que el análisis de ligamiento puede encontrar evidencia de que un determinado gen fenotípico o causante de una enfermedad está cerca de un determinado marcador, de modo que el El gen se puede dividir en más de 6.000 regiones. Localizar el gen en esta región conocida permite aislarlo y estudiarlo. Para las enfermedades, encontrar y analizar el gen es clave.
Marcadores de primera generación: clásico. marcadores genéticos, como el grupo sanguíneo ABO, el marcador HLA. A mediados y finales de la década de 1970, el polimorfismo de longitud de los fragmentos de restricción (RFLP), el número de sitios era 105 y la cadena de ADN fue cortada específicamente por la endonucleasa de restricción. lo que podría producir resultados diferentes. Los polimorfismos de los fragmentos de longitud (fragmentos de alelos) se pueden mostrar mediante electroforesis en gel, y los genes causantes se pueden encontrar mediante el análisis de vinculación de la información del polimorfismo de los fragmentos y los fenotipos de enfermedades, como la enfermedad de Huntington 3, información limitada. /p>
Marcadores de segunda generación: 1985, núcleos de minisatélites y repeticiones en tándem de número variable (VNTR) están disponibles en fragmentos de diferentes longitudes, con longitudes de unidades de repetición de 6 a 12 núcleos. El sistema de marcadores de microsatélites fue descubierto y establecido en 1989. La longitud de la unidad de repetición es de 2 a 6 nucleótidos, también conocida como secuencia de repetición en tándem corta (STR).
El marcador de tercera generación: 1996 MIT Lander ES propuso el sistema de marcador genético SNP. cada nucleótido es de 10 a 9. El número de marcadores de doble columna en el genoma humano puede alcanzar los 3 millones, con un promedio de aproximadamente uno cada 1250 pares de bases. Hay de 8 a 16 haplotipos compuestos de 3 a 4 marcadores adyacentes. >
2. Mapa natural
El mapa físico se refiere a la disposición y suma de todos los genes que componen el genoma. La información de espaciado se traza midiendo las moléculas de ADN que forman el genoma.
El propósito de dibujar un mapa físico es ordenar la información genética sobre los genes y sus posiciones relativas en cada cromosoma en una disposición lineal y sistemática. El mapa físico del ADN se refiere al orden de disposición de los fragmentos de restricción de la cadena de ADN, es decir, la posición de los fragmentos de restricción en la cadena de ADN. Dado que las endonucleasas de restricción cortan hebras de ADN basándose en secuencias específicas, la digestión de ADN con diferentes secuencias de nucleótidos producirá fragmentos de ADN de diferentes longitudes, formando así un patrón de digestión único. Por tanto, el mapa físico del ADN es una de las características de la estructura molecular del ADN. El ADN es una molécula muy grande y los fragmentos de ADN generados por las enzimas de restricción para las reacciones de secuenciación son sólo una parte muy pequeña de ella. La relación posicional de estos fragmentos en la cadena de ADN es el primer problema a resolver, por lo que el mapa físico del ADN es la base de la secuenciación y también puede entenderse como un modelo para guiar la secuenciación del ADN. En términos generales, la secuenciación del ADN comienza con la elaboración de un mapa físico, que es el primer paso de la secuenciación. Hay muchas formas de hacer un mapa físico del ADN. Aquí, elegimos un método común y simple: la digestión enzimática parcial de fragmentos marcados para ilustrar el principio de mapeo.
La determinación del mapa físico del ADN mediante hidrólisis enzimática parcial implica dos pasos básicos:
(1) Degradación completa: seleccionar la enzima de restricción adecuada para probar la cadena de ADN (marcador radioisotópico) completamente degradado, y los productos de degradación se desarrollan después de ser separados por electroforesis en gel, y el patrón resultante muestra el número y tamaño de los fragmentos de restricción que forman la cadena de ADN.
(2) Degradación parcial: Utilice un isótopo trazador para marcar una hebra del ADN a analizar y luego utilice la misma enzima para degradar parcialmente la hebra de ADN, es decir, controlando las condiciones de reacción para hacer que las muescas de la enzima en la cadena de ADN se rompan al azar, evitando la degradación completa de todas las roturas con muescas. Parte de los productos de la hidrólisis enzimática también se sometió a separación electroforética y autorradiografía. Al comparar los patrones de autorradiografía de los dos pasos anteriores, la posición del fragmento de restricción en la cadena de ADN se puede determinar en función del tamaño del fragmento y la diferencia entre los dos. La siguiente es una descripción detallada del mapa físico del ADN que determina los genes de histonas.
Un mapa físico completo debe incluir mapas contig de fragmentos de clones de ADN de diferentes vectores del genoma humano, mapas de puntos de corte de grandes fragmentos de endonucleasas de restricción y marcadores de fragmentos de ADN o mapas de secuencias de ADN específicas (STS). , mapas de marcadores de secuencias características que están ampliamente presentes en el genoma (como secuencias CpG, secuencias Alu, líneas isovolumétricas), mapas citogenéticos del genoma humano (es decir, regiones, bandas y subbandas cromosómicas, o longitudes de cromosomas) Marcados por porcentaje ), finalmente,
El principio básico es "romper" el enorme ADN que no se puede iniciar y luego unirlo. Mb, kb y pb se utilizan como distancias del mapa, y la secuencia STS (sitio de etiqueta de secuencia) de la sonda de ADN se utiliza como punto de referencia. En 1998, se completó un mapa físico de clones contiguos con 52.000 sitios de etiquetas de secuencia (STS), que cubría la mayoría de las regiones del genoma humano. Uno de los contenidos principales de la construcción de un mapa físico es conectar fragmentos de clones de ADN que contienen secuencias correspondientes a STS en "cóntigos" superpuestos. La biblioteca que contiene fragmentos de ADN humano vectorizados por "YAC" ha incluido la construcción de contigs de fragmentos altamente representativos con una cobertura total del 100%. En los últimos años, se han desarrollado bibliotecas BAC, PAC o cósmidos más fiables.
3. Mapa de secuencia
Con la finalización de los mapas genéticos y físicos, la secuenciación se ha convertido en una máxima prioridad. La tecnología de análisis de secuencia de ADN es un proceso de varias etapas que incluye la fragmentación del ADN, el análisis de bases y la traducción de la información del ADN. Obtener el mapa de secuencia del genoma mediante secuenciación.
Estrategias básicas para la secuenciación a gran escala
Enfoque clon por clon: secuenciación de subclones y ensamblaje de clones BAC predeterminados en líneas clonales seriales (Common Domain Sequencing Project).
Método de escopeta de genoma completo: basándose en cierta información cartográfica, el genoma se descompone directamente en pequeños fragmentos para una secuenciación aleatoria, evitando la construcción de clones continuos de fragmentos grandes, y se lleva a cabo mediante una supercomputadora ( Celera Corporation de Estados Unidos) Ensamblar.
4. Mapa genético
El mapa genético es un mapa que se basa en identificar las secuencias codificantes de proteínas contenidas en el genoma y combinar información como la secuencia genética, la ubicación y el patrón de expresión. El método más importante para identificar la ubicación, estructura y función de todos los genes en el 2% al 5% de longitud del genoma humano es rastrear la ubicación del cromosoma a través del producto de expresión del gen, el ARNm.
El principio es que todos los rasgos biológicos y enfermedades están determinados por proteínas estructurales o funcionales. Todas las proteínas conocidas están codificadas por ARNm, de modo que el ARNm puede sintetizarse en ADNc mediante la transcriptasa inversa o parte del fragmento de ADNc. Se llama EST, o ADNc o fragmento de ADNc que se sintetiza artificialmente basándose en la información del ARNm, y luego el ADNc estable o EST se utiliza como una "sonda" para la hibridación molecular para identificar genes relacionados con la transcripción. EST (Etiqueta de secuencia expresada) se obtiene secuenciando varios cientos de pb del lado de la cola del ARNm utilizando oligo-T complementario PolyA o la secuencia relacionada del vector de clonación como cebador. En junio de 2000, el EMBL contaba con 4.229.786 tecnologías ambientalmente racionales.
La importancia del mapeo genético radica en su capacidad para reflejar eficazmente la expresión espaciotemporal de todo el gen 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.