Note utili sul progetto genoma umano (spiegato con diagramma)

Note utili sul progetto genoma umano!

Human Genome Project è l'impresa scientifica più ambiziosa ed entusiasmante dell'essere umano. Il progetto del genoma umano è gestito dal National Institute of Health e dal US Deptt. di energia. Negli Stati Uniti, il lavoro è iniziato su questo progetto nel 1990 con la determinazione di mappare e sequenziare l'intera serie di cromosomi in 15 anni.

"L'acquisizione completa della conoscenza dell'organizzazione, della struttura e della funzione del genoma umano - il modello principale di ognuno di noi - è l'obiettivo generale del Progetto genoma umano". Con l'obiettivo di sequenziare tre miliardi di coppie di basi nel genoma umano e nel 1990-100.000 sono stati analizzati.

Molte sequenze nel genoma sono altamente ripetitive e non hanno alcuna funzione ovvia. Questo è circa il 50% del DNA totale. Come visto sopra, non è un lavoro e un lavoro di piccole dimensioni e anche un costo frustrante. È un progetto ambizioso.

Gli studi di questo progetto saranno intrapresi in tre fasi:

(i) Mappatura

(ii) Sequencing

(iii) Analisi funzionale

La mappatura della genetica umana è difficile a causa dei seguenti motivi:

(i) Ragioni etiche

(ii) La durata del ciclo di riproduzione è di soli 15-16 anni.

(iii) Incapacità di continuare la riproduzione controllata.

Una visione regolare delle strategie utilizzate per la mappatura, l'ampia automazione per il sequenziamento e le tecniche più recenti possono aiutare gli scienziati a raggiungere l'obiettivo.

Donnis Keller et.al. (1987) descrisse la prima mappa RFLP del genoma umano. Identifica loci RFLP con una spaziatura media di 10 centimetri (cM). G. Craig Venter et.al. (1990) invece di adottare una strategia di sequenziamento del DNA cromosomico basata su una base alla volta, hanno isolato le molecole di mRNA, hanno copiato queste molecole di RNA in tag di sequenza del DNA o ESTs.

Hanno identificato oltre 8000 geni nel periodo 1990-1992. Il Dr. Venter con i suoi 70 scienziati dell'Istituto di ricerca genomica di Gaitherburg, nel Maryland, prevede di determinare la sequenza di 2000-3000 geni umani a settimana.

Le mappe fisiche di tutti i cromosomi umani sono state completate entro il 1994. EST può essere utilizzato per isolare l'intero gene. Con EST sono stati resi disponibili numerosi database di sequenze nucleotidiche. Ha facilitato la costruzione della mappa preliminare di trascrizione del genoma umano.

Gli EST rappresentano solo geni espressi. Gli EST sono cloni di cDNA. Utilizzando database di sequenza nucleotidica (banca del gene) e database di sequenze proteiche (Protein Information Resource), gli ESTs possono essere abbinati a sequenze esistenti e geni assegnati con l'aiuto di programmi per computer.

Il dott. Venter ha inoltre ideato la "strategia del colpo di pistola del genoma intero" che prevede la rottura casuale del DNA in segmenti e la clonazione dei frammenti in vettori. Le strutture tridimensionali delle più piccole genome di Mycoplasma genitalium e Haemophilus influenzae Rd con funzioni completamente sconosciute sono state determinate come parte di un progetto di genomica strutturale.

Questo sforzo sta studiando l'uso delle informazioni strutturali nell'assistere l'assegnazione funzionale della proteina. Craig Venter ha formato "The Institute of Genomics Research (TIGR)" nel Maryland (USA). Qui sono stati sequenziati diversi batteri.

Le strutture delle proteine ​​ipotetiche vengono utilizzate per guidare gli studi per conoscere la funzione delle proteine. Con più di 25 strutture determinate in questo momento, i risultati sono molto incoraggianti per conoscere un certo livello di comprensione funzionale.

Il completamento della sequenza del DNA umano nel 2003 coincise con il 50 ° anniversario della descrizione di Watson e Crick della struttura del DNA. Il Progetto genoma umano è stato caratterizzato da progressi accelerati. La brutta copia del genoma umano è stata completata nel 2000.

Nel febbraio 2001, "Science and Nature" ha pubblicato la sequenza di bozze di lavoro e l'analisi del genoma umano. Gli scienziati hanno prima generato una mappa fisica del genoma umano con i cloni ottenuti da ciascun cromosoma organizzato in serie di lunghi coting.

Poiché la maggior parte dei cloni sono più di 100, le tecniche lunghe da 0000 bp e presenti possono risolvere solo da 600 a 750 bp di sequenza, ogni sequenza deve essere sequenziata in frammenti.

Utilizzando l'approccio con pistola a pallini seguito dall'assemblaggio di un intero clone mediante l'identificazione computerizzata di sovrapposizioni, il DNA sequenziato è stato reso disponibile nella copertura del database dell'intero genoma. J. Craig Venter (1997) in Celera Corporation ha fatto uso di una strategia diversa chiamata sequenziamento con proiettili a proiettile intero genoma che ha eliminato la fase di assemblaggio di una mappa fisica del genoma.

Gli scienziati hanno sequenziato i frammenti di DNA in tutto il genoma a caso. Decenni di vecchie stime secondo cui l'uomo ha circa 100.000 geni entro il 3, 2 X 10 ⁹ bp. La sequenza del genoma, tuttavia, ha rivelato che ci sono solo 20.000 a 25.000 geni. Sebbene gli esseri umani si siano evoluti relativamente recentemente, il genoma umano è molto antico.

Poche caratteristiche interessanti del genoma umano sono:

(i) Esistono più di 3, 2 miliardi di coppie di basi.

(ii) Si stima che il genoma umano contenga da 20.000 a 25.000 geni e per determinare le sequenze di 3 miliardi di coppie di basi chimiche che costituiscono il DNA umano.

(iii) All'interno della popolazione umana vi sono milioni di singole differenze di basi chiamate polimorfismi a singolo nucleotide (SNP). Ogni umano differisce da quello successivo di circa 1 bp ogni 1, 000 bp.

(iv) Il genoma umano porta aree ricche di geni separate da aree povere di geni chiamate deserti di geni.

(v) Circa il 45% del nostro genoma è costituito da trasposoni.

(vi) Solo il 2% del genoma codifica le proteine.

(vii) Migliorare gli strumenti per l'analisi dei dati.

(viii) Uso della tecnologia in questione per settori come le industrie.

(ix) Affrontare le questioni etiche, legali e sociali (ELSI) che possono apparire a causa di HGP.

(x) Il genoma umano contiene 3164, 7 milioni di basi nucleotidiche. Il più grande gene umano conosciuto è la distrofina che contiene 2, 4 milioni di basi, con un gene medio con circa 3000 basi. Le funzioni del 50 percento dei geni scoperti sono ancora da trovare.

(xi) Circa il 99, 9 percento delle basi nucleotidiche sono esattamente simili in tutti gli esseri umani. In precedenza il numero totale di geni stimati era compreso tra 80.000 e 1, 40.000, ma ora si dice che il numero sia 30.000.

(xii) Una grande quantità di genoma umano è costituita da sequenze ripetute.

(xiii) Il cromosoma 1 porta i geni massimi (2968), con il cromosoma Y più basso (231).

Fig. 6.68. Istantanea del genoma umano

Laboratori e gruppi di ricerca di molti paesi sono coinvolti nella ricerca sul genoma umano. I dati raccolti da tutte queste fonti devono essere utilizzati e integrati. Due contributori degni di nota del Progetto genoma umano sono Centre d'Etudes Polymorphism Humaine (CEPH) e Genethon (una fabbrica di genetica umana) in Francia.