Proyecto Genoma Humano: Características y Objetivos Silenciosos del Proyecto Genoma Humano
¡Lee este artículo para aprender sobre las funciones, objetivos, aplicaciones y desafíos futuros del proyecto del genoma humano!
Cada individuo tiene una identidad que se debe a su composición genética. No hay dos individuos similares (excepto los gemelos mono-cigotos) porque difieren en su composición genética.
Imagen cortesía: img.mit.edu/newsoffice/images/article_images/original/20130103132743-0.jpg
Las diferencias en la composición genética se deben a diferencias en las secuencias de nucleótidos de sus ADN. Por lo tanto, siempre fue una ambición de los científicos cartografiar el genoma humano. Los avances en las técnicas de ingeniería genética permitieron aislar y clonar fragmentos de ADN y determinar las secuencias de nucleótidos de estos fragmentos.
Por lo tanto, en 1990, el Departamento de Energía de EE. UU. Y el Instituto Nacional de Salud emprendieron y coordinaron el proyecto de secuenciación del genoma humano denominado HGP o Proyecto del Genoma Humano. Welcome Trust (Reino Unido) se unió al proyecto como socio principal. Posteriormente también se unieron Japón, Francia, Alemania, China y algunos otros países.
HGP es un mega proyecto que involucra mucho dinero, las técnicas más avanzadas, numerosas computadoras y científicos en el trabajo. La magnitud del proyecto se puede imaginar que si el costo de la secuenciación de un bp es de 3 dólares, la secuenciación de 10 9 pb costaría mil millones de dólares. Si los datos se almacenan en libros, con cada libro con 1000 páginas y cada página con 1000 letras, se requerirán unos 3300 libros. Aquí, la base de datos bioinformáticos y otros dispositivos computacionales de alta velocidad han ayudado en el análisis, almacenamiento y recuperación de información.
Metas:
HGP había fijado los siguientes objetivos.
1. Determine la secuencia y el número de todos los pares de bases en el genoma humano.
2. Identificar todos los genes presentes en el genoma humano.
3. Determinar las funciones de todos los genes.
4. Identificar los diversos genes que causan trastornos genéticos.
5. Determinar la predisposición genética y la inmunidad a diversos trastornos.
6. Almacenar la información en bases de datos.
7. Mejorar las herramientas para el análisis de datos.
8. Averigüe las posibilidades de transferencia de tecnología desarrollada durante el HGP a la industria.
9. El proyecto puede dar lugar a muchos problemas éticos, legales y sociales (ELSI) que deben abordarse y resolverse.
El proyecto estaba programado para completarse en secuencia en 2003. El 12 de febrero de 2001, se hizo un anuncio formal sobre la finalización del proyecto. Sin embargo, el anuncio de la secuenciación de cromosomas individuales se produjo en mayo de 2006 con la finalización de la asignación de secuencias de nucleótidos a los cromosomas I.
Metodología:
Hay dos tipos de enfoques para analizar el genoma,
(i) Identifique todos los genes que se expresan como etiquetas de secuencia expresada por ARN o EST
(ii) Secuenciación del genoma completo (regiones codificantes y no codificantes) y, posteriormente, asignando las diferentes regiones con funciones: anotación de secuencia.
HGP siguió la segunda metodología que involucra los siguientes pasos.
(i) Todo el ADN de la célula se aísla y se rompe aleatoriamente en fragmentos,
(ii) Se insertan en vectores especializados como ВАС (cromosomas bacterianos artificiales) y YAC (cromosoma artificial de levadura),
(iii) Los fragmentos se clonan en hospedadores adecuados como bacterias y levaduras. La PCR (reacción en cadena de la polimerasa) también se puede usar para clonar o hacer copias de fragmentos de ADN,
(iv) Los fragmentos se secuencian como secuencias de ADN anotadas (una derivación de la metodología desarrollada por el doble premio Nobel, Frederick Sanger),
(v) Las secuencias se organizaron sobre la base de algunas regiones superpuestas. Necesitaba la generación de fragmentos superpuestos para la secuenciación,
(vi) Se utilizaron programas basados en computadora para alinear las secuencias.
(vii) Las secuencias fueron anotadas y asignadas a diferentes cromosomas. Todos los cromosomas humanos han sido secuenciados, 22 autosomas, X e Y. El cromosoma I fue secuenciado por última vez en mayo de 2006. (viii) Con la ayuda del polimorfismo en microsatélites y los sitios de reconocimiento de endonucleasas de restricción, los mapas genéticos y físicos del También se ha preparado el genoma.
Características salientes del genoma humano:
1. El genoma humano tiene 3.1647 millones de pares de bases de nucleótidos.
2. El tamaño promedio del gen es de 3000 pares de bases. El gen más grande es el de la distrofia muscular de Duchenne en el cromosoma X. Cuenta con 2, 4 millones (2400 kilo) de pares de bases. Los genes B-globina e insulina tienen menos de 10 kilobases.
3. El genoma humano consta de unos 30.000 genes. Anteriormente se estimaba que contenía de 80, 000 a 100, 000 genes. El recuento de genes humanos es aproximadamente el mismo que el del ratón. Nueve décimas de los genes son idénticos a los del ratón. Tenemos más del doble de genes que fructuosamente (Drosophila melanogaster) y seis veces más genes que en la bacteria Escherichia coli.
El tamaño del genoma o el número de genes no está relacionado con la complejidad de la organización corporal, por ejemplo, Lily tiene 18 veces más ADN que el genoma humano, pero produce menos proteínas que nosotros porque su ADN tiene más intrones y menos exones.
4. El cromosoma I tiene 2968 genes, mientras que el cromosoma Y tiene 231 genes. Son los genes máximos y mínimos para los cromosomas humanos.
5. La función de más del 50% de los genes descubiertos es desconocida.
6. Menos del 2% del genoma representa genes estructurales que codifican proteínas.
7. El 99.9% de las bases de nucleótidos son exactamente similares en todos los seres humanos.
8. Solo el 0, 1% del genoma humano con unos 3, 2 millones de nucleótidos representa la variabilidad observada en los seres humanos.
9. En aproximadamente 1, 4 millones de ubicaciones se producen diferencias de un solo nucleótido llamadas SNP (snips) o polimorfismo de un solo nucleótido. Tienen el potencial de ayudar a encontrar ubicaciones cromosómicas para secuencias asociadas a enfermedades y rastrear la historia humana.
10. Las secuencias repetidas o repetitivas constituyen una gran parte del genoma humano. Hay unos 30, 000 loci de minisatélites, cada uno con 11 -60 pb repetidos en tándem hasta mil veces. Estos son aproximadamente 2, 00, 000 microsatélites, cada uno con hasta 10 pb repetidos 10-100 veces.
11. Las secuencias repetitivas son secuencias de nucleótidos que se repiten muchas veces, a veces cientos o miles de veces. No tienen una función de codificación directa, pero proporcionan información sobre la estructura, dinámica y evolución de los cromosomas.
12. Aproximadamente 1 millón de copias de secuencias cortas repetidas de 5-8 pares de bases se agrupan alrededor de los centrómeros y cerca de los extremos de los cromosomas. Ellos representan el ADN basura.
Aplicaciones y retos de futuro:
1. Trastornos:
Más de 1200 genes son responsables de enfermedades cardiovasculares humanas comunes, enfermedades endocrinas (como la diabetes), trastornos neurológicos (como la enfermedad de Alzheimer), cánceres y muchos más.
2. Cánceres:
Se están realizando esfuerzos para determinar los genes que cambiarán las células cancerosas a la normalidad.
3. Cuidado de la salud:
Indicará las perspectivas de una vida más saludable, medicamentos de diseño, dietas modificadas genéticamente y, finalmente, nuestra identidad genética.
4. Interacciones:
Será posible estudiar cómo varios genes y proteínas trabajan juntos en una red interconectada.
5. Estudio de los tejidos.
Todos los genes o transcripciones en un tejido, órgano o tumor particular pueden analizarse para conocer la causa del efecto producido en él.
6. Organismos no humanos:
La información sobre las capacidades naturales de los organismos no humanos se puede utilizar para enfrentar los desafíos de la atención de salud, la agricultura, la producción de energía y la remediación ambiental. Para esto se han secuenciado varios organismos modelo, por ejemplo, bacterias, coenorhabditis elegans de levadura (nematodos no patógenos de vida libre), Droso-phila (fructíficamente), arroz, Arabidopsis, etc.
