20 lat ludzkiego genomu: więcej odstraszenia niż przełomu?

20 lat ludzkiego genomu: więcej odstraszenia niż przełomu?


W

prezydent kury Bill Clinton wziął do biały Dom mównica 20 lat temu ogłosić, że sekwencja ludzkiego genomu zostało ukończone, okrzyknął przełom jako „najważniejsza i najwspanialsza mapa, jaką kiedykolwiek stworzyła ludzkość”. Osiągnięcie naukowe zostało zrównane z lądowaniem na Księżycu.

Mieliśmy nadzieję, że dostęp do sekwencji zmieni nasze rozumienie chorób człowieka w ciągu 20 latprowadzące do lepszego leczenia, wykrywania i zapobiegania. Sławny artykuł w czasopiśmie, opublikowany w lutym 2001 r., który udostępnił światu nasze składniki genetyczne, został powitany jako „księga życia”, która może zrewolucjonizować medycynę, pokazując, które z naszych genów doprowadziły do ​​jakich chorób.

Ale w ciągu dwóch dziesięcioleci, które upłynęły od tego czasu, sekwencja się rozczarowała. Potencjał naszej nowo odkrytej samowiedzy genetycznej nie został wykorzystany. Zamiast tego pojawiła się nowa granica w badaniach genetycznych: nowe pytania, na które musi odpowiedzieć nowa grupa badaczy.

Dzisiaj luki między naszymi genami i przełączniki, które kierują aktywnością genetyczną, stają się potężnymi determinantami tego, jak wyglądamy i jak zachorujemy – być może decydując do 90 procent tego, co nas różni. Zrozumienie tego „genetyczna ciemna materia”, Korzystając z wiedzy dostarczonej przez sekwencję ludzkiego genomu, pomoże nam zgłębić sekrety genetyczne naszego gatunku.

Złamanie ludzkiego kodu genetycznego zajęło 13 lat, 2,7 miliarda dolarów (1,9 miliarda funtów), a setki naukowców zaglądały do ​​ponad 3 miliardów par zasad w naszym DNA. Po zmapowaniu nasze dane genetyczne pomogły w projektach takich jak Mapa Zależności Raka i Badania asocjacyjne całego genomu lepiej zrozumieć choroby dotykające ludzi.

Ale niektóre wyniki były rozczarowujące. W 2000 roku, gdy stawało się jasne, że sekwencja genomu jest nieuchronna, społeczność genomików zaczęła z ekscytacją stawiać zakłady, przewidując, ile genów będzie zawierał ludzki genom. Niektóre zakłady sięgały nawet 300 000; inne nawet 40 000. W kontekście genom cebuli zawiera 60 000 genów.

Z przygnębieniem okazało się, że nasz genom zawiera mniej więcej taką samą liczbę genów jak mysz czy muszka owocowa (około 21000), a trzy razy mniej niż cebula. Niewielu twierdzi, że ludzie są trzy razy mniej skomplikowani niż cebula. Zamiast tego to odkrycie sugeruje, że liczba genów w naszym genomie ma niewiele wspólnego z naszą złożonością lub różnicą w stosunku do innych gatunków, jak wcześniej zakładano.

Dostęp do sekwencji ludzkiego genomu również przedstawił społeczności naukowej wiele ważnych informacji kwestie etycznepodkreślona w 2000 r. przez premiera Tony Blair kiedy ostrzegał: „Z mocą tego odkrycia wiąże się odpowiedzialność za mądre wykorzystanie go”.

Etycy byli szczególnie zaniepokojeni kwestiami „dyskryminacji genetycznej”, takimi jak to, czy nasze geny mogą zostać użyte przeciwko nam jako dowód w sądzie lub jako podstawa do wykluczenia: nowy rodzaj pokręconej hierarchii zdeterminowanej przez naszą biologię.

Niektóre z tych obaw zostały uwzględnione w przepisach przeciw dyskryminacja genetyczna, jak amerykańska ustawa o niedyskryminacji informacji genetycznej z 2008 r. Inne problemy, takie jak te związane z tak zwanymi dziećmi-projektantami, są nadal poddawane próbie.

W 2018 roku zarodki ludzkie zostały poddane edycji genów przez chińskiego naukowca metodą zwaną CRISPR co pozwala na odcięcie wybranych fragmentów DNA i zastąpienie ich innymi. Następnie zaangażowany naukowiec osadzony w więzieniu, co sugeruje, że nadal istnieje niewielki apetyt ludzkie eksperymenty genetyczne.

Z drugiej strony, aby zaprzeczyć dostępnej terapii genetycznej dla chętnych pacjentów może pewnego dnia zostać uznane za nieetyczne – podobnie jak niektóre kraje zdecydowały się zalegalizować eutanazję ze względów etycznych. Pozostają pytania o to, jak ludzkość powinna radzić sobie z własnymi danymi genetycznymi.



Kiedy użyliśmy edycji genomu CRISPR, aby usunąć ten wzmacniacz z genomu myszy, myszy te jadły mniej tłuszczu, piły mniej alkoholu i wykazywały zmniejszony niepokój

Ponieważ edycja ludzkich genów wciąż jest wysoce kontrowersyjna, naukowcy zamiast tego starali się dowiedzieć, które geny mogą być odpowiedzialne za choroby ludzkości. Jednak kiedy naukowcy zbadali, które geny są związane z chorobami ludzkimi, spotkały się z niespodzianką. Po porównaniu ogromnych próbek ludzkiego DNA w celu ustalenia, czy określone geny prowadzą do pewnych chorób, odkryli, że nieoczekiwane części genomu były zaangażowane w rozwój chorób u ludzi.

Genom zawiera dwie sekcje: genom kodujący i genom niekodujący. Kodujący genom stanowi zaledwie 1,7 procent naszego DNA, ale jest odpowiedzialny za kodowanie białek, które są podstawowymi elementami budulcowymi życia. Geny są definiowane przez ich zdolność do kodowania białek: tak więc 1,7 procent naszego genomu składa się z genów.

Niekodujący genom, który stanowi pozostałe 98,3 procent naszego DNA, nie koduje białek. Ta w dużej mierze nieznana część genomu została kiedyś odrzucona jako „śmieciowe DNA”, wcześniej uważane za bezużyteczne. Nie zawierał genów tworzących białka, więc założono, że niekodujący genom ma niewiele wspólnego z istotą życia.

Co zaskakujące, naukowcy odkryli, że niekodujący genom był faktycznie odpowiedzialny za większość informacji, które zaatakowany rozwój choroby w ludziach. Takie odkrycia jasno pokazały, że niekodujący genom jest w rzeczywistości o wiele ważniejszy niż wcześniej sądzono.

W tej niekodującej części genomu naukowcy odkryli następnie krótkie regiony DNA zwane wzmacniaczami: przełączniki genów, które włączają i wyłączają geny w różnych tkankach w różnym czasie. Odkryli, że wzmacniacze potrzebne do ukształtowania zarodka bardzo się zmieniły niewiele podczas ewolucji, co sugeruje, że stanowią one główne i ważne źródło informacji genetycznej.

<amp-img class = "inline-gallery-btn i-amphtml-layout-responsive i-amphtml-layout-size-define" on = "tap: inline-image-gallery, inline-image-carousel.goToSlide (index = 1) "tabindex =" 0 "role =" przycisk "data-gallery-length =" 2 "src =" https://static.independent.co.uk/2021/02/22/09/iStock-1137931192.jpg ? width = 982 & height = 726 & auto = webp & quality = 75 "alt ="

Liczba genów w naszym genomie ma niewiele wspólnego z naszą złożonością lub różnicą w stosunku do innych gatunków, jak wcześniej zakładano

"wysokość =" 1404 "szerokość =" 2135 "srcset =" https://static.independent.co.uk/2021/02/22/09/iStock-1137931192.jpg?width=320&auto=webp&quality=75 320 w, https : //static.independent.co.uk/2021/02/22/09/iStock-1137931192.jpg? width = 640 & auto = webp & quality = 75 640w "layout =" responsive "i-amphtml-layout =" responsive ">

Liczba genów w naszym genomie ma niewiele wspólnego z naszą złożonością lub różnicą w stosunku do innych gatunków, jak wcześniej zakładano

(Getty / iStock)

Badania te zainspirowały jednego z nas, Alasdair, do zbadania możliwej roli wzmacniaczy w zachowaniach, takich jak spożycie alkoholu, niepokój i spożycie tłuszczu. Porównując genomy myszy, ptaków i ludzi, zidentyfikowaliśmy wzmacniacz, który zmienił się stosunkowo niewiele w ciągu 350 milionów lat – co sugeruje jego znaczenie dla przetrwania niektórych gatunków.

Kiedy użyliśmy edycji genomu CRISPR, aby usunąć ten wzmacniacz z genomu myszy, te myszy jedli mniej tłuszczu, pił mniej alkoholui wykazywał zmniejszony niepokój. Chociaż wszystko to może brzmieć jak pozytywne zmiany, prawdopodobne jest, że te wzmacniacze ewoluowały w ubogich kalorycznie środowiskach, pełnych drapieżników i zagrożeń. W tamtych czasach kluczem do przetrwania było spożywanie wysokokalorycznych źródeł żywności, takich jak tłuszcz i sfermentowane owoce, oraz nadmierna czujność wobec drapieżników. Jednak we współczesnym społeczeństwie te same zachowania mogą teraz przyczyniać się do otyłości, nadużywania alkoholu i chronicznego lęku.

Co ciekawe, późniejsza analiza genetyczna a główna kohorta populacji ludzkiej wykazał, że zmiany w tym samym ludzkim wzmacniaczu były również powiązane różnice w spożyciu alkoholu i nastroju. Badania te pokazują, że wzmacniacze są ważne nie tylko dla normalnej fizjologii i zdrowia, ale że ich zmiana może skutkować zmianami w zachowaniu, które mają poważne konsekwencje dla zdrowia ludzkiego.

Biorąc pod uwagę te nowe kierunki badań, wydaje się, że znajdujemy się na rozdrożu biologii genetycznej. Znaczenie wzmacniaczy genów dla zdrowia i chorób jest niewygodne w kontekście naszej względnej niezdolności do ich identyfikacji i zrozumienia.

Aby więc jak najlepiej wykorzystać sekwencjonowanie ludzkiego genomu dwie dekady temu, jasne jest, że obecnie badania muszą wykraczać poza 1,7 procent genomu, który koduje białka. Eksplorując niezbadane terytorium genetyczne, takie jak reprezentowane przez wzmacniacze, biologia może z powodzeniem zlokalizować kolejny odcinek przełomów w opiece zdrowotnej.

Alasdair Mackenzie jest wykładowcą genetyki molekularnej na Uniwersytecie w Aberdeen. Andreas Kolb jest starszym pracownikiem naukowym w Rowett Institute, University of Aberdeen. Ten artykuł pojawił się po raz pierwszy w Rozmowa



Source link