ประโยชน์ ของการศึกษา จี โน ม มนุษย์

ประวัติศาสตร์

โครงการจีโนมมนุษย์เป็นโครงการระยะเวลา 13 ปีที่ได้รับทุนจากสาธารณะซึ่งริเริ่มในปี 2533 โดยมีวัตถุประสงค์เพื่อกำหนดลำดับดีเอ็นเอของจีโนมมนุษย์ขันทีทั้งหมดภายใน 15 ปี [5]

ในเดือนพฤษภาคม พ.ศ. 2528 โรเบิร์ตซินไฮเมอร์ได้จัดการประชุมเชิงปฏิบัติการที่มหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนียซานตาครูซเพื่อหารือเกี่ยวกับการจัดลำดับจีโนมของมนุษย์[6]แต่ด้วยเหตุผลหลายประการที่ทำให้ NIH ไม่สนใจที่จะดำเนินการตามข้อเสนอ ในเดือนมีนาคมถัดไป Santa Fe Workshop จัดขึ้นโดยCharles DeLisiและ David Smith จากสำนักงานวิจัยสุขภาพและสิ่งแวดล้อมของ Department of Energy (OHER) [7]ในเวลาเดียวกันRenato Dulbecco ได้เสนอลำดับจีโนมทั้งหมดในบทความวิทยาศาสตร์ [8]เจมส์วัตสันตามด้วยการประชุมเชิงปฏิบัติการที่จัดขึ้นที่ห้องปฏิบัติการโคลด์สปริงฮาร์เบอร์สองเดือนต่อมา ดังนั้นแนวคิดในการได้รับลำดับการอ้างอิงจึงมีต้นกำเนิดที่เป็นอิสระสามประการ ได้แก่ Sinsheimer, Dulbecco และ DeLisi ในที่สุดก็เป็นการกระทำของ DeLisi ที่เปิดตัวโครงการ [9] [10] [11] [12]

ความจริงที่ว่าการประชุมเชิงปฏิบัติการซานตาเฟเป็นแรงบันดาลใจและการสนับสนุนจากหน่วยงานกลางเปิดเส้นทางแม้ว่ายากและคดเคี้ยวหนึ่ง[13]สำหรับการแปลงความคิดลงไปในนโยบายสาธารณะในสหรัฐอเมริกา ในบันทึกของผู้ช่วยเลขานุการด้านการวิจัยพลังงาน (Alvin Trivelpiece) ชาร์ลส์เดลีซีซึ่งขณะนั้นดำรงตำแหน่งผู้อำนวยการ OHER ได้กล่าวถึงแผนงานกว้าง ๆ สำหรับโครงการนี้ [14]สิ่งนี้เริ่มต้นห่วงโซ่ของเหตุการณ์ที่ซับซ้อนและยาวนานซึ่งนำไปสู่การอนุมัติการจัดโปรแกรมใหม่ของกองทุนซึ่งทำให้ OHER สามารถเปิดตัวโครงการในปี 1986 และเพื่อแนะนำรายการโฆษณาแรกสำหรับ HGP ซึ่งอยู่ในการส่งงบประมาณของประธานาธิบดีเรแกนในปี 2531 [13]และได้รับการอนุมัติจากรัฐสภาในท้ายที่สุด สิ่งที่สำคัญเป็นพิเศษในการอนุมัติของรัฐสภาคือการสนับสนุนของวุฒิสมาชิกรัฐนิวเม็กซิโกPete Domeniciซึ่ง DeLisi เข้ามาเป็นเพื่อน [15] Domenici เป็นประธานคณะกรรมาธิการวุฒิสภาด้านพลังงานและทรัพยากรธรรมชาติรวมทั้งคณะกรรมการงบประมาณซึ่งทั้งสองอย่างนี้เป็นกุญแจสำคัญในกระบวนการงบประมาณของ DOE สภาคองเกรสได้เพิ่มจำนวนที่เทียบเท่ากับงบประมาณของ NIH ดังนั้นจึงเริ่มการระดมทุนอย่างเป็นทางการจากทั้งสองหน่วยงาน

อัลวินทริเวลปี ซ ขอและได้รับความเห็นชอบข้อเสนอของ DeLisi โดยรองเลขานุการวิลเลียมฟลินน์มาร์ติน แผนภูมินี้[16]ถูกนำมาใช้ในฤดูใบไม้ผลิปี 1986 โดย Trivelpiece จากนั้นผู้อำนวยการสำนักงานวิจัยพลังงานในกระทรวงพลังงานกล่าวสั้น ๆ กับ Martin และรัฐมนตรีว่าการกระทรวง Joseph Salgado เกี่ยวกับความตั้งใจของเขาที่จะเปลี่ยนโปรแกรม 4 ล้านดอลลาร์เพื่อริเริ่มโครงการกับ ได้รับอนุมัติจากรัฐมนตรีว่าการกระทรวง Herrington การเขียนโปรแกรมใหม่นี้ตามมาด้วยงบประมาณรายการโฆษณาจำนวน 16 ล้านดอลลาร์ในการส่งงบประมาณปี 1987 ของฝ่ายบริหารเรแกนไปยังสภาคองเกรส [17]ต่อมาทั้งสองบ้านผ่านไป มีการวางแผนโครงการเป็นเวลา 15 ปี [18]

เทคโนโลยีของผู้สมัครได้รับการพิจารณาสำหรับการดำเนินการตามข้อเสนออย่างน้อยที่สุดในปีพ. ศ. 2522 Ronald W. Davisและเพื่อนร่วมงานของมหาวิทยาลัยสแตนฟอร์ดยื่นข้อเสนอต่อ NIH ในปีนั้นและถูกปฏิเสธว่ามีความทะเยอทะยานเกินไป [19] [20]

ในปีพ. ศ. 2533 หน่วยงานจัดหาทุนรายใหญ่สองแห่งคือ DOE และNIHได้จัดทำบันทึกความเข้าใจเพื่อประสานแผนและกำหนดนาฬิกาสำหรับการเริ่มต้นโครงการถึงปี พ.ศ. 2533 [21]ในเวลานั้นเดวิดกาลาสเป็นผู้อำนวยการที่เปลี่ยนชื่อ “ สำนักงานวิจัยทางชีววิทยาและสิ่งแวดล้อม” ในสำนักงานวิทยาศาสตร์ของกระทรวงพลังงานสหรัฐฯและเจมส์วัตสันเป็นหัวหน้าโครงการ NIH Genome ในปี 1993 Aristides Patrinos ประสบความสำเร็จใน Galas และFrancis Collinsประสบความสำเร็จกับJames Watsonโดยรับหน้าที่เป็นหัวหน้าโครงการโดยรวมในฐานะผู้อำนวยการสถาบันสุขภาพแห่งชาติของสหรัฐอเมริกา (NIH) National Center for Human Genome Research (ซึ่งต่อมาจะกลายเป็นสถาบันวิจัยจีโนมมนุษย์แห่งชาติ ). มีการประกาศร่างการทำงานของจีโนมในปี 2543 และเอกสารที่อธิบายถึงเรื่องนี้ได้รับการตีพิมพ์ในเดือนกุมภาพันธ์ 2544 ฉบับร่างที่สมบูรณ์กว่านี้ได้รับการตีพิมพ์ในปี 2546 และงาน "จบ" ของจีโนมยังคงดำเนินต่อไปเป็นเวลานานกว่าทศวรรษ

โครงการมูลค่า 3 พันล้านดอลลาร์ก่อตั้งขึ้นอย่างเป็นทางการในปี 2533 โดยกระทรวงพลังงานสหรัฐและสถาบันสุขภาพแห่งชาติและคาดว่าจะใช้เวลา 15 ปี [22]นอกจากสหรัฐอเมริกาแล้วสมาคมระหว่างประเทศยังประกอบด้วยนักพันธุศาสตร์ในสหราชอาณาจักรฝรั่งเศสออสเตรเลียจีนและความสัมพันธ์ที่เกิดขึ้นเองอีกมากมาย [23]โครงการสิ้นสุดลงด้วยต้นทุนต่ำกว่าที่คาดไว้ที่ประมาณ 2.7 พันล้านดอลลาร์ (ปีงบประมาณ 2534) [4]เมื่อปรับอัตราเงินเฟ้อแล้วจะมีค่าใช้จ่ายประมาณ 5 พันล้านดอลลาร์ (ปีงบประมาณ 2018) [24] [25]

เนื่องจากความร่วมมือและความก้าวหน้าระหว่างประเทศอย่างกว้างขวางในด้านจีโนมิกส์ (โดยเฉพาะในการวิเคราะห์ลำดับ ) รวมถึงความก้าวหน้าครั้งสำคัญในเทคโนโลยีคอมพิวเตอร์การ 'ร่างคร่าวๆ' ของจีโนมจึงเสร็จสิ้นในปี 2543 (ประกาศร่วมกันโดยประธานาธิบดีบิลคลินตันของสหรัฐฯและอังกฤษนายกรัฐมนตรี โทนี่แบลร์เมื่อ 26 มิถุนายน 2543) [26] การประกอบร่างจีโนมคร่าวๆที่มีอยู่เป็นครั้งแรกนี้เสร็จสมบูรณ์โดย Genome Bioinformatics Group ที่มหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนียซานตาครูซซึ่งส่วนใหญ่นำโดยจิมเคนต์นักศึกษาระดับบัณฑิตศึกษาแล้ว การจัดลำดับอย่างต่อเนื่องนำไปสู่การประกาศจีโนมที่สมบูรณ์โดยพื้นฐานในวันที่ 14 เมษายน 2546 ซึ่งเร็วกว่าที่วางแผนไว้สองปี [27] [28]ในเดือนพฤษภาคมปี 2006 อีกขั้นก็ผ่านไปได้ในทางที่จะเสร็จสิ้นโครงการเมื่อลำดับของโครโมโซมสุดท้ายถูกตีพิมพ์ในธรรมชาติ [29]

สถาบัน บริษัท และห้องปฏิบัติการในโครงการจีโนมมนุษย์มีรายชื่ออยู่ด้านล่างตามNIH : [4]

นอกจากนี้จุดเริ่มต้นในปี 2000 และต่อเนื่องเป็นเวลาสามปีในรัสเซียมูลนิธิรัสเซียเพื่อการวิจัยพื้นฐาน (RFFI) ( รัสเซีย : Российскийфондфундаментальныхисследований (РФФИ) ) ที่มีทุนประมาณ 500 พันรูเบิลให้กับกองทุนการทำแผนที่จีโนมของรัสเซีย (สามกลุ่ม : Vologda-Vyatka ( รัสเซีย : Вологда-Вятка ), Ilmen-Belozersk ( รัสเซีย : Ильмень-Белозерск ) และ Valdai ( รัสเซีย : Валдай )) โดยห้องปฏิบัติการพันธุศาสตร์ประชากรมนุษย์ของศูนย์พันธุศาสตร์การแพทย์แห่งรัสเซีย ( รัสเซีย : лабораториипопуляционнойгенетикичеловекаМедико-генетическогоцентраРоссийскойакадемиимедицинскихнаук ) แม้ว่าผาดรัสเซียด้านบนในปี 2004 เป็นSergei Inge-Vechtomov ( รัสเซีย : СергейИнге-Вечтомов ) วิจัยนำโดยหมอชีวศาสตร์Elena Balanovskaya ( รัสเซีย : ЕленаБалановская ) ที่ห้องปฏิบัติการของมนุษย์พันธุศาสตร์ประชากรในกรุงมอสโก ตั้งแต่ปี 2004 Evgeny Ginterเป็นหัวหน้างานด้านวิทยาศาสตร์ของMedical Genetics Centerในมอสโก [30]

สถานะของการเสร็จสิ้น

โครงการไม่สามารถจัดลำดับดีเอ็นเอทั้งหมดที่พบในเซลล์ของมนุษย์ได้ มันเรียงลำดับเฉพาะบริเวณขันทีของจีโนมซึ่งคิดเป็น 92.1% ของจีโนมมนุษย์ ภูมิภาคอื่น ๆ ที่เรียกว่าheterochromaticพบในcentromeresและtelomeresและไม่ได้เรียงลำดับตามโครงการ [31]

โครงการจีโนมมนุษย์ (HGP) ได้รับการประกาศเสร็จสมบูรณ์ในเดือนเมษายน พ.ศ. 2546 ร่างคร่าวๆเบื้องต้นของจีโนมมนุษย์มีวางจำหน่ายในเดือนมิถุนายน พ.ศ. 2543 และในเดือนกุมภาพันธ์ พ.ศ. 2544 ร่างการทำงานได้เสร็จสิ้นและเผยแพร่ตามด้วยการทำแผนที่ลำดับสุดท้ายของจีโนมมนุษย์บน 14 เมษายน 2546 แม้ว่าจะได้รับรายงานว่าครอบคลุม 99% ของจีโนมมนุษย์ขันทีด้วยความแม่นยำ 99.99% แต่การประเมินคุณภาพที่สำคัญของลำดับจีโนมมนุษย์ได้รับการเผยแพร่เมื่อวันที่ 27 พฤษภาคม 2547 ระบุว่ามากกว่า 92% ของการสุ่มตัวอย่างเกินความแม่นยำ 99.99% ซึ่ง อยู่ในเป้าหมายที่ตั้งใจไว้ [32]

ในเดือนมีนาคม 2009 Genome Reference Consortium (GRC) ได้เปิดตัวจีโนมมนุษย์ในเวอร์ชันที่แม่นยำกว่า แต่ก็ยังเหลือช่องว่างอีกกว่า 300 ช่อง[33]ในขณะที่ยังคงมีช่องว่างอยู่ 160 ช่องในปี 2558 [34]

แม้ว่าในเดือนพฤษภาคม 2020 GRC รายงานช่องว่าง "ที่ยังไม่ได้รับการแก้ไข" 79 รายการ[35]คิดเป็น 5% ของจีโนมมนุษย์[36]เดือนต่อมามีการประยุกต์ใช้เทคนิคการหาลำดับระยะไกลแบบใหม่และสายเซลล์โฮโมไซกัสซึ่ง ทั้งสำเนาของแต่ละโครโมโซมนำเหมือนกันกับครั้งแรก telomere ไป telomere ลำดับที่สมบูรณ์อย่างแท้จริงของมนุษย์โครโมโซมที่X-โครโมโซม [37]การทำงานเพื่อทำให้โครโมโซมที่เหลืออยู่สมบูรณ์โดยใช้แนวทางเดียวกันกำลังดำเนินอยู่ [36]

ในปี 2564 มีรายงานว่ากลุ่ม T2T ได้เติมเต็มช่องว่างทั้งหมด ด้วยเหตุนี้จีโนมมนุษย์ที่สมบูรณ์จึงเกิดขึ้นโดยไม่มีช่องว่าง [38]

ลำดับของจีโนมมนุษย์ถือผลประโยชน์ให้กับหลายสาขาจากโมเลกุลยาในการวิวัฒนาการของมนุษย์ โครงการจีโนมของมนุษย์โดยการจัดลำดับดีเอ็นเอสามารถช่วยให้เราเข้าใจโรคต่างๆรวมถึงการสร้างยีนของไวรัสเฉพาะเพื่อการรักษาที่เหมาะสม บัตรประจำตัวของการกลายพันธุ์ที่เชื่อมโยงกับรูปแบบที่แตกต่างกันของโรคมะเร็ง ; การออกแบบยาและการทำนายผลกระทบที่แม่นยำยิ่งขึ้น ความก้าวหน้าในทางนิติเวชวิทยาศาสตร์ประยุกต์; เชื้อเพลิงชีวภาพและการใช้พลังงานอื่น ๆ การเกษตร , การเลี้ยงสัตว์ , วิชา ; การประเมินความเสี่ยง ; bioarcheology , มานุษยวิทยาและวิวัฒนาการ ประโยชน์ที่เสนออีกประการหนึ่งคือการพัฒนาเชิงพาณิชย์ของการวิจัยจีโนมิกส์ที่เกี่ยวข้องกับผลิตภัณฑ์จากดีเอ็นเอซึ่งเป็นอุตสาหกรรมมูลค่าหลายพันล้านดอลลาร์

ลำดับของดีเอ็นเอถูกเก็บไว้ในฐานข้อมูลใช้ได้กับทุกคนบนอินเทอร์เน็ต ศูนย์ข้อมูลเทคโนโลยีชีวภาพแห่งชาติของสหรัฐอเมริกา(และองค์กรในเครือในยุโรปและญี่ปุ่น) เป็นที่ตั้งของลำดับยีนในฐานข้อมูลที่เรียกว่าGenBankพร้อมด้วยลำดับของยีนและโปรตีนที่เป็นที่รู้จักและสมมุติฐาน องค์กรอื่น ๆ เช่นUCSC Genome Browserที่มหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนียซานตาครูซ[39]และEnsembl [40]นำเสนอข้อมูลเพิ่มเติมและคำอธิบายประกอบและเครื่องมือที่มีประสิทธิภาพสำหรับการแสดงภาพและค้นหา โปรแกรมคอมพิวเตอร์ได้รับการพัฒนาเพื่อวิเคราะห์ข้อมูลเนื่องจากข้อมูลนั้นยากที่จะตีความหากไม่มีโปรแกรมดังกล่าว โดยทั่วไปแล้วความก้าวหน้าในเทคโนโลยีการจัดลำดับจีโนมได้เป็นไปตามกฎของมัวร์ซึ่งเป็นแนวคิดจากวิทยาการคอมพิวเตอร์ซึ่งระบุว่าวงจรรวมสามารถเพิ่มความซับซ้อนได้ในอัตราเลขชี้กำลัง [41]ซึ่งหมายความว่าความเร็วในการจัดลำดับจีโนมทั้งหมดสามารถเพิ่มขึ้นในอัตราที่ใกล้เคียงกันดังที่เห็นในระหว่างการพัฒนาโครงการจีโนมมนุษย์ที่กล่าวถึงข้างต้น

กระบวนการในการระบุขอบเขตระหว่างยีนและคุณสมบัติอื่น ๆ ในลำดับดีเอ็นเอดิบที่เรียกว่าจีโนมคำอธิบายประกอบและอยู่ในโดเมนของชีวสารสนเทศ ในขณะที่นักชีววิทยาผู้เชี่ยวชาญสร้างคำอธิบายประกอบที่ดีที่สุด แต่งานของพวกเขาก็ดำเนินไปอย่างช้าๆและมีการใช้โปรแกรมคอมพิวเตอร์มากขึ้นเพื่อตอบสนองความต้องการปริมาณงานสูงของโครงการจัดลำดับจีโนม เริ่มต้นในปี 2551 เทคโนโลยีใหม่ที่เรียกว่าRNA-seqได้รับการแนะนำซึ่งช่วยให้นักวิทยาศาสตร์สามารถจัดลำดับ RNA ของผู้ส่งสารในเซลล์ได้โดยตรง สิ่งนี้แทนที่วิธีการเขียนบันทึกย่อก่อนหน้านี้ซึ่งอาศัยคุณสมบัติโดยธรรมชาติของลำดับดีเอ็นเอด้วยการวัดโดยตรงซึ่งแม่นยำกว่ามาก ทุกวันนี้คำอธิบายประกอบของจีโนมมนุษย์และจีโนมอื่น ๆ อาศัยการเรียงลำดับขั้นลึกของการถอดเสียงในเนื้อเยื่อมนุษย์ทุกชิ้นโดยใช้ RNA-seq การทดลองเหล่านี้พบว่ายีนกว่า 90% มียีนอย่างน้อยหนึ่งตัวและโดยปกติจะมีรูปแบบการประกบทางเลือกหลายแบบซึ่งเอ็กซอนจะถูกรวมเข้าด้วยกันในรูปแบบที่แตกต่างกันเพื่อสร้างผลิตภัณฑ์ยีนตั้งแต่ 2 ตัวขึ้นไปจากสถานที่เดียวกัน [42]

จีโนมที่เผยแพร่โดย HGP ไม่ได้แสดงถึงลำดับของจีโนมของแต่ละบุคคล เป็นภาพโมเสคที่รวมกันของผู้บริจาคที่ไม่ระบุชื่อจำนวนน้อยซึ่งเป็นแหล่งกำเนิดในยุโรปทั้งหมด จีโนม HGP เป็นโครงร่างสำหรับการทำงานในอนาคตในการระบุความแตกต่างระหว่างบุคคล โครงการต่อมาได้จัดลำดับจีโนมของกลุ่มชาติพันธุ์ที่แตกต่างกันหลายกลุ่มแม้ว่า ณ วันนี้จะยังมี "จีโนมอ้างอิง" เพียงตัวเดียว [43]

ผลการวิจัย

ข้อค้นพบที่สำคัญของลำดับจีโนมฉบับร่าง (2544) และฉบับสมบูรณ์ (2547) ได้แก่ :

1. ยีนรหัสโปรตีนในมนุษย์มีประมาณ 22,300 [44]ซึ่งเป็นช่วงเดียวกับในสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมอื่น ๆ
2. จีโนมของมนุษย์มีการทำซ้ำแบบแบ่งส่วนอย่างมีนัยสำคัญ(เกือบจะเหมือนกันส่วนที่ซ้ำกันของดีเอ็นเอ) มากกว่าที่เคยสงสัย [45] [46] [47]
3. ในช่วงเวลาที่เผยแพร่ลำดับร่างปรากฏว่ามีน้อยกว่า 7% ของตระกูลโปรตีนที่เป็นสัตว์มีกระดูกสันหลังโดยเฉพาะ [48]

ความสำเร็จ

ภาพพิมพ์ชุดแรกของจีโนมมนุษย์ที่จะนำเสนอเป็นชุดหนังสือจัดแสดงที่ Wellcome Collection , London

จีโนมมนุษย์มีประมาณ 3100000000 ฐานคู่ [49]โครงการจีโนมมนุษย์เริ่มขึ้นในปี พ.ศ. 2533 โดยมีเป้าหมายในการจัดลำดับและระบุคู่พื้นฐานทั้งหมดในชุดคำสั่งทางพันธุกรรมของมนุษย์ค้นหารากทางพันธุกรรมของโรคและพัฒนาการรักษา ก็ถือว่าเป็นmegaproject

จีโนมแตกเป็นชิ้นเล็ก ๆ ประมาณ 150,000 ฐานคู่ยาว [50]ชิ้นส่วนเหล่านี้ถูกมัดรวมกันเป็นเวกเตอร์ชนิดหนึ่งที่เรียกว่า " โครโมโซมเทียมของแบคทีเรีย " หรือ BACs ซึ่งได้มาจากโครโมโซมของแบคทีเรียซึ่งได้รับการดัดแปลงทางพันธุกรรม พาหะที่มียีนสามารถแทรกเข้าไปในแบคทีเรียซึ่งจะถูกคัดลอกโดยเครื่องจักรจำลองดีเอ็นเอของแบคทีเรีย จากนั้นแต่ละชิ้นจะถูกจัดลำดับแยกกันเป็นโครงการ"ปืนลูกซอง"ขนาดเล็กแล้วประกอบ คู่เบสที่มีขนาดใหญ่กว่า 150,000 คู่จะรวมกันเพื่อสร้างโครโมโซม สิ่งนี้เรียกว่าแนวทาง"ปืนลูกซองลำดับชั้น"เนื่องจากจีโนมจะถูกแบ่งออกเป็นชิ้นส่วนที่ค่อนข้างใหญ่ก่อนซึ่งจะถูกจับคู่กับโครโมโซมก่อนที่จะถูกเลือกสำหรับการจัดลำดับ [51] [52]

เงินทุนมาจากรัฐบาลสหรัฐผ่านสถาบันสุขภาพแห่งชาติในสหรัฐอเมริกาและองค์กรการกุศลของสหราชอาณาจักรWellcome Trustรวมถึงกลุ่มอื่น ๆ อีกมากมายจากทั่วโลก เงินทุนสนับสนุนจำนวนของศูนย์ลำดับขนาดใหญ่รวมทั้งผู้ที่มีสิวสถาบันที่Wellcome สถาบันแซงเจอร์ (แล้วเรียกว่าแซงเจอร์ศูนย์) ตามที่วิทยาเขต Wellcome จีโนม , มหาวิทยาลัยวอชิงตันเซนต์หลุยส์และเบย์เลอร์วิทยาลัยแพทยศาสตร์ [22] [53]

องค์การการศึกษาวิทยาศาสตร์และวัฒนธรรมแห่งสหประชาชาติ (UNESCO) ทำหน้าที่เป็นช่องทางสำคัญสำหรับการมีส่วนร่วมของประเทศกำลังพัฒนาในโครงการจีโนมมนุษย์ [54]

ในปี 1998 Craig Venterนักวิจัยชาวอเมริกันและ บริษัท Celera Genomics ของเขาได้เปิดตัวภารกิจที่คล้ายกัน Venter เป็นนักวิทยาศาสตร์ที่ NIH ในช่วงต้นปี 1990 เมื่อเริ่มโครงการ ความพยายาม Celera $ 300m ตั้งใจที่จะดำเนินการที่ก้าวเร็วขึ้นและในส่วนของค่าใช้จ่ายของประมาณ $ 3 พันล้านเป็นโครงการกองทุนสาธารณะ แนวทางของ Celera สามารถดำเนินการได้ในอัตราที่รวดเร็วกว่ามากและมีต้นทุนที่ต่ำกว่าโครงการสาธารณะส่วนหนึ่งเนื่องจากใช้ข้อมูลที่จัดทำโดยโครงการที่ได้รับทุนจากสาธารณะ [45]

Celera ใช้เทคนิคที่เรียกว่าทั้งจีโนมปืนลูกซองลำดับจ้างลำดับท้ายคู่ , [55]ซึ่งได้รับการใช้ในการลำดับแบคทีเรียจีโนมได้ถึงหกล้านฐานคู่ยาว แต่ไม่ได้สำหรับสิ่งที่เกือบเป็นใหญ่เป็นสามพันล้านฐานคู่ของมนุษย์ จีโนม

Celera ประกาศในตอนแรกว่าจะขอความคุ้มครองสิทธิบัตรยีน "เพียง 200–300" แต่ต่อมาได้มีการแก้ไขเพื่อแสวงหา "การคุ้มครองทรัพย์สินทางปัญญา" ใน "โครงสร้างสำคัญที่มีลักษณะครบถ้วน" ซึ่งมีจำนวนเป้าหมาย 100–300 เป้าหมาย ในที่สุด บริษัท ได้ยื่นคำขอรับสิทธิบัตรเบื้องต้น ("place-holder") สำหรับยีน 6,500 ยีนทั้งหมดหรือบางส่วน Celera ยังสัญญาว่าจะเผยแพร่สิ่งที่ค้นพบตามเงื่อนไขของ " Bermuda Statement " ปี 1996 โดยการเผยแพร่ข้อมูลใหม่ทุกปี (HGP เปิดเผยข้อมูลใหม่ทุกวัน) แม้ว่าจะแตกต่างจากโครงการที่ได้รับทุนจากสาธารณะ แต่ก็ไม่อนุญาตให้แจกจ่ายฟรีหรือ การใช้ข้อมูลทางวิทยาศาสตร์ คู่แข่งที่ได้รับการสนับสนุนจากสาธารณชนถูกบังคับให้ปล่อยร่างแรกของจีโนมมนุษย์ต่อหน้าเซเลร่าด้วยเหตุนี้ เมื่อวันที่ 7 กรกฎาคม พ.ศ. 2543 UCSC Genome Bioinformatics Group ได้เผยแพร่ร่างการทำงานฉบับแรกบนเว็บ ชุมชนวิทยาศาสตร์ดาวน์โหลดข้อมูลประมาณ 500 GB จากเซิร์ฟเวอร์จีโนม UCSC ใน 24 ชั่วโมงแรกของการเข้าถึงฟรีและไม่ จำกัด [56]

ในเดือนมีนาคม พ.ศ. 2543 ประธานาธิบดีคลินตันพร้อมด้วยนายกรัฐมนตรีโทนี่แบลร์กล่าวในแถลงการณ์คู่เรียกร้องว่าลำดับจีโนมควรมี "การเข้าถึงโดยไม่มีภาระผูกพัน" สำหรับนักวิจัยทุกคนที่ต้องการค้นคว้าเกี่ยวกับลำดับ [57]คำสั่งที่ส่งหุ้น Celera ของหล่นฮวบลงและลากลงเทคโนโลยีชีวภาพหนักNasdaq ภาคเทคโนโลยีชีวภาพสูญเสียมูลค่าตลาดประมาณ 50 พันล้านเหรียญในสองวัน

แม้ว่าจะมีการประกาศร่างการทำงานในเดือนมิถุนายน 2543 แต่ก็ยังไม่ถึงเดือนกุมภาพันธ์ 2544 ที่ Celera และนักวิทยาศาสตร์ของ HGP ได้เผยแพร่รายละเอียดของแบบร่างของพวกเขา ปัญหาพิเศษของธรรมชาติ (ซึ่งตีพิมพ์บทความทางวิทยาศาสตร์ของโครงการที่ได้รับทุนสนับสนุนจากสาธารณชน) [45]อธิบายถึงวิธีการที่ใช้ในการสร้างลำดับแบบร่างและเสนอการวิเคราะห์ลำดับ ร่างเหล่านี้ครอบคลุมประมาณ 83% ของจีโนม (90% ของพื้นที่ขันทีมี 150,000 ช่องว่างและลำดับและการวางแนวของส่วนต่างๆยังไม่ได้กำหนด) ในเดือนกุมภาพันธ์ 2544 ในช่วงเวลาของการตีพิมพ์ร่วมกันแถลงข่าวประกาศว่าโครงการนี้เสร็จสมบูรณ์แล้วโดยทั้งสองกลุ่ม มีการประกาศร่างฉบับปรับปรุงในปี 2546 และ 2548 โดยมีข้อมูลประมาณ 92% ของลำดับปัจจุบัน

ในHGP ภาครัฐระหว่างประเทศของ IHGSC นักวิจัยได้เก็บตัวอย่างเลือด (หญิง) หรืออสุจิ (ชาย) จากผู้บริจาคจำนวนมาก ตัวอย่างที่เก็บรวบรวมได้เพียงไม่กี่ตัวอย่างเท่านั้นที่ถูกประมวลผลเป็นทรัพยากรดีเอ็นเอ ดังนั้นข้อมูลประจำตัวของผู้บริจาคจึงได้รับการปกป้องดังนั้นทั้งผู้บริจาคและนักวิทยาศาสตร์ก็ไม่สามารถรู้ได้ว่าดีเอ็นเอของใครถูกจัดลำดับ โคลนดีเอ็นเอที่นำมาจากหลาย ๆห้องสมุดถูกนำมาใช้ในโครงการโดยรวมกับห้องสมุดส่วนใหญ่ผู้ที่ถูกสร้างขึ้นโดยปีเตอร์เจเดอยองของ ลำดับส่วนใหญ่ (> 70%) ของจีโนมอ้างอิงที่ผลิตโดย HGP สาธารณะมาจากผู้บริจาคชายนิรนามเพียงรายเดียวจากบัฟฟาโลนิวยอร์ก ( ชื่อรหัส RP11 ส่วน "RP" หมายถึงศูนย์มะเร็งที่ครอบคลุมรอสเวลล์พาร์ค ) [58] [59]

นักวิทยาศาสตร์ของ HGP ใช้เซลล์เม็ดเลือดขาวจากเลือดของผู้บริจาคชาย 2 คนและผู้บริจาคหญิง 2 คน (สุ่มเลือกจาก 20 คนจากแต่ละคน) - ผู้บริจาคแต่ละรายได้รับคลังดีเอ็นเอแยกกัน หนึ่งในไลบรารีเหล่านี้ (RP11) ถูกใช้มากกว่าไลบรารีอื่น ๆ เนื่องจากการพิจารณาด้านคุณภาพ ปัญหาทางเทคนิคเล็กน้อยประการหนึ่งคือตัวอย่างผู้ชายมีดีเอ็นเอจากโครโมโซมเพศมากกว่าครึ่งหนึ่ง ( โครโมโซม Xหนึ่งโครโมโซมและโครโมโซม Yหนึ่งตัว) เมื่อเทียบกับตัวอย่างเพศหญิง (ซึ่งมีโครโมโซม Xสองตัว) โครโมโซมอีก 22 ตัว (ออโตโซม) เหมือนกันสำหรับทั้งสองเพศ

แม้ว่าขั้นตอนการจัดลำดับหลักของ HGP จะเสร็จสิ้นแล้ว แต่การศึกษาการเปลี่ยนแปลงของดีเอ็นเอยังคงดำเนินต่อไปในโครงการInternational HapMapซึ่งมีเป้าหมายเพื่อระบุรูปแบบของกลุ่มsingle-nucleotide polymorphism (SNP) (เรียกว่าhaplotypesหรือ "haps") ตัวอย่างดีเอ็นเอสำหรับ HapMap มาจากบุคคลทั้งหมด 270 คน คน YorubaในIbadan , ไนจีเรีย ; คนญี่ปุ่นในโตเกียว ; ชาวจีนฮั่นในปักกิ่ง ; ฝรั่งเศสและศูนย์ศิลป Etude du Polymorphisme humain (CEPH) ทรัพยากรซึ่งประกอบไปอาศัยอยู่ในประเทศสหรัฐอเมริกามีเชื้อสายจากตะวันตกและภาคเหนือของยุโรป

ในโครงการภาคเอกชนของ Celera Genomics มีการใช้ดีเอ็นเอจากบุคคลที่แตกต่างกัน 5 คนในการจัดลำดับ Craig Venter นักวิทยาศาสตร์ชั้นนำของ Celera Genomics ได้รับการยอมรับในเวลาต่อมา (ในจดหมายสาธารณะถึงวารสารScience ) ว่า DNA ของเขาเป็นหนึ่งใน 21 ตัวอย่างในสระว่ายน้ำซึ่งห้าในนั้นถูกเลือกให้ใช้ [60] [61]

ในปี 2550 ทีมงานที่นำโดยโจนาธานรอ ธ เบิร์กได้เผยแพร่จีโนมทั้งหมดของเจมส์วัตสันโดยเปิดเผยจีโนมนิวคลีโอไทด์ 6 พันล้านตัวของบุคคลเดียวเป็นครั้งแรก [62]

ตามลำดับขั้นตอนต่อไปคือการระบุตัวแปรทางพันธุกรรมที่เพิ่มความเสี่ยงต่อโรคทั่วไปเช่นมะเร็งและเบาหวาน [21] [50]

มันเป็นที่คาดว่ามีความรู้รายละเอียดของจีโนมมนุษย์จะให้ลู่ทางใหม่สำหรับความก้าวหน้าในการแพทย์และเทคโนโลยีชีวภาพ ผลลัพธ์ในทางปฏิบัติที่ชัดเจนของโครงการปรากฏขึ้นก่อนที่งานจะเสร็จสิ้น ยกตัวอย่างเช่นจำนวนของ บริษัท เช่นพันธุศาสตร์มากมายเริ่มต้นที่นำเสนอวิธีที่ง่ายในการจัดการการทดสอบทางพันธุกรรมที่สามารถแสดงจูงใจเพื่อความหลากหลายของการเจ็บป่วยรวมถึงโรคมะเร็งเต้านม , ความผิดปกติของการแข็งตัวของเลือด , โรคปอดเรื้อรัง , ตับโรคและอื่น ๆ อีกมากมาย นอกจากนี้สาเหตุสำหรับโรคมะเร็ง , โรคอัลไซเมและพื้นที่อื่น ๆ ที่น่าสนใจทางคลินิกจะถือว่ามีแนวโน้มที่จะได้รับประโยชน์จากข้อมูลจีโนมและอาจอาจนำไปสู่ในระยะยาวเพื่อความก้าวหน้าที่สำคัญในการบริหารจัดการของพวกเขา [63] [64]

นอกจากนี้ยังมีประโยชน์มากมายสำหรับนักชีววิทยา ตัวอย่างเช่นนักวิจัยที่ตรวจสอบมะเร็งบางรูปแบบอาจ จำกัด การค้นหาให้แคบลงไปที่ยีนเฉพาะ ด้วยการเยี่ยมชมฐานข้อมูลจีโนมของมนุษย์บนเวิลด์ไวด์เว็บนักวิจัยคนนี้สามารถตรวจสอบสิ่งที่นักวิทยาศาสตร์คนอื่นเขียนเกี่ยวกับยีนนี้รวมถึง (อาจ) โครงสร้างสามมิติของผลิตภัณฑ์หน้าที่ของมันความสัมพันธ์เชิงวิวัฒนาการกับมนุษย์คนอื่น ๆ ยีนหรือยีนในหนูหรือยีสต์หรือแมลงวันผลไม้การกลายพันธุ์ที่เป็นอันตรายที่เป็นไปได้การมีปฏิสัมพันธ์กับยีนอื่น ๆ เนื้อเยื่อของร่างกายที่ยีนนี้ถูกกระตุ้นและโรคที่เกี่ยวข้องกับยีนนี้หรือประเภทข้อมูลอื่น ๆ นอกจากนี้ความเข้าใจที่ลึกซึ้งยิ่งขึ้นเกี่ยวกับกระบวนการของโรคในระดับอณูชีววิทยาอาจกำหนดขั้นตอนการรักษาใหม่ ๆ เมื่อพิจารณาถึงความสำคัญที่ชัดเจนของ DNA ในอณูชีววิทยาและบทบาทหลักในการกำหนดการทำงานพื้นฐานของกระบวนการของเซลล์จึงมีแนวโน้มว่าความรู้ที่เพิ่มขึ้นในพื้นที่นี้จะอำนวยความสะดวกให้กับความก้าวหน้าทางการแพทย์ในหลาย ๆ ด้านที่น่าสนใจทางคลินิกซึ่งอาจไม่สามารถเกิดขึ้นได้หากไม่มีพวกเขา [65]

การวิเคราะห์ความคล้ายคลึงกันระหว่างดีเอ็นเอจากสิ่งมีชีวิตที่แตกต่างกันนอกจากนี้ยังมีการเปิดช่องทางใหม่ในการศึกษาวิวัฒนาการ ในหลาย ๆ กรณีคำถามเกี่ยวกับวิวัฒนาการสามารถกำหนดกรอบในแง่ของอณูชีววิทยาได้แล้ว เหตุการณ์สำคัญทางวิวัฒนาการที่สำคัญหลายอย่าง (การเกิดขึ้นของไรโบโซมและออร์แกเนลล์การพัฒนาตัวอ่อนด้วยแผนของร่างกายระบบภูมิคุ้มกันของสัตว์มีกระดูกสันหลัง ) อาจเกี่ยวข้องกับระดับโมเลกุล คำถามมากมายเกี่ยวกับความเหมือนและความแตกต่างระหว่างมนุษย์และญาติที่ใกล้ชิดที่สุดของเรา ( บิชอพและสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมอื่น ๆ) คาดว่าจะได้รับความกระจ่างจากข้อมูลในโครงการนี้ [63] [66]

โครงการนี้เป็นแรงบันดาลใจและปูทางไปสู่งานจีโนมในสาขาอื่น ๆ เช่นเกษตรกรรม ตัวอย่างเช่นจากการศึกษาองค์ประกอบทางพันธุกรรมของTritium aestivumซึ่งเป็นขนมปังโฮลวีตที่ใช้กันมากที่สุดในโลกทำให้ได้รับความเข้าใจอย่างถ่องแท้เกี่ยวกับวิธีการทำให้บ้านมีผลต่อวิวัฒนาการของพืช [67]อยู่ระหว่างการตรวจสอบว่าพื้นที่ใดมีความอ่อนไหวต่อการจัดการมากที่สุดและสิ่งนี้มีผลอย่างไรในแง่วิวัฒนาการ การจัดลำดับทางพันธุกรรมทำให้สามารถตอบคำถามเหล่านี้ได้เป็นครั้งแรกเนื่องจากสามารถเปรียบเทียบ loci ที่เฉพาะเจาะจงได้ในสายพันธุ์ของพืชป่าและพันธุ์ในบ้าน สิ่งนี้จะช่วยให้เกิดความก้าวหน้าในการดัดแปลงพันธุกรรมในอนาคตซึ่งสามารถให้ผลผลิตข้าวสาลีที่ดีต่อสุขภาพและต้านทานโรคได้เหนือสิ่งอื่นใด

ในช่วงเริ่มต้นของโครงการจีโนมมนุษย์มีการตั้งข้อกังวลด้านจริยธรรมกฎหมายและสังคมหลายประการเกี่ยวกับความรู้ที่เพิ่มขึ้นเกี่ยวกับจีโนมของมนุษย์ที่สามารถใช้ในการเลือกปฏิบัติต่อผู้คนได้อย่างไร ความกังวลหลักประการหนึ่งของบุคคลส่วนใหญ่คือความกลัวว่าทั้งนายจ้างและ บริษัท ประกันสุขภาพจะปฏิเสธที่จะจ้างบุคคลหรือปฏิเสธที่จะให้ประกันแก่ผู้คนเนื่องจากความกังวลด้านสุขภาพที่บ่งชี้โดยยีนของใครบางคน [68]ในปี พ.ศ. 2539 สหรัฐอเมริกาได้ผ่านกฎหมายHealth Insurance Portability and Accountability Act (HIPAA) ซึ่งป้องกันการเปิดเผยข้อมูลสุขภาพที่ระบุตัวบุคคลโดยไม่ได้รับอนุญาตและไม่ได้รับความยินยอมให้กับหน่วยงานใด ๆ ที่ไม่ได้มีส่วนร่วมอย่างแข็งขันในการให้บริการด้านการดูแลสุขภาพแก่ผู้ป่วย [69]ประเทศอื่น ๆ ไม่ผ่านการคุ้มครองเช่น[ ต้องการอ้างอิง ]

นอกเหนือจากการระบุยีนทั้งหมดประมาณ 20,000–25,000 ยีนในจีโนมมนุษย์ (ประมาณระหว่าง 80,000 ถึง 140,000 ในช่วงเริ่มต้นโครงการ) โครงการจีโนมมนุษย์ยังพยายามแก้ไขปัญหาทางจริยธรรมกฎหมายและสังคมที่สร้างขึ้นโดย การโจมตีของโครงการ [70]ด้วยเหตุนี้โครงการจริยธรรมกฎหมายและผลกระทบทางสังคม (ELSI) ก่อตั้งขึ้นในปี 1990 ห้าเปอร์เซ็นต์ของงบประมาณประจำปีได้รับการจัดสรรเพื่อจัดการกับ ELSI ที่เกิดขึ้นจากโครงการ [22] [71]งบประมาณนี้เริ่มต้นที่ประมาณ 1.57 ล้านดอลลาร์ในปี พ.ศ. 2533 แต่เพิ่มขึ้นเป็นประมาณ 18 ล้านดอลลาร์ในปี พ.ศ. 2557 [72]

ในขณะที่โครงการอาจให้ประโยชน์อย่างมากต่อการแพทย์และการวิจัยทางวิทยาศาสตร์ผู้เขียนบางคนได้เน้นย้ำถึงความจำเป็นในการแก้ไขผลกระทบทางสังคมที่อาจเกิดขึ้นจากการทำแผนที่จีโนมมนุษย์ "โรคที่มีโมเลกุลสูงและการรักษาที่เป็นไปได้จะส่งผลกระทบอย่างมากต่อสิ่งที่ผู้ป่วยคาดหวังจากความช่วยเหลือทางการแพทย์และการรับรู้ความเจ็บป่วยของแพทย์รุ่นใหม่" [73]

มนุษย์ มีจีโนม กี่ล้านคู่

จีโนมมีกี่ยีน

Genome มีอะไรบ้าง

การศึกษาพันธุกรรมทั้งหมดของสิ่งมีชีวิตเรียกว่าอะไร