October 1, 1993, to September 30, 1998 (FY 1994-98)Mapping and Sequencing the Human Genome
Genetické mapování
- Dokončení 2 až 5-cM mapy do roku 1995. (Cíle pro rozlišení mapy zůstávají nezměněny.)
- Vyvinout technologii pro rychlé genotypování.
- Vyvinout markery, které se budou snadněji používat.
- Vyvinout nové technologie mapování.
Fyzické mapování
- Dokončit mapu lidského genomu se sekvenčním značením (STS) s rozlišením 100 kb. (Cíle pro rozlišení mapy zůstávají nezměněny.)
Sekvenování DNA
- Vyvinout účinné přístupy k sekvenování jedno- až několikamegabázových oblastí DNA vysokého biologického zájmu.
- Vyvinout technologii pro vysoce výkonné sekvenování se zaměřením na systémovou integraci všech kroků od přípravy templátu po analýzu dat.
- Vybudovat sekvenační kapacitu, která umožní do konce období sekvenovat kolektivní rychlostí 50 Mb ročně. Toto tempo by mělo vyústit v souhrn 80 Mb sekvencí DNA dokončených do konce finančního roku 1998.
Identifikace genů
- Vyvinout účinné metody pro identifikaci genů a pro umístění známých genů na fyzické mapy nebo sekvenovanou DNA.
Vývoj technologií
- Podstatně rozšířit podporu inovativního technologického vývoje i zlepšení současných technologií pro sekvenování DNA a pro uspokojení potřeb projektu lidského genomu jako celku.
Modelové organismy
- Dokončit mapu STS genomu myši s rozlišením 300 kb.
- Dokončit sekvenci genomů Escherichia coli a Saccharomyces cerevisiae do roku 1998 nebo dříve.
- Pokračovat v sekvenování genomů Caenorhabditis elegans a Drosophila melanogaster s cílem téměř dokončit genom C. elegans do roku 1998.
- Sekvenovat vybrané úseky myší DNA vedle odpovídající lidské DNA v oblastech vysokého biologického zájmu.
Informatika
- Pokračovat ve vytváření, vývoji a provozování databází a databázových nástrojů pro snadný přístup k datům, včetně účinných nástrojů a standardů pro výměnu dat a propojení mezi databázemi.
- Konsolidovat, distribuovat a pokračovat ve vývoji účinného softwaru pro rozsáhlé genomové projekty.
- Pokračovat ve vývoji nástrojů pro porovnávání a interpretaci genomových informací.
Etické, právní a sociální důsledky (ELSI)
- Pokračovat v identifikaci a definování problémů a ve vývoji politických možností jejich řešení.
- Vyvíjet a šířit politické možnosti týkající se služeb genetického testování s potenciálně širokým využitím.
- Podporovat větší akceptaci lidské genetické variability.
- Zlepšovat a rozšiřovat vzdělávání veřejnosti a odborníků, které je citlivé k sociokulturním a psychologickým otázkám.
Vzdělávání
- Pokračovat v podpoře vzdělávání vědců v interdisciplinárních vědách souvisejících s výzkumem genomu.
Transfer technologií
- Podporovat a posilovat transfer technologií do center genomového výzkumu i mimo ně.
Posah
- Spolupracovat s těmi, kdo by zřizovali distribuční centra pro genomové materiály.
- Sdílet všechny informace a materiály do 6 měsíců od jejich vytvoření. Toho by mělo být dosaženo předáním informací do veřejných databází nebo repozitářů, případně obojího.
U.S. Human Genome Project Updates Goals
Očekávaný pokrok ve výzkumu genomu a sofistikovanější chápání způsobu dosažení dlouhodobých cílů vedly plánovače genomových projektů v NIH a DOE k aktualizaci jejich původních pětiletých cílů. Nový pětiletý plán vyšel 1. října v časopise Science v článku, jehož spoluautory jsou Francis Collins, ředitel Národního centra pro výzkum lidského genomu, a David Galas, bývalý vedoucí programu lidského genomu DOE a zástupce ředitele Úřadu pro výzkum zdraví a životního prostředí DOE.
Nový plán rozšiřuje výzkumné cíle v již zavedených kategoriích a přidává nové specifické cíle pro vývoj technologií pro identifikaci a mapování genů. Počítá také s informačními programy pro distribuci materiálů o genomu vědecké komunitě. Přestože se plán vztahuje na příštích 5 let projektu (do září 1998), byly cíle navrženy tak, aby řešily jak dlouhodobé, tak krátkodobé potřeby.
Získání kompletní sekvence lidské DNA je stále konečným cílem projektu. Přestože se stále diskutuje o hodnotě sekvenování celého genomu, vědci si uvědomují význam informací o sekvenci DNA pro odhalení genů a dalších biologických informací, které by nebylo možné získat technikami menšího rozsahu.
Nové cíle opět předpokládají úroveň financování programu celého genomu ve výši 200 milionů dolarů ročně, upravenou o inflaci po roce 1990. Ačkoli tato částka byla předpokládána i při vypracování a realizaci původních cílů, prostředky této úrovně nikdy nedosáhly. Financování amerických genomových projektů pro rok 1994 (který začal 1. října) činí přibližně 170 milionů dolarů.
Potřebný nový plán Pokrok dosažený v posledních třech letech přiblížil původní cíle na dosah podrobným lidským genetickým mapám, zdokonaleným fyzickým mapám genomů člověka a modelových organismů, rozvoji technologie sekvenování DNA a informatiky a identifikaci hlavních etických, právních a sociálních problémů (ELSI) týkajících se zvýšené dostupnosti genetických informací. Přestože platnost prvního pětiletého plánu měla skončit až v září 1995, „pokroky ve výzkumu genomu již změnily způsob, jakým se výzkum provádí,“ uvedl Collins. „Musíme tyto pokroky začlenit do našich současných výzkumných cílů, abychom zajistili, že program bude i nadále ambiciózní a špičkový.“
Projekt genomu již měl hluboký dopad na biomedicínský výzkum. Jen za posledních několik let pomohly mapy vytvořené výzkumníky projektu při hledání genů spojených s desítkami genetických onemocnění, včetně Menkesova syndromu, na chromozom X vázané imunitní poruchy ammaglobulinemie, Huntingtonovy choroby, myotonické dystrofie, syndromu křehkého X, neurofibromatózy typu 1 a 2 a dalších. Kromě identifikace mnoha dalších chorobných genů umožní další budoucí vývoj vědcům zkoumat genové mutace a zdravotní účinky způsobené vlivy prostředí.
Vývoj nových cílů Při vytváření nových cílů se pracovní skupina NIH-DOE snažila získat rady od vědců, dalších zainteresovaných vědců a zástupců veřejnosti, včetně mnoha osob mimo projekt lidského genomu. (Zprávy z těchto setkání jsou k dispozici v HGMIS a NCHGR Office of Communications; kontakt
HGMIS, ORNL, 1060 Commerce Park, MS6480, Oak Ridge, TN 37831;
NCHGR, Bethesda, MD 20892; 301/402-0911, Fax: -4570)
Plán byl předložen a schválen NIH National Advisory Council for Human Genome Research a DOE Health and Environmental Research Advisory Committee.
Následují některé obecné poznámky, které jsou základem konkrétních nových cílů.
Vývoj technologií. Ten bude mít i nadále zásadní význam pro budoucí úspěch programu, zejména v oblasti rozsáhlého sekvenování DNA. Mezi úspěchy, které ovlivňují výzkumné strategie, patří nové typy genetických markerů (tj. mikrosatelitů) testovatelných polymerázovou řetězovou reakcí (PCR); zdokonalené vektorové systémy pro klonování velkých fragmentů DNA a metody sestavování klonů do fyzických map; používání sekvenčně označených míst (STS) jako běžných fyzických mapovacích entit a zdokonalená technologie a automatizace sekvenování DNA.
Budoucí mapovací úsilí. Tyto snahy by se měly zaměřit na oblasti větší i menší než jeden chromozom, který je základní jednotkou dosavadní analýzy genomu. („Průměrný“ lidský chromozom obsahuje přibližně 150 Mb.) Tvorba celogenomových map s nízkým rozlišením je nyní možná díky vývoji PCR a robotiky. Stále větší pozornost je třeba věnovat také podrobnému mapování menších oblastí DNA (jedna až několik megabází). Podle plánu je jeden milion bází ambiciózním rozměrem pro podrobnou analýzu a poskytne „užitečný most“ mezi konvenční genetikou a genomickým výzkumem většího rozsahu a také „základ pro inovace“ pro vývoj metod použitelných pro větší oblasti. Plánovači poznamenávají, že již dosažený pokrok umožňuje větší zaměření na genové informace, které obohatí vytvořené mapy.
Konkrétní cíle pokrývající období od 1. října 1993 do 30. září 1998 se objevují v dalším článku v HGN 5(4):2 nazvaném „Pětileté cíle“. Další podrobnosti týkající se těchto cílů jsou uvedeny níže.
Genetická mapa. Výzkumní pracovníci očekávají, že genetická mapa specifikovaná v prvním pětiletém plánu bude dokončena včas, ale je zapotřebí technologických zlepšení, která umožní rychlou typizaci rodin neodborníky a současné testování velkého počtu jedinců pomocí multimarkerů výzkumnými pracovníky studujícími komplexní genetická onemocnění. Potřebné jsou také metody pro automatizovaný screening polymorfních markerů a nové strategie mapování genů, které nejsou založeny na standardním souboru polymorfních markerů.
Fyzická mapa. Fyzická mapa lidského genomu založená na STS s průměrným rozlišením přibližně 300 kb bude dokončena během 2 až 3 let. Protože tato úroveň podrobnosti není dostatečně užitečná ani pro genové mapovače, ani pro sekvenátory, plán počítá s markery umístěnými v intervalech po 100 kb. Taková mapa by byla užitečná pro výzkumníky používající konvenční metody k izolaci genů lokalizovaných do 100 kb od mapovaného markeru nebo v preparátech pro sekvenování DNA.
Pro usnadnění vyhledávání genů a sekvenování DNA jsou zapotřebí nové přístupy pro konstrukci map s vyšším rozlišením a pro klonovací systémy úzce spojené s vývojem sekvenační technologie. Plán rovněž doporučuje zlepšit klonové knihovny s ohledem na stabilitu a chimérismus a zvýšit jejich dostupnost.
Sekvenování DNA. Přestože náklady na sekvenování dosáhnou původního cíle z roku 1996 ve výši 0,50 USD/bp, plánovači odhadují, že k vývoji sekvenační technologie s dostatečnou rychlostí sekvenování, která by umožnila sekvenovat celý lidský genom do roku 2005, bude zapotřebí 100 milionů USD ročně. Rozhodující je také další snížení nákladů a zvýšení schopnosti vyhodnocovat přesnost sekvenování. Plán doporučuje rozšířit počet skupin pracujících na rozsáhlém sekvenování, zdokonalit konvenční přístupy založené na gelu a vyvinout nové revoluční metody.
Identifikace genů. Pokrok v mapování a technologická zlepšení nyní umožnily plánovačům projektu specifikovat vývoj technologie identifikace genů jako nový cíl. Začlenění genů do rychle rostoucího souboru map a sekvencí genomů lidí i modelových organismů učiní tyto zdroje užitečnějšími pro výzkumníky zkoumající jejich vliv na lidské zdraví.
Vývoj technologií. Je podporována spolupráce při vývoji nových životně důležitých technologií, zejména automatizace a robotiky, které lze rozšířit a exportovat do základních vědeckých laboratoří sekvenujících genomy, které nejsou studovány v rámci projektu lidského genomu.
Modelové organismy. Původní cíle budou pravděpodobně překročeny u genetické mapy myši, fyzické mapy Drosophila melanogaster a sekvenování DNA Escherichia coli, Sacharomyces cerevisiae a Caenorhabditis elegans. Mezi priority patří dokončení myší mapy a sekvenování určených modelových organismů.
Informatika. Ačkoli bylo dosaženo značného pokroku, pro úspěch projektu je i nadále zásadní další vývoj přístupných a uživatelsky přívětivých nástrojů pro shromažďování, organizaci a interpretaci obrovského množství dat. Hlavními budoucími cíli jsou správa, analýza a distribuce dat.
ELSI. Diskuse o ELSI jsou spojeny jak s genomickým výzkumem, tak s využíváním dat, která jsou jeho výsledkem. Prvotní možnosti politiky týkající se tohoto využití jsou vypracovávány pro čtyři oblasti, které byly identifikovány jako oblasti s největším bezprostředním potenciálním dopadem na společnost: soukromí, spravedlnost, klinické aplikace a odborné a veřejné vzdělávání. Zprávy o celé škále otázek budou i nadále předkládány v průběhu příštích dvou let.
Policisté musí při přípravě politik, které počítají s rostoucím dopadem rozsáhlého genetického testování běžných onemocnění na veřejnost, brát v úvahu kulturní a další společenské vlivy. Doporučuje se a podporuje také aktivní zapojení zainteresovaných jednotlivců a skupin do přípravy politických možností, jakož i zvýšené vzdělávání veřejnosti a odborníků na všech úrovních, aby se zabránilo stigmatizaci a diskriminaci.
Školení. Vzhledem k rostoucímu počtu genomových center se očekává, že bude vytvořeno více vysoce kvalitních školicích programů, které uspokojí potřebu mezioborové přípravy vědců pro výzkum genomu.
Transfer technologií. Bylo již založeno mnoho nových společností, které vyvíjejí aplikace genomového výzkumu, a zvýšila se spolupráce mezi vědci zabývajícími se genomem financovanými vládou a soukromým sektorem. Plán podporuje další spolupráci s průmyslem, ale upozorňuje, že je třeba dbát na to, aby nedocházelo ke střetu zájmů. Musí také dojít k přenosu technologií z jiných oborů do genomových center.
Osvětová činnost. Soukromý sektor je podporován (v některých případech s počátečním financováním), aby zřídil distribuční centra pro genomové materiály a rychle reagoval na vyvíjející se potřeby vědecké komunity. Dobře byla přijata politika sdílení dat a materiálů (do 6 měsíců od vytvoření).
Mezinárodní spolupráce
Nový pětiletý plán DOE-NIH oceňuje „ducha mezinárodní spolupráce a sdílení“, který charakterizoval projekt lidského genomu a hrál hlavní roli v jeho úspěchu.
Organizace pro lidský genom byla pochválena za koordinaci mezinárodního výzkumného úsilí pořádáním chromozomových workshopů na podporu spolupráce a urychlení dokončení chromozomových map.
Významná mezinárodní spolupráce:
- Projekt sekvenování Caenorhabditis elegans (Spojené státy a Velká Británie).
- Projekt fyzického mapování chromozomu 16 (Los Alamos National Laboratory a Austrálie).
- Fyzická mapa chromozomu 21 s vysokým rozlišením (Lawrence Livermore National Laboratory a Japonsko).
- Lidská genetická mapa (NIH a Centre d’Etude du Polymorphisme Humain).
- Whole-genome approach to a human physical map (Whitehead Institute and Genethon).