Öffentliches Konsortium startet letzte Phase der Sequenzierung des menschlichen Genoms: 85 Prozent der menschlichen Genomsequenz zusammengestellt und der Öffentlichkeit zugänglich

Öffentliches Konsortium startet letzte Phase der Sequenzierung des menschlichen Genoms: 85 Prozent der menschlichen Genomsequenz zusammengestellt und der Öffentlichkeit zugänglich
Öffentliches Konsortium startet letzte Phase der Sequenzierung des menschlichen Genoms: 85 Prozent der menschlichen Genomsequenz zusammengestellt und der Öffentlichkeit zugänglich
Anonim

8. Mai 2000 - Das internationale Konsortium des Human Genome Project gab heute den offiziellen Start der letzten Phase des Projekts zur Sequenzierung des menschlichen Genoms bekannt - der Bemühungen, die 3 Milliarden DNA-Buchstaben zu entschlüsseln, aus denen der menschliche Körper besteht. Der Meilenstein markiert den Übergang von der Anfangsphase der Generierung eines „Arbeitsentwurfs“der menschlichen DNA zur Endphase der Herstellung der vollständigen „fertigen“Sequenz.

Sechzehn Genomzentren auf der ganzen Welt, von den Vereinigten Staaten und Europa bis nach Japan und China, werden morgen, am 9. Mai, offiziell mit der zweiten Phase des Human Genome Project beginnen.

Phase Eins hat innerhalb von vierzehn Monaten eine Abdeckung der überwiegenden Mehrheit der menschlichen Chromosomen hervorgebracht. Die letzte verbleibende DNA aus dieser ersten Phase befindet sich bereits in den Sequenzierungspipelines der Zentren und wird in den nächsten sechs Wochen in öffentliche Datenbanken einfließen.

Phase Zwei beinh altet die Herstellung einer "fertigen" Sequenz des menschlichen Genoms, indem die Lücken in der Sequenz gefüllt und die Gesamtsequenzgenauigkeit auf 99,99 Prozent erhöht wird.

Phase Eins: Arbeitsentwurf Ziel der ersten Phase war die Erstellung eines „Arbeitsentwurfs“, der 90 Prozent des euchromatischen Anteils der menschlichen DNA abdeckt, indem große „Klone“sequenziert werden, die Segmente des Genoms darstellen. Der Sequenzentwurf ermöglicht es Wissenschaftlern, die überwiegende Mehrheit der menschlichen Gene direkt zu identifizieren, obwohl die Sequenz selbst noch Lücken und Unsicherheiten enthält.

Die Zentren haben bisher Sequenzen von überlappenden Klonen produziert und freigegeben, die insgesamt 3,2 Milliarden DNA-Buchstaben enth alten. Unter Berücksichtigung der Überschneidungen decken diese Segmente ungefähr 85 Prozent des menschlichen Genoms ab. (Die Produktion der Sequenzen dieser Klone beinh altete tatsächlich die Generierung von mehr als 16 Milliarden Basen an Roh-DNA-Sequenzinformationen, wobei ein typischer Klon mit zufälligen Sequenzen bis zu einer Tiefe von mehr als dem Fünffachen „bedeckt“war.)

Die verbleibenden Klone, die den Arbeitsentwurf vervollständigen werden, wurden Ende April ausgewählt und sind nun in den sechzehn Zentren in Bearbeitung. Die endgültigen Daten des „Arbeitsentwurfs“fließen jetzt mit einer Geschwindigkeit von 10.000 DNA-Briefen pro Minute in öffentliche Datenbanken ein und werden alle bis Mitte Juni hinterlegt.

Der 'Arbeitsentwurf' wird in zwei Schritten zusammengestellt. Jeder Klon wird zunächst aus seinen Sequenzinformationen „zusammengebaut“. Die verschiedenen Klone können dann basierend auf ihrer chromosomalen Position zu einem „Layout“auf dem menschlichen Genom „zusammengebaut“werden.

Das erste umfassende „Layout“des menschlichen Genoms wurde Mitte April von Wissenschaftlern des internationalen Konsortiums konstruiert. Das Layout zeigt die chromosomalen Positionen und die detaillierte Beziehung zwischen den mehr als 20.000 großen Klonen, die zur Sequenzierung des Genoms verwendet wurden; es beleuchtet auch die verbleibenden abzudeckenden Segmente. Die Klone im Layout haben auch über ihre unmittelbare Rolle als Hilfsmittel bei der Sequenzierung hinaus einen immensen Wert: Sie stellen eine dauerhafte Ressource für die Humangenetik dar, da sie für direkte biologische Studien der Genfunktion verwendet werden können.

'Es ist atemberaubend, die DNA-Sequenzen entlang der menschlichen Chromosomen von einem Ende zum anderen angeordnet zu sehen', sagte Dr. Robert Waterston, Direktor des Genome Sequencing Center an der Washington University in St. Louis, Missouri. ' Die einzelnen Beiträge haben sich zu einem Gesamtbild zusammengefügt. Jetzt können wir uns dem Stopfen der verbleibenden Löcher zuwenden.'

'Der Fortschritt in der menschlichen DNA-Sequenzierung war überwältigend', sagte Dr.Eric S. Lander, Direktor des Whitehead Institute Centre for Genome Research in Cambridge, Massachusetts, der die Beschleunigung auf Fortschritte in Automatisierung, Informatik und Organisation an den verschiedenen Zentren zurückführte. „Die frühen Projektionen sind im Staub gelassen worden. Das Ergebnis war eine Informationsexplosion, die eine Revolution in der biomedizinischen Forschung antreibt.“

Die Sequenzinformationen aus dem 'Arbeitsentwurf' wurden sofort und frei für die Welt freigegeben, ohne Beschränkungen hinsichtlich ihrer Verwendung oder Weiterverbreitung. Die Informationen werden täglich von Wissenschaftlern in Wissenschaft und Industrie sowie von kommerziellen Datenbankunternehmen, die Informationsdienste für Biotechnologen anbieten, gescannt. Aus der Genomsequenz wurden bereits viele zehntausend Gene identifiziert. Darüber hinaus wird die Position der Gene im Genom durch die Arbeitsentwurfssequenz mit hoher Auflösung bestimmt, da jeder Teil des Arbeitsentwurfs von einem Klon mit bekannter Position abgeleitet ist, was einem Zwanzigtausendstel (1/20.000) von entspricht das Genom.

Zum Beispiel hat der "Arbeitsentwurf" es Humangenetikern ermöglicht, Gene zu finden, die für Dutzende von Erbkrankheiten verantwortlich sind, darunter Brustkrebs, erbliche Taubheit, Schlaganfall, Epilepsie, Diabetes und verschiedene Skeletterkrankungen.

Die Entwurfssequenz wird auch vom SNP-Konsortium, einer Zusammenarbeit zwischen Industrie und Wissenschaft, als Ressource verwendet, um Stellen mit DNA-Sequenzvariationen in der menschlichen Bevölkerung zu identifizieren. Das Konsortium hat mehr als 150.000 solcher Variationsstellen identifiziert, die als Single Nucleotide Variations (SNPs) bezeichnet werden. Diese SNPs stellen ein leistungsfähiges Werkzeug für Studien über menschliche Krankheiten und menschliche Geschichte dar und werden auch öffentlich zugänglich gemacht.

Schließlich hat der Sequenzentwurf viele grundlegende biologische Studien vorangetrieben. Beispielsweise haben Forscher kürzlich damit die molekularen Grundlagen des Geschmacks, eines der fünf menschlichen Sinne, entdeckt.

Phase Zwei: Fertigstellung Das Ziel von Phase Zwei ist die Herstellung einer „fertigen“Sequenz des menschlichen Genoms, indem die Lücken in der Sequenz gefüllt und die Gesamtsequenzgenauigkeit auf 99 erhöht werden.99 Prozent. (Der Arbeitsentwurf erreicht dieses Genauigkeitsniveau bei mehr als 90 Prozent seiner DNA-Basen, weist jedoch bei den restlichen Positionen eine etwas größere Unsicherheit auf.)

Der Prozess umfasst zwei Aktivitäten: (1) Durchführen einer zusätzlichen Sequenzierung der in Phase Eins verwendeten Klone und; (2) Auswahl und Sequenzierung einiger zusätzlicher Klone aus chromosomalen Segmenten, die nicht in Phase Eins abgedeckt sind.

'Mit den letzten Klonen von Phase Eins in unseren Pipelines können wir unsere volle Aufmerksamkeit nun Phase Zwei zuwenden', sagte Dr. John Sulston, Direktor des Sanger Centre in der Nähe von Cambridge, England. ' Die Fertigstellungsphase sollte auf der Grundlage aller Erfahrungen, die im vergangenen Jahr gesammelt wurden, zügig voranschreiten. Obwohl das Ziel für die Fertigstellung offiziell 2003 ist, wird die große Mehrheit der Arbeiten viel früher abgeschlossen sein.'

Obwohl die "Working Draft"-Sequenz die Erkennung von Genen selbst ermöglicht, macht die höhere Genauigkeit und Vollständigkeit der "fertigen Sequenz" sie zu einer Goldstandard-Referenz, die leicht mit der DNA einzelner Patienten verglichen werden kann, um spezifische Singles zu identifizieren -Buchstabenmutationen, die Erbkrankheiten verursachen.

In Vorbereitung auf die zweite Phase hat das internationale Konsortium Hochdurchsatzmethoden zur Herstellung qualitativ hochwertiger "fertiger" genomischer Sequenzen entwickelt. Dabei wurden etwa 20 Prozent des menschlichen Genoms (600 Millionen Basen) mit dem hohen Standard von 99,99 Prozent Genauigkeit und Vollständigkeit fertiggestellt. Die fertige Sequenz des menschlichen Chromosoms 22 wurde im Dezember 1999 veröffentlicht.

Wissenschaftler des internationalen Konsortiums kündigen heute in einer separaten Ankündigung die Veröffentlichung eines Artikels in Nature an, in dem die fertige Sequenz des menschlichen Chromosoms 21, des am Down-Syndrom beteiligten Chromosoms, beschrieben wird. Diese Arbeit wurde von Wissenschaftlern aus Japan und Deutschland geleitet.

'Das Ziel der Humangenomsequenzierung ist es, eine solide Grundlage für das nächste Jahrhundert der biomedizinischen Forschung zu schaffen', sagte Dr. Richard Gibbs, Direktor des Baylor College of Medicine Sequencing Center. 'Wir werden nicht aufhören, bis alle Unsicherheiten, die gelöst werden können, gelöst sind.'

Das internationale Konsortium bekräftigte heute auch erneut seine Zusage, die Informationen der zweiten Phase unverzüglich öffentlich zugänglich zu machen.

Internationales Genom-Gipfeltreffen Der Beginn der zweiten Phase fällt mit einem internationalen Gipfeltreffen von Führungskräften der sechzehn Genomzentren zusammen, das am Mittwoch, den 10. Mai im Cold Spring Harbor Laboratory auf Long Island, New York, stattfinden wird. Die Hintergrundsequenzierung, die die genaue Reihenfolge der vier chemischen Basen der DNA bestimmt, die üblicherweise mit A, T, C und G abgekürzt werden, wurde im Human Genome Project durch technologische Fortschritte bei der Entschlüsselung von DNA und durch den kollaborativen Charakter der Bemühungen beschleunigt, zu denen auch gehören etwa 1.000 Wissenschaftler weltweit arbeiten effektiv zusammen.

Das Human Genome Sequencing Project zielt darauf ab, die Sequenz des euchromatischen Teils des menschlichen Genoms zu bestimmen. Der euchromatische Teil schließt bestimmte Regionen aus, die aus langen Abschnitten hoch repetitiver DNA bestehen, die wenig genetische Information kodieren.Solche Bereiche werden als heterochromatisch bezeichnet. (Beispiele für heterochromatische Regionen sind die Zentren von Chromosomen, Zentromere genannt.)

Das internationale Konsortium zur Sequenzierung des menschlichen Genoms umfasst Wissenschaftler aus 16 Institutionen in Frankreich, Deutschland, Japan, China, Großbritannien und den Vereinigten Staaten. Die fünf größten Zentren befinden sich hier: Baylor College of Medicine, Houston, Texas; Gemeinsames Genominstitut in Walnut Creek, CA; Sanger Centre in der Nähe von Cambridge, England; Medizinische Fakultät der Washington University, St. Louis; und Whitehead Institute, Cambridge, Massachusetts.

Das Projekt wird durch Zuschüsse von Regierungsbehörden und öffentlichen Wohltätigkeitsorganisationen in den verschiedenen Ländern finanziert. Dazu gehören das National Human Genome Research Institute der US National Institutes of He alth, der Wellcome Trust in England und das US Department of Energy.

Die Gesamtkosten für Phase Eins ("Arbeitsentwurf") belaufen sich weltweit auf etwa 300 Millionen US-Dollar, wobei etwa die Hälfte (150 Millionen US-Dollar) von den US National Institutes of He alth finanziert wird.

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