Projekt ľudského genómu

Prezentace na téma: "Projekt ľudského genómu"— Transkript prezentace:

1 Projekt ľudského genómu
Prehistória História Ciele Metódy Priebeh Výsledky Využitie Perspektívy základná www stránka:

2 Prehistória: Watson a Crick 1953

3 Genetika človeka v r. 1953 hodnotenie rodokmeňov štúdium dvojčiat
cca 50 monogénnych ochorení 5 monogénnych znakov (ABO, Rh...) 48 chromozómov ! 5 miliónov génov ! žiadna DNA (podľa učebníc) !

4 60-te roky: cytogenetika človeka
1956: 46 chromozómov 1959: chromozómové aberácie a choroby 1960: nomenklatúra a metodika chromozómy a nádory chromozómy: „orgán“ lekárskej genetiky ľudských génov jeden milión, o DNA stále ani zmienka...

5 70-te roky: žeby DNA? polymorfizmy (sérové skupiny, izoenzýmy...)
väzba a chrom. lokalizácia bunkové hybridy biochemická genetika Ale už aj: prvé RFLP v ľudskej DNA (1978) DNA diagnostika chorôb (1979) génov

6 Human Genome Project: história
1984: Alta Utah USA: vznik idei oskevenovať ľ. g. 1986: Santa Fe - DoE Intl. Meeting záver: projekt je uskutočniteľný a bude znamenať veľký pokrok v biológii 1988: vznik Úradu pre výskum ľudského genómu Kongres USA schválil 15 ročný projekt a dotáciu 3 mld USD 1989: založenie HUGO (The Human Genome Org.) cieľ: koordinácia HGP projektov na celom svete 3 centrá: - Bethesda pre USA - Londýn pre Európu - Tokyo pre oblasť Pacifiku 1990: začiatok projektu 2005: predpokladané ukončenie

7 HGP: rozsah 3 200 x 106 bp (dĺžka Dunaja v mm !)
dovtedy najdlhší sekvenovaný úsek: ľudská mtDNA ( bp, 1981) vtedajšia rýchlosť: 100 bp / osoba / deň cena: USD/bp Oficiálny začiatok HGP: 1990 20 pracovísk zo 6 štátov 3 mld USD cca 15 rokov práce (t.j. do r. 2005)

8 História sekvenovania DNA
bp/osoba/rok rok udalosť 1 1965 Holley sekv. alanyl tRNA S. cerev. 15 1970 Wu sekvenoval 12 bp lambda fága 150 1 500 1977 1978 Sanger dideoxy, Gilbert chem. sekv. Sanger sekv. phi-x174 (5375 bp) 15 000 1980 Messing vyvinul M13 vektor 25 000 1986 Hood – čiastočne automat. sekv. 1, 1995 Venter – autom. fluoresc. sekv. 150, 1999 Perkin-Elmer 96 kapilárny sekv. ? 000, 2004 každý kto má vybavenie

9 HGP: ciele Triangulovať genóm pomocou DNA markerov
Identifikovať a mapovať gény, určiť ich štruktúru a funkciu v zdraví aj v patológii Identifikovať dôležité mimogénové sekvencie Určiť úplnú sekvenciu genómu (3,2 Gb) Všetky dáta uložiť vo verejne prístupných databázach 1996: Bermudská dohoda Sekvenovať genómy modelových organizmov (drozofila, myš, C. elegans, A. thaliana a i.) Skúmať etické, legálne a sociálne aspekty

10 HGP: navrhovaný postup
Konštrukcia genetickej mapy s vysokým rozlišovaním Konštrukca rôznych typov fyzických máp všetkých chromozómov Vývoj vhodných laboratórnych technológií Vývoj hardware a software na spracovanie získaných údajov Kompletizácia, analýza a anotácia sekvencie ľudskej DNA

11 Metódy mapovania Genetické mapy pomocou DNA polymorfizmov
slúžia ako triangulačné body pri mapovaní génov sú nevyhnutným predpokladom klonovania génov slúžia ako rámec na konštrukciu fyzických máp 1987 – prvá genetická mapa človeka 403 polymorfizmov väčšinou typu RFLP 1992 – genetická mapa založená na STR významný prelom (813 markerov) 1994 – integračná mapa 5800 markerov, denzita 0,7 cM

12 Metódy mapovania – pokr.
Fyzické mapy sú rôzne typy s rozdielnou rozlišovacou schopnosťou cytogenetické mapy: rôzne typy prúžkovania chromozómov (G-, R-prúžk.) rozlišovacia schopnosť niekoľko Mb radiačné hybridné mapy: fragmentácia chromozómov ožiarním vytvorenie hybridných chromozómov fúziou s inými typmi buniek (myš, potkan) rozlišovacia schopnosť cca 0,5 Mb kontigové mapy prekrývajúcich sa klonov YAC klony – rozlišovanie niekoľko 100 kb BAC klony – rozlišovanie do 300 kb kozmidové klony – rozlišovanie cca 40 kb

13 Metódy mapovania – pokr.
STS mapy – Sequence Tagged Site vyžadujú informáciu o sekvenčnom zložení zoradených klonov metóda detekcie: PCR rozlíšenie cca 100 kb EST mapy – Exprimed Sequence Tag sú to vlastne STS mapy pre kódujúcu DNA príprava: sekvenovanie cDNA a ich spätné zmapovanie do fyzických máp rozlíšenie cca 40 kb sekvenčná mapa kompletná nukleotidová sekvencia DNA rozlíšenie 1 bp

14 HGP: hierarchická stratégia sekvenovania („clone-by-clone“)
triangulovať genóm pomocou STR zostrojiť BAC-knižnice mapovať klony do STR mapy utvoriť BAC kontigy štiepiť BAC-y náhodne na sekvenovateľné fragmenty sekvenovať fragmenty zoradiť do konečnej sekvencie klonu zoradiť sekvencie klonov do definitívnej sekvencie anotovať sekvenciu

15 HGP: Francis Collins a Eric Lander
Francis Collins: chromosome walking a jumping; leví podiel na pozičnom klonovaní génu pre cystickú fibrózu Eric Lander: pôvodne matematik, množstvo významných výsledkov v mol. genetike – napr. genetická mapa myši, nové prístupy k mapovaniu u človeka – privilegované postavenie (mohol si vybrať chromozóm) – vynikajúci pedagóg – na ďalšom obrazku vidíme, ako učí pipetovať tibetského dalajlamu –

16 Nárast údajov o sekvencii 1996-2001

17 1998 - Craig J. Venter a Celera Genomics

18 Stratégia sekvenovania: Celera Genomics
Celogenómová shotgun stratégia sekvenovania Skombinovanie s dátami HGP Utvorenie knižníc s definovanými dĺžkami (2,10,50 kb)

19

20 HGP v Bielom Dome, jún 2001

21 http://vega.sanger.ac.uk/Homo_sapiens/ www.ensembl.org
Nature 431, (21 October 2004); doi: /nature Finishing the euchromatic sequence of the human genome INTERNATIONAL HUMAN GENOME SEQUENCING CONSORTIUM

22 Dokončená sekvencia (2004): základné údaje
pokrýva 2,85 Gb; celý genóm má 3,08 Gb pokrýva > 99% euchromat. genómu sekvenačné chyby zriedkavejšie ako 1 : , priemerné pokrytie 11-násobné len <350 medzier (väčšinou heterochrom. úseky a vysoko repetitívne sekvencie) – proteíny kódujúcich génov (22 287) priemerne 9 génov na Mb; veľká variabilita exónov; v priemere 10,4 exónu na gén; exóny tvoria len 1,2% dĺžky sekvencie identifikovaných cca pseudogénov, asi ich je viac ako génov segmentové duplikácie tvoria 5,3% euchromatickej sekvencie („evolutionary gene nurseries“) ale pozor: anotácia sekvencie stále ešte nie je dokončená!

23 HGP: možnosti využitia
Etiológia genetických a nádorových ochorení Diagnostika monogénnych a nádorových ochorení Diagnostika multifaktoriálnych ochorení Génová terapia (genetických a nádorových ochorení) Cielená liečba („molekulárna farmakológia“) Štúdium biologických funkcií na molekulárnej úrovni (diferenciácia, starnutie ...) Evolúcia človeka a pôvod ľudských populácií Nosce te ipsum: podstatný krok k poznaniu biológie nášho druhu Podstatná časť práce je ešte len pred nami

24 Pozične klonované gény s využitím HGP sekvencie