Пре деценију, међународни истраживачки тим завршио је амбициозан напор да прочита 3 милијарде писама генетских информација које се налазе у свакој људској ћелији. Програм, познат као Хуман Геноме Пројецт, пружио је нацрт људског живота, достигнуће које је упоређено са слетањем човека на Месец.
Др Ериц Д. Греен био је укључен од самог почетка, усавршавајући неке кључне технологије које се користе у пројекту. У то време био је постдокторски стипендиста и резидент патологије на Универзитету Васхингтон у Сент Лоуису. Исцртао је својих 5 процената генома, фокусирајући се на мапирање ДНК хромозома 7. Данас је Греен директор Националног института за истраживање људског генома, који напредује у разумевању људског генома путем геномичких истраживања.
Да се вратимо на средину до краја осамдесетих, када је идеја за Пројекат људског генома први пут замишљена. Која је била мотивација у то време?
Зависи кога питаш. Различити људи имали су различите мотивације. Имајте на уму да су седамдесете и ране осамдесете биле доба револуције молекуларне биологије. Дошло је до значајног напретка у методама које су нам омогућиле да изолирамо и проучимо ДНК у лабораторији.
У САД-у, на пример, Министарство енергетике постало је веома заинтересовано за појам проучавања генома због интересовања за мутацију и за мутациони процес повезан са неким облицима енергије, као што је нуклеарна енергија.
Ако одете на места попут Националног института за здравље или погледате биомедицинске истраживаче и истраживаче везане за здравље, били су веома заинтересовани да могу да разјасне генетску основу болести. Међу многим генетским болестима које су се разматрале, наравно, био је и рак.
Много других људи из биомедицинског спектра истраживања - чак и они који раде на моделним организмима, попут мува и црва и квасца - препознали су да ако бисмо могли смислити како свеобухватно гледати на сложене геноме, почевши од мува и црва, а затим радећи наш пут до људи, пружио би основане информације за разумевање како геном делује.
Дошло је до спајања пуно различитих идеја које су, захваљујући позадини инкременталног, али важног технолошког напретка, чиниле да је, иако застрашујући, проблем секвенцирања људског генома и одређивања редоследа од три милијарде слова био изводљив.
Одакле материјал за пројекат генома? Чији је био геном?
Када је започео пројекат генома, то је био прилично лепршав. Различити људи правили су различите колекције и фрагменте ДНК назване библиотеке, који су само комадићи ДНК клонирани. Они би то радили од било кога: Понекад би то био шеф лабораторија, понекад би то био постдокторски студент или студент. Они би тада само узели ДНК кад стварно није било импликација за то.
Али тада, када је коначно дошло време да се библиотеке које ће се користити за секвенцирање људског генома направе Хуман Геноме Пројецт, особа која је била најбоља особа за израду тих библиотека био је научник који је радио у Институту за рак Росвелл Парк у Буффало, Нев Иорк. [Тим] је добио информисану сагласност од око 10 или 20 анонимних давалаца крви, а затим је насумично одабрао једног од њих, и то је била та особа. Отприлике 60 процената секвенце људског генома генерисано Пројектом људског генома потиче од једног даваоца крви из Буффала у Нев Иорку.
Али, знаш шта, није важно. Ако наиђете на секвенцу људског генома коју је генерисао Пројект Људски геном, то је попут мозаика. Можете потражити сто хиљада писама, а можда је то и једна особа из Буффала. Могло би се десити да идеш следећих стотину хиљада и да ће то бити неко други. И следећих стотину хиљада, неко други. Све је то служило као референца. А будући да су сви људи 99, 9 одсто идентични на нивоу секвенце, тај први низ не мора бити стварна особа. То може бити само хипотетичка референца на особу.
Од свих тих информација, зашто сте се одлучили фокусирати на хромозом 7 (људски геном има 23 хромозома)?
Било је некако произвољно. Желели смо да одаберемо хромозом који није превелик. Нисмо желели да одаберемо онај који је премали. Знали смо да ће бити пуно посла, па смо одабрали хромозом средње величине.
Нисмо желели да изаберемо један који је већ много људи радио на њему. У том тренутку, најпознатији ген на хромозому 7 био је ген за цистичну фиброзу, а то је откривено 1989. године. И ми смо заправо изолирали део те регије и радили смо неке студије на пилот начин.
Истина је да смо је одабрали јер није била превелика, није премала и није била пренапучена. То је био произвољан начин да се започне; до завршетка пројекта генома, већина студија је рађена на геному.
Како се рад променио током трајања пројекта?
Читава прича о геномици односи се на развој технологије. Ако пратите где су направљени огромни помаци, сваки од њих био је повезан са налетима технологије. На почетку пројекта генома, налет је дошао до тога да имамо боље начине изолације великих делова ДНК.
Кад смо радили секвенцирање мањих генома организма - попут воћних мушица Дросопхила - у основи смо индустријализирали процес извођења секвенцирања, чинећи га све већим и све аутоматизиранијим.
Када је започео пројекат генома, идеја је гласила: „Да слиједимо геноме мува, црва и квасца, све ове мање организме, користећи методу дана“, коју је овај метод развио Фред Сангер 1977. године. Идеја је била да не би гурнуо акцелератор да започне секвенцирање људског генома све док нова револуционарна метода секвенцирања није постала доступна. Дакле, било је много напора да се развију нови луди начини секвенцирања ДНК.
Када је дошло време, отприлике 1997. или 1998. године, да заправо размислимо о томе како почети секвенцирати људски геном, сви су рекли: „Можда не требамо чекати револуционарну методу, можда смо добро побољшали старомодну методу добро довољно да се може користити “, и заиста је то одлучено.
То је речено, од пројекта генома, ствар која је променила лице геномике су нове револуционарне технологије секвенцирања које су се коначно појавиле на сцени око 2005. године.
Како су та побољшања промијенила цијену и вријеме потребно за секвенцирање?
Пројект Људски геном трајао је шест до осам година активног секвенцирања, а у смислу активног секвенцирања, потрошили су око милијарду долара да направе прву секвенцу људског генома. На дан кад је пројект за геном завршио, питали смо наше групе за секвенцирање: "У реду, ако идете на секвенцу други људски геном, хипотетски, колико би то трајало и колико ће коштати?" На полеђини коверте. Прорачун, рекли су, "Вау, да сте нам дали још 10 до 50 милиона долара, вероватно бисмо то могли да урадимо за три до четири месеца."
Али сада, ако одете тамо где смо данас, можете да следите људски геном за отприлике дан или два. До краја ове године то ће бити око један дан. А коштаће само око 3.000 до 5.000 долара.
Који су главни налази првог гена и они који су уследили?
Постоје нова сазнања која долазе свакодневно. У првих 10 година постојања секвенце људског генома, мислим да ми из дана у дан сакупљамо све више и више информација о томе како људски геном ради. Али требали бисмо признати да смо и пре 10 година тек у раној фази тумачења тог низа. Десетљећа од сада ћемо то још тумачити и реинтерпретирати.
Неке од најранијих ствари које смо научили, на пример: Имамо много мање гена него што су неки људи предвидјели. Када је геном почео, многи су предвиђали да људи вероватно имају 100 000 гена, а они ће имати знатно више гена од других организама, посебно једноставнијих организама. Испада да то није тачно. Испада да смо много мањи број гена. У ствари, вероватно смо више као 20 000 гена. А то је само неколико хиљада више од мува и црва. Дакле, наша сложеност није у нашем броју гена. Наша сложеност је негде другде.
Друго изненађење је уследило кад смо започели секвенцирање других сисара - нарочито генома миша, генома штакора, псећег генома и тако даље, а до сада смо одредили 50, 60, 70 таквих генома. Поредавате ове секвенце генома у рачунару и гледате где су секвенце које су врло очуване, другим речима кроз десетине милиона година еволутивног времена, где се секвенце уопште нису промениле. Високо, високоеволуцијски сачувани низови готово да сигурно указују на функционалне секвенце. То су ствари које живот не жели да мења и зато их одржавају исти јер обављају неку виталну основну функцију неопходну за биологију. Улазећи у пројекат генома, мислили смо да ће већина оних најчуванијих региона који су били функционално важни бити у генима - деловима генома који директно кодирају протеине. Испада да већина највише сачуваних и неизбежно функционалних секвенци није у регионима за кодирање протеина; они су изван гена.
Па шта они раде? Не знамо их све. Али знамо да су многи од њих у основи склопке склопке, попут диммер прекидача за светло, који одређују где и када и колико се ген укључује. Код људи је много сложеније него у нижим организмима попут мува и црва. Дакле, наша биолошка сложеност није толико у нашем броју гена. У комплексним прекидачима, попут диммер прекидача, они регулишу где, када и колико гена се укључује.
Шта нам преостаје да схватимо?
Када размишљате о томе како геном ради, онда размишљате о томе како он функционише уобичајено за све нас. Али други велики нагласак геномике - посебно у последњих 10 година - јесте разумевање различитости наших генома. Тако да можете нагласити 0, 1 одсто наших генома који су различити у поређењу једни са другима и како те разлике доводе до различитих биолошких процеса. Дакле, разумевање варијације је врло, веома важно, а затим повезивање те варијације са различитим последицама, од којих је болест главни део ње.
Било је изванредног, управо заиста изванредног напретка. Сада знамо геномску основу за готово 5000 ретких генетских болести. Када је започео пројекат генома, постојало је само неколико десетина болести за које смо разумели шта мутација узрокује ту болест. То је велика разлика. Сада знамо многе, стотине и стотине региона људског генома који садрже варијанте - још не знамо које варијанте - које представљају ризик за компликованије генетске болести, попут хипертензије и дијабетеса и астме, кардиоваскуларних болести и тако даље .
Прешли смо од потпуног недостатка знања где треба потражити геном за те варијанте, до сада имају врло дискретне регионе. Дакле, ово је сада велики нагласак у геномици, покушава се схватити које су варијанте релевантне за болест и шта да раде са њима.
