决定人类基因组序列的比较意义的尼尔·阿姆斯特朗在月球上的第一步,并揭示了“生命的书。“在白宫宣布完成草案序列,实现由克林顿总统在2000年被描述为“毫无疑问。最重要的,最奇妙的人类所创制的地图。”
这个词基因组是用来描述整个有机体的DNA序列。所有植物和动物的细胞包含的两个副本genome-one继承了从每个parent-except当然的生殖细胞(精子和卵子),其中包含一个副本。DNA(脱氧核糖核酸)是紧紧地盘绕在染色体,其中有23对人类。如果所有的DNA在一个人类细胞伸出,大约2米长。包含两个反平行的DNA链盘绕成双螺旋结构。链是由被称为分子之间的氢键结构基地。每个链上的基地是由糖磷酸骨架。DNA的长度以碱基对(bp),与整个人类基因组在长度约3000000000个基点。
DNA包含所有所需的信息合成的蛋白质存在于每一个细胞,每一个表达的方式。例如,虽然是蛋白质的一个子集,每个细胞都需要生存,还有其他特定于肝细胞、肾细胞或神经细胞。(或代码)为每一个必须的信息,然而,在每一个细胞,因为所有的植物和动物发展从一个受精卵。代码的部分基因组蛋白质被称为基因。每个基因包含控制信息周围的DNA基因表达因此肝脏蛋白在肝、肾脏蛋白质在肾,等等。改变DNA序列编码蛋白可能导致相应的蛋白质序列的变化。这些改变(突变)的直接原因是遗传性疾病,如囊性纤维化、肌肉萎缩症,镰状细胞性贫血。其他疾病如心脏病和高血压被认为源于不同的突变基因。一些序列差异不会引起疾病,但对于有人口的变化是必要的,否则,每个人都看起来一样。此外,如果没有DNA序列的变化,动物和植物将无法适应不断变化的环境中,和物种不会发展。
识别每一个基因的可能性,第一次讨论后的1980年代中期,一些病毒基因组已经测序和建设的第一个人类基因图谱已经完成。美国国家研究委员会(NRC)支持这一概念在1988年的一份报告中。人类基因组计划(HGP) 10月1日正式开始的监督下1990年美国国立卫生研究院(NIH)和美国能源部(DoE)与英国威康信托基金会和医学研究理事会,和后来的科学家来自法国、德国、中国和日本。15年,30亿美元的项目设想的决心完成人类基因组序列后,生成详细的遗传和物理地图和高吞吐量的发展,高效测序技术等确定模式生物的基因组序列大肠杆菌、酵母、蠕虫、果蝇和老鼠。
最终,两个平行的方法被送往基因组序列。第一,克隆人类基因组DNA片段的计画100 - 200对碱基配对(kb)的细菌人工染色体(巴),组织这些克隆成重叠系列,每个BAC测序,然后装配序列使用•巴以确保序列的顺序是正确的顺序。在选择
方法,受雇于Celera Genomics,闯入了基因组片段的10日和50 kb,从两端测序,并重新组装。每个基地从不同的克隆测序5到10倍,和每个克隆的结束是一个已知的距离(配偶对)。后一种方法(“鸟枪测序”)才成为可行的发展高通量自动测序仪(通过应用生物系统公司)和必要的组装算法的设计。这两种方法来处理了大量重复的内容影响巴的映射和人类基因组序列的组装。独立起草基因组序列的完成于2000年,和一个基本完成序列是2003年完成的。猎枪的效率方法允许的基因组序列的快速测定老鼠,老鼠,蚊子,鸡肉,和许多其他物种从2001年到2004年。完成了人类的序列(即已被证明是99.99%准确。,不超过一个错误在10000个基点)。
计画的一个重要结果的描述基因编码的蛋白质,人体和规范其发展。这些蛋白是由约20000个基因编码。因为人类通常认为自己是更复杂的比苍蝇和虫子,这是令人惊讶的发现,相比之下,果蝇基因组中大约有13000个基因和线虫基因组约19000。物种之间的基因的对比表明,哺乳动物有更多的监管比无脊椎动物的基因,也许允许更复杂的发展过程。beplay体育在线登录另一个令人惊讶的观察是,蛋白质编码序列只占整个基因组的1.2%,将近一半的基因组重复序列组成的元素。然而,与老鼠的基因组相比,可以看到大约5%的人类基因组受到积极的选择。相信大多数的保守序列的元素是由调节附近基因的表达。现在基因组序列不同的哺乳动物(老鼠,老鼠、狗、黑猩猩),鸡肉,青蛙,和鱼,已经确定,可以比较这些物种的人类序列对每个序列的识别部分,保存在数亿年的进化和调节发育过程中大概是重要的,动物的共同点。beplay体育在线登录另一方面,密切相关的物种之间的差异应该帮助确定具体特征的原因。例如:为什么一只老鼠比一只老鼠? Why are humans taller than chimpanzees?
另一个重要的观察是,任何两个不相关的人99.9%的基因组序列相同。0.1%的差异变化,让我们每个人different-taller,短的,棕色的头发,金发,等等。实际上有不同定义在一个大的地理人口超过两个种群之间(例如,北欧的人口和中国之间)。因此,个人的分组肤色没有生物相关性比分组高度或鞋码。科学家们正在使用这种个体间变异的基因,使人易患心脏病,糖尿病,高血压,哮喘,和其他疾病。
迅猛的技术进步加快这些研究。的计画,DNA测序的成本降低了100倍以上从大约10美元/基地不到0.10美元。科学家们正在努力降低成本1000美元基因组个性化医疗,所以变得可行。可以准确地预测个体罹患癌症或心脏病的机会通过检查他们的DNA序列,而不是他们的家庭历史和饮食。还可以确定最好的药物治疗患者个体,了解不同的药物将在特定的基因变异的人。
引用:
- 人类基因组。(无日期)。从http://www.nature.com/genomics/human/papers/articles.html获取
- 人类基因组。(2001年2月16日)。从http://www.sciencemag.org/content/vol291/issue5507/index.html获取
- 国际人类基因组测序协作组。(2004年10月21日)。完成人类基因组的常染色质的序列。自然,431,931 - 945。从http://www.nature.com/cgi-taf/DynaPtaf?file=/nature/journal/v431/n7011/full/nature03001_fs.html获取
- Shreeve, (2004)。基因组的战争。纽约:克诺夫出版社。