Inleiding tot het Human Genome Project

De verzameling nucleïnezuursequenties of genen die het DNA van een organisme vormen, is het genoom. In wezen is een genoom een ​​moleculaire blauwdruk voor het construeren van een organisme. De menselijk genoom is de genetische code in het DNA van de 23 chromosoomparen van Homo sapiens, plus het DNA gevonden in menselijke mitochondriën. Ei en zaadcellen bevatten 23 chromosomen (haploïde genoom) bestaande uit ongeveer drie miljard DNA-basenparen. Somatische cellen (bijvoorbeeld hersenen, lever, hart) hebben 23 chromosoomparen (diploïde genoom) en ongeveer zes miljard basenparen. Ongeveer 0,1 procent van de basenparen verschilt van persoon tot persoon. Het menselijke genoom is ongeveer 96 procent vergelijkbaar met dat van een chimpansee, de soort die het dichtstbijzijnde genetische familielid is.

De internationale wetenschappelijke onderzoeksgemeenschap probeerde een kaart te maken van de volgorde van de nucleotide-basenparen waaruit menselijk DNA bestaat. De regering van de Verenigde Staten begon met het plannen van het Human Genome Project of HGP in 1984 met als doel de drie miljard nucleotiden van het haploïde genoom te sequencen. Een klein aantal anonieme vrijwilligers leverde het DNA voor het project, dus het voltooide menselijke genoom was een mozaïek van menselijk DNA en niet de genetische volgorde van een persoon.

Human Genome Project History and Timeline

Terwijl de planningsfase begon in 1984, startte de HGP pas officieel in 1990. Destijds schatten wetenschappers dat het 15 jaar zou duren om de kaart te voltooien, maar technologische vooruitgang leidde tot voltooiing in april 2003 in plaats van in 2005. Het Amerikaanse ministerie van Energie (DOE) en de Amerikaanse National Institutes of Health (NIH) zorgden voor het grootste deel van de $ 3 miljard aan overheidsfinanciering ($ 2,7 miljard in totaal vanwege de vroege voltooiing). Genetici van over de hele wereld werden uitgenodigd om deel te nemen aan het project. Naast de Verenigde Staten omvatte het internationale consortium instituten en universiteiten uit het Verenigd Koninkrijk, Frankrijk, Australië, China en Duitsland. Wetenschappers uit veel andere landen namen ook deel.

Hoe gensequencing werkt

Om een ​​kaart van het menselijk genoom te maken, moesten wetenschappers de volgorde van het basenpaar op het DNA van alle 23 chromosomen bepalen (echt 24, als je bedenkt dat de geslachtschromosomen X en Y verschillend zijn). Elk chromosoom bevatte 50 tot 300 miljoen basenparen, maar omdat de basenparen op een dubbele DNA-helix complementair zijn (dwz adenineparen met thymine en guanineparen met cytosine), wetende dat de samenstelling van één streng van de DNA-helix automatisch werd verstrekt informatie over de complementaire streng. Met andere woorden, de aard van het molecuul vereenvoudigde de taak.

Hoewel meerdere methoden werden gebruikt om de code te bepalen, gebruikte de hoofdtechniek BAC. BAC staat voor "bacterieel kunstmatig chromosoom." Om BAC te gebruiken, werd menselijk DNA in fragmenten met een lengte tussen 150.000 en 200.000 basenparen gebroken. De fragmenten werden ingebracht in bacterieel DNA zodat wanneer de bacteriën zich reproduceerden, het menselijke DNA ook repliceerde. Dit kloneringsproces leverde voldoende DNA op om monsters voor sequentiëring te maken. Om de 3 miljard basenparen van het menselijk genoom te dekken, werden ongeveer 20.000 verschillende BAC-klonen gemaakt.

De BAC-klonen maakten een zogenaamde "BAC-bibliotheek" die alle genetische informatie voor een mens bevatte, maar het was als een bibliotheek in chaos, zonder een manier om de volgorde van de "boeken" te bepalen. Om dit op te lossen, werd elke BAC-kloon terug in kaart gebracht naar menselijk DNA om zijn positie ten opzichte van andere klonen te vinden.

Vervolgens werden de BAC-klonen in kleinere fragmenten gesneden van ongeveer 20.000 basenparen lang voor sequentiebepaling. Deze "subklonen" werden geladen in een machine die een sequencer wordt genoemd. De sequencer bereidde 500 tot 800 basenparen, die een computer in de juiste volgorde verzamelde om overeen te komen met de BAC-kloon.

Toen de basenparen werden bepaald, werden ze online beschikbaar gemaakt voor het publiek en gratis toegankelijk. Uiteindelijk waren alle puzzelstukjes compleet en gerangschikt om een ​​compleet genoom te vormen.

Doelstellingen van het Human Genome Project

Het primaire doel van het Human Genome Project was het sequencen van de 3 miljard basenparen waaruit menselijk DNA bestaat. Uit de sequentie konden de 20.000 tot 25.000 geschatte menselijke genen worden geïdentificeerd. De genomen van andere wetenschappelijk significante soorten werden echter ook gesequenced als onderdeel van het project, inclusief de genomen van de fruitvlieg, muis, gist en rondworm. Het project ontwikkelde nieuwe hulpmiddelen en technologie voor genetische manipulatie en sequencing. Publieke toegang tot het genoom verzekerde dat de hele planeet toegang zou hebben tot de informatie om nieuwe ontdekkingen aan te sporen.

Waarom het Human Genome Project belangrijk was

Het Human Genome Project vormde de eerste blauwdruk voor een persoon en blijft het grootste collaboratieve biologieproject dat de mensheid ooit heeft voltooid. Omdat het project genomen van verschillende organismen organiseerde, kon de wetenschapper ze vergelijken om de functies van genen te ontdekken en te identificeren welke genen nodig zijn voor het leven.

Wetenschappers namen de informatie en technieken van het project en gebruikten ze om ziektegenen te identificeren, tests voor genetische ziekten te ontwikkelen en beschadigde genen te repareren om problemen te voorkomen voordat ze zich voordoen. De informatie wordt gebruikt om te voorspellen hoe een patiënt zal reageren op een behandeling op basis van een genetisch profiel. Hoewel de eerste kaart jaren in beslag nam, hebben vorderingen geleid tot snellere sequencing, waardoor wetenschappers genetische variatie in populaties kunnen bestuderen en sneller kunnen bepalen wat specifieke genen doen.

Het project omvatte ook de ontwikkeling van een programma voor ethische, juridische en sociale implicaties (ELSI). ELSI werd het grootste bio-ethiekprogramma ter wereld en dient als model voor programma's die zich bezighouden met nieuwe technologieën.

bronnen

• Dolgin, Elie (2009). "Human genomics: The genome finishers." Natuur. 462 (7275): 843-845. doi: 10.1038 / 462843a
• McElheny, Victor K. (2010). De kaart van het leven tekenen: Inside the Human Genome Project. Basic boeken. ISBN 978-0-465-03260-0.
• Pertea, Mihaela; Salzberg, Steven (2010). "Tussen een kip en een druif: schatting van het aantal menselijke genen." Genoombiologie. 11 (5): 206. doi: 10.1186 / nl-2010-11-5-206
• Venter, J. Craig (18 oktober 2007). A Life Decoded: My Genome: My Life. New York, New York: Viking Adult. ISBN 978-0-670-06358-1.