۱۳۹۶ فروردین ۲۰, یکشنبه

پروژه ژنوم انسان

از: دانشنامه‌ی آریانا

پروژه ژنوم انسان

ژنتیکژنوم انسان

‌پروژه ژنوم انسان (Human Genome Project)، طرح نقشه‌برداری و تعیین توالی کل ژنوم انسان با استفاده از روش‌های علمی، برای نخستین‌بار در سال ۱۹۸۴ میلادی در کنفرانسی در شهرک آلتا، یوتا (Alta Uta) عنوان شد. هدف این پروژه‌ی بین‌المللی تعیین توالی جفت‌باز (Base pair) نوکلئوتیدی - اجزای تشکیل‌دهنده‌ی دی‌ان‌ای - انسان از هر دو نظر فیزیکی و عملکرد بود. تأمین قسمتی از بودجه این پروژه را دپارتمان انرژی آمریکا به عهده گرفت و در سال ۱۹۸۸ کنگره آمریکا رسماً اجرای پروژه ژنوم انسانی را از سال ۱۹۹۱ به مدت ۱۵ سال تصویب کرد. در این سال مؤسسه ملی بهداشت آمریکا (National Institutes of Health با علامت اختصاری NIH) نیز برای اجرای این طرح اعلام آمادگی کرد. به‌زودی کشورهای انگلیس، فرانسه، آلمان و ژاپن نیز به این پروژه پیوستند.


پیشینه‌ی تاریخی
لوگوی پروژه ژنوم انسان

پروژه‌ی ژنوم انسان، در سال ۱۹۹۰ با تخصیص بودجه‌ای معادل ۳ میلیارد دلار (سالیانه ۲۰۰ میلیون دلار) و با همکاری مشترک دپارتمان انرژی (United States Department of Energy یا به‌طور اختصار DOE) و موسسه ملی بهداشت (NIH) آمریکا آغاز شد. در واقع طرح این موضوع، از اواسط دهه‌ی ۱۹۸۰ میلادی و با هدف درک مبانی بروز ۴۰۰۰ بیماری ژنتیکی انسان عنوان گردید و سال‌های پایانی این دهه، صرف ظرفیت‌سنجی و هماهنگی تحقیقات برای انجام این پروژه بزرگ و بین‌المللی گردید.

این پروژه در آغاز به‌عنوان یک برنامه‌ی ۱۵ ساله مطرح گشت، اما پیشرفت‌های قابل ملاحظه‌ای که در اجرای آن حاصل آمد، عملاً زمان اجرای آن‌را کاهش داد.

اهداف این پروژه عبارت بودند از: شناسایی تقریباً همه ژن‌های موجود در ژنوم انسان (بیش از ۱۰۰ هزار ژن)، تشخیص توالی ۳ میلیارد باز آلی که ژنوم انسان را شکل داده‌اند، ذخیره‌سازی اطلاعات در پایگاه‌های اطلاعاتی، ارتقای روش‌ها برای تحلیل اطلاعات، انتقال فناوری به بخش‌های خصوصی، و نمایان ساختن جنبه‌های اخلاقی، قانونی و اجتماعی که انتظار می‌رود از این پروژه حاصل شود.

برای تحقیق روی پروژه ژنوم انسان، لازم بود تا اطلاعات توالی موجودات دیگر مشخص گردد. بنابراین پیش از این پروژه ژنوم انسان، پروژه ژنوم باکتری یا اشریشیا کلی (Escherichia coli یا به‌طور اختصار E.coli) و مخمر یا ساکارومایسس سرویزیه (Saccharomyces cerevisiae یا به‌طور اختصار S.cerevisiae) به پایان رسید و کار بر روی توالی‌یابی ژنوم موجوداتی چون کرم خاکی، مگس سرکه و موش ادامه یافت.

به‌هر حال، این پروژه، طی سه برنامه‌ی ۵ ساله طراحی و اجرا شد: برنامه اول، از سال ۱۹۹۰ تا ۱۹۹۵ میلادی، که به‌دلیل پیشرفت قابل ملاحظه در سال ۱۹۹۳ به پایان رسید؛ برنامه دوم، از سال ۱۹۹۳ تا ۱۹۹۸ میلادی و برنامه سوم، از سال ۱۹۹۸ تا ۲۰۰۳ میلادی ادامه یافت.

اهداف نهایی برنامه‌ی سوم، در طی برگزاری کارگاه‌های متعدد پایه‌ریزی شد. این کارگاه‌ها توسط دپارتمان انرژی و موسسه ملی بهداشت آمریکا و با همکاری ۱۸ کشور دنیا و کمک قابل توجه مرکز سانجر در انگلستان و مراکز تحقیقاتی آلمان، فرانسه و ژاپن به اجرا درآمد.

این اهداف نهایی عبارت بودند از: تشخیص کامل توالی‌ها و دسترسی آزاد به اطلاعات به‌دست آمده، پوشش حداقل ۹۰ درصد ژنوم انسان با کمک کلون‌های مکان‌یابی‌شده تا پایان سال ۲۰۰۱، تکمیل اطلاعات مربوط به یک سوم ژنوم انسان تا پایان سال ۲۰۰۱، و تکمیل پروژه ژنوم تا پایان سال ۲۰۰۳.

در ژوئن ۲۰۰۰، دانشمندان اعلام کردند که طرح خام ژنوم انسان یک‌سال پیش از موعد مقرر تکمیل گردیده و در فوریه ۲۰۰۱ شماره‌های مخصوص ژورنال‌های Science و Nature به بحث پیرامون این قضیه اختصاص یافت. این طرح خام شامل اطلاعات مربوط به حدود ۹۰ درصد ژنوم انسان بود. دانشمندان تلاش کردند تا مصادف با پنجاهمین سال کشف بزرگ واتسون و کریک، این پروژه عظیم را کامل کنند.

مروری ادواری بر پروژه ژنوم انسان:

اوایل سال ۱۹٨٧: والتر گیلبرت (Walter Gilbert)، بیوشیمیست و فیزیکدان آمریکایی، از مرکز تحقیقات ملی استعفا کرد و با هدف تعیین توالی ژنوم انسان و کسب حقوق انحصاری و درآمد حاصل از فروش اطلاعات آن، شرکت ژنوم (Genome Corporation) را تاسیس کرد.

سپتامبر ۱۹٨٨: موسسه ملی بهداشت (NIH) اداره ژنوم انسان را تأسیس کرد و یک ماه بعد تفاهم‌نامه موافقت و همکاری بین این موسسه و دپارتمان انرژی (DOE) برای پروژه ژنوم انسان به امضا رسید. از آن‌جا که گرایش تاریخی این دپارتمان مطالعه آثار انرژی هسته‌ای و سایر انواع انرژی روی وراثت و ژنتیک انسان بود، به این پروژه پیوست.

سپتامبر ۱۹٨۹: کمیته بررسی مسائل و ملاحظات اخلاقی، حقوقی و اجتماعی پروژه ژنوم کار خود را آغاز کرد.

اکتبر ۱۹۹٠: شروع رسمی این پروژه توسط NIH و دپارتمان انرژی اعلام شد. البته قبلاً این دو مرکز برنامه‌هایی را برای تعیین توالی ژنوم موجودات پست‌تر همچون گونه‌هایی از باکتری‌ها، مخمر، نماتود یا کرم‌های لوله‌ای (Nematode)، کرم‌های الگانس (Caenorhabditis elegans) و سایر موجودات شروع کرده بودند و ژاپنی‌ها نیز یکسال بعد برنامه تعیین توالی ژنوم برنج را آغاز کردند.

آوریل ۱۹۹٢: جمیز واتسن (James Watson) به‌خاطر اختلاف نظر با رییس موسسه ملی بهداشت بر سر به ثبت رساندن ژن‌ها استعفا کرد.

ژوئیه ۱۹۹٢: موسسه بریتانیایی ولکام تراست (Welcome Trust) با بودجه ۹۵ میلیون دلار به پروژه پیوست. دانشمندان فرانسوی و آمریکایی در اکتبر همین سال اولین نقشه فیزیکی کروموزوم‌ها را کامل کردند. یکسال بعد NIH و DOE برنامه پنج ساله ۱۹۹٣-۱۹۹٨ را منتشر کردند که بر اساس آن می‌بایست توالی Mb ٨٠ از ژنوم تا انتهای برنامه به‌دست آید و کل توالی ژنوم نیز تا پایان سال ٢٠٠۵ مشخص شود.

سپتامبر ۱۹۹۴: نقشه فیزیکی ژنوم با حدود ۱۵٠٠٠ مارکر منتشر شد.

فوریه ۱۹۹٦: اعضای کنسرسیوم بین‌المللی ژنوم در جلسه‌ای که به همت موسسه Welcome Trust در برمودا برگزار شده بود بر سر آزادسازی اطلاعات ژنوم به فاصله ٢۴ ساعت در بانک‌های اطلاعاتی توافق کردند.

مه ۱۹۹٨: کریگ ونتر (Craig Venter) اعلام کرد که شرکت خصوصی سلارا (Celera Corporation) را با بودجه ٣٠٠ میلیون دلار تاسیس کرده است تا ظرف مدت کمتر از سه سال تمام توالی ژنوم را به‌دست آورد. هدف وی نیز به ثبت رساندن توالی ژنوم و فروش آن بود. در پاسخ به این حرکت، موسسه ولکام تراست (Welcome Trust) بودجه خود را به ٣٣٠ میلیون دلار افزایش داد و تعیین توالی یک سوم از ژنوم را به‌عهده گرفت.

اکتبر ۱۹۹٨: NIH و DOE تصمیم گرفتند نسخه اولیه اطلاعات ژنوم را تا سال ٢٠٠۱ آماده و نسخه نهایی را در فاصله سال ٢٠٠۵-٢٠٠٣ منتشر کنند.

دسامبر ۱۹۹۹: توالی کروموزوم ٢٢ به‌عنوان اولین توالی کروموزوم انسان توسط پژوهشگران انگلیسی، ژاپنی و امریکایی به‌دست آمد.

مارس ٢٠٠٠: همکاری میان شرکت سلارا (Celera Corporation) و کنسرسیوم اچ‌جی‌پی یا پروژه ژنوم انسان (HGP) به‌علت اختلاف نظر بر سر سیاست آزادسازی اطلاعات ژنوم متوقف شد.

مه ٢٠٠٠: توالی دومین کروموزوم انسان (کروموزوم شماره ٢۱) به‌همت دانشمندان آلمانی و ژاپنی به‌دست آمد.

ژوئن ٢٠٠٠: طی مراسمی در کاخ سفید شرکت Celera و کنسرسیوم HGP اعلام کردند که از عداوت‌ها و اختلافات گذشته دست برداشته‌اند و نتایج نسخه‌ی اولیه ژنوم را با هم منتشر خواهند کرد.

دسامبر ٢٠٠٠: قرار بود Celera و HGP نتایج خود را با هم در مجله Science به‌چاپ برسانند، اما این توافق نیز از هم پاشید و کنسرسیوم HGP مقاله خود را به مجله Nature فرستاد.

فوریه ٢٠٠۱: مقاله HGP پانزدهم فوریه در مجله Nature و مقاله Celera روز بعد در مجله Science به‌چاپ رسید. گزارش اولیه ژنوم انسان نتایج جالب و گاه دور از انتظاری داشت.

- از جمله جالب‌ترین نتایج پروژه آن بود که تعداد ژن‌های انسان خیلی کمتر از آن چیزی است که پیش‌بینی می‌شد. Walter Gilbert حدود بیست سال قبل پیش‌بینی کرده بود که انسان حدود ۵٠-۱٠٠ هزار ژن دارد، در حالی‌که این پروژه نشان داد تعداد ژن‌های انسان حدود ٣٢٠٠٠ است ( تعداد ژن‌هایی که شرکت Celera گزارش کرد تا آن زمان ٢٦٣٨٣ و ژن‌هایی که HGP گزارش کرد حدود ٢۴۵٠٠ عدد بود.) یعنی انسان تنها دو برابر نماتود C. elegance ژن دارد.

- از جمله نکات جالب دیگر آن بود که کمتر از ٢٪ از ژنوم پروتئین‌هایی را کدگذاری می‌کند و ۹٨٪ بقیه را توالی‌هایی تشکیل می‌دهد که نقشی در اطلاعات ندارند و به پروتئین ترجمه نمی‌شوند.

- ۴٠-۴٨٪ از ژنوم را توالی‌های تکراری از قبیل ترتیب‌های Alu، ترانس پوزون‌ها، LINES و SINES تشکیل می‌دهد.

- تراکم ژن در کروموزوم‌های مختلف با هم یکسان نیست. به‌عنوان مثال بیشترین تراکم در کروموزوم ۱۹ (٢٣ ژن در هر مگاباز) و کمترین تراکم ژن در کروموزوم ۱٣ است (۵ ژن درهر مگاباز).

- بیش از ۱،۴ میلیون چندشکلی تک نوکلئوتیدی یا SNP در ژنوم انسان شناسایی شده است که عامل اصلی تفاوت افراد و گوناگونی در مواردی نظیر پاسخ به داروها است.

- و نکته آخر این‌که میزان جهش در میوز مردان حدود دو برابر زنان است.

گزارش اولیه ژنوم به‌تدریج کاملتر و فواصلی که خالی مانده بود پُر شد، به‌طوری که در مراسمی که در تاریخ ۱۴ اوریل ٢٠٠٣ و پنجاه سال پس از کشف ساختمان DNA در دانشگاه سانتاکروز کالیفرنیا، و با حضور بزرگان این پروژه برگزار شد، فرانسیس کالینز (Francis Collins)، رییس موسسه ملی تحقیقات ژنوم انسان رسماً پایان تعیین توالی ژنوم انسان را اعلام کرد. این توالی به‌دست آمده بیش از ۹۹٪ از ژنوم را شامل می‌شود. آنچه که باقی مانده است توالی‌هایی نظیر ترتیب‌های تکراری سانترومر است که کلون کردن آن‌ها کار دشواری است و در اغلب حامل‌ها نیز ناپایدارند. نتیجه این تلاش جهانی آن است که امروزه می‌توان به کمک قدرت فناوری اطلاعات از هر گوشه‌ای از دنیا و بدون پرداخت هزینه به اطلاعات ژنوم دست یافت. حجم اطلاعات حاصل شده به اندازه‌ای زیاد است که بدون آشنایی با مبانی دانش بیوانفورماتیک نمی‌توان به بازیابی و تجزیه و تحلیل این اطلاعات پرداخت.


روش‌ها و دستاوردها

...


ژنوم اورگانیسم‌های مدل



مسائل اخلاقی، حقوقی و اجتماعی



[] يادداشت‌ها




[] پيوست‌ها


...


[] پی‌نوشت‌ها

...


[] جُستارهای وابسته






[] سرچشمه‌ها







[] پيوند به بیرون

[۱ ٢ ٣ ۴ ۵ ٦ ٧ ٨ ٩ ۱٠ ۱۱ ۱٢ ۱٣ ۱۴ ۱۵ ۱٦ ۱٧ ۱٨ ۱۹ ٢٠]

رده‌ها:...