Du 1er octobre 1993 au 30 septembre 1998 (AF 1994-98)Cartographie et séquençage du génome humain
Cartographie génétique
- Compléter la carte de 2 à 5 cm d’ici 1995. (Les objectifs de résolution de la carte restent inchangés.)
- Développer une technologie de génotypage rapide.
- Développer des marqueurs plus faciles à utiliser.
- Développer de nouvelles technologies de cartographie.
Cartographie physique
- Compléter une carte des sites marqués par une séquence (STS) du génome humain à une résolution de 100 kb. (Les objectifs de résolution de la carte restent inchangés.)
Séquençage de l’ADN
- Développer des approches efficaces pour le séquençage de régions d’ADN d’un à plusieurs mégabases présentant un grand intérêt biologique.
- Développer une technologie pour le séquençage à haut débit, en se concentrant sur l’intégration des systèmes de toutes les étapes, de la préparation des modèles à l’analyse des données.
- Constituer une capacité de séquençage pour permettre le séquençage à un rythme collectif de 50 Mb par an d’ici la fin de la période. Ce taux devrait aboutir à un agrégat de 80 Mb de séquence d’ADN achevé à la fin de l’exercice 1998.
Identification des gènes
- Développer des méthodes efficaces d’identification des gènes et de placement des gènes connus sur les cartes physiques ou l’ADN séquencé.
Développement technologique
- Augmenter substantiellement le soutien aux développements technologiques innovants ainsi qu’aux améliorations de la technologie actuelle pour le séquençage de l’ADN et pour répondre aux besoins du projet du génome humain dans son ensemble.
Organismes modèles
- Finir une carte STS du génome de la souris à une résolution de 300 kb.
- Finir la séquence des génomes d’Escherichia coli et de Saccharomyces cerevisiae en 1998 ou avant.
- Continuer le séquençage des génomes de Caenorhabditis elegans et de Drosophila melanogaster dans le but d’amener C. elegans à un quasi-achèvement d’ici 1998.
- Séquencer des segments sélectionnés d’ADN de souris côte à côte avec l’ADN humain correspondant dans des domaines de grand intérêt biologique.
Informatique
- Continuer à créer, développer et exploiter des bases de données et des outils de base de données pour un accès facile aux données, y compris des outils et des normes efficaces pour l’échange de données et les liens entre les bases de données.
- Consolider, distribuer et continuer à développer des logiciels efficaces pour les projets génomiques à grande échelle.
- Continuer à développer des outils pour comparer et interpréter les informations sur le génome.
Implications éthiques, juridiques et sociales (ELSI)
- Continuer à identifier et à définir les problèmes et à développer des options politiques pour les résoudre.
- Élaborer et diffuser des options stratégiques concernant les services de dépistage génétique dont l’utilisation pourrait être généralisée.
- Favoriser une plus grande acceptation de la variation génétique humaine.
- Améliorer et étendre l’éducation publique et professionnelle qui est sensible aux questions socioculturelles et psychologiques.
Formation
- Continuer à encourager la formation des scientifiques dans les sciences interdisciplinaires liées à la recherche sur le génome.
Transfert de technologie
- Encourager et améliorer le transfert de technologie tant à l’intérieur qu’à l’extérieur des centres de recherche sur le génome.
Relations externes
- Coopérer avec ceux qui établiraient des centres de distribution de matériel génomique.
- Partager toutes les informations et tous les matériaux dans les 6 mois suivant leur développement. Cela devrait être accompli par la soumission d’informations à des bases de données ou des dépôts publics, ou les deux, le cas échéant.
Le projet de génome humain des États-Unis met à jour ses objectifs
Les progrès inattendus de la recherche sur le génome et une compréhension plus sophistiquée de la façon d’atteindre les objectifs à long terme ont conduit les planificateurs du projet de génome aux NIH et au DOE à mettre à jour leurs objectifs quinquennaux initiaux. Le nouveau plan quinquennal est paru dans le numéro du 1er octobre de Science dans un article coécrit par Francis Collins, directeur du Centre national de recherche sur le génome humain, et David Galas, anciennement à la tête du programme du génome humain du DOE et directeur associé du Bureau de la recherche sur la santé et l’environnement du DOE.
Le nouveau plan étend les objectifs de recherche dans les catégories déjà établies et ajoute de nouveaux objectifs spécifiques pour développer la technologie d’identification et de cartographie des gènes. Il prévoit également des programmes de vulgarisation pour distribuer les matériaux du génome à la communauté scientifique. Bien que le plan couvre les 5 prochaines années du projet (jusqu’en septembre 1998), les objectifs ont été conçus pour répondre aux besoins à long et à court terme.
L’obtention de la séquence complète de l’ADN humain reste le but ultime du projet. Bien que le débat se poursuive sur l’intérêt de séquencer l’ensemble du génome, les chercheurs reconnaissent l’importance de l’information sur les séquences d’ADN pour révéler des gènes et d’autres informations biologiques qui ne pourraient pas être obtenues par des techniques à plus petite échelle.
Les nouveaux objectifs supposent à nouveau un niveau de financement du programme du génome entier de 200 millions de dollars par an, ajusté en fonction de l’inflation après 1990. Bien que ce montant ait également été supposé lors de l’élaboration et de la mise en œuvre des objectifs initiaux, les crédits n’ont jamais atteint ce niveau. Le financement du projet du génome américain pour l’exercice 1994 (qui a commencé le 1er octobre) est d’environ 170 millions de dollars.
Un nouveau plan nécessaire Les progrès réalisés au cours des 3 dernières années ont permis de bien atteindre les objectifs initiaux avec des cartes génétiques humaines détaillées ; des cartes physiques améliorées des génomes humains et d’organismes modèles ; le développement de la technologie du séquençage de l’ADN et de l’informatique ; et l’identification des principales questions éthiques, légales et sociales (ELSI) concernant la disponibilité accrue de l’information génétique. Bien que le premier plan quinquennal ne devait expirer qu’en septembre 1995, « les progrès de la recherche sur le génome ont déjà changé la façon de faire de la recherche », a déclaré M. Collins. « Nous devons intégrer ces progrès dans nos objectifs de recherche actuels pour nous assurer que le programme continue d’être ambitieux et à la pointe du progrès. »
Le projet du génome a déjà eu un impact profond sur la recherche biomédicale. Au cours des dernières années seulement, les cartes générées par les chercheurs du projet ont permis de trouver des gènes associés à des dizaines de maladies génétiques, notamment le syndrome de Menkes, l’ammaglobulinémie, une maladie immunitaire liée au chromosome X, la maladie de Huntington, la dystrophie myotonique, le syndrome de l’X fragile, la neurofibromatose de type 1 et 2, etc. En plus de l’identification de beaucoup plus de gènes de maladies, d’autres développements futurs permettront aux chercheurs d’explorer les mutations génétiques et les effets sur la santé causés par des agents environnementaux.
Développement de nouveaux objectifs Lors de l’élaboration des nouveaux objectifs, un groupe de travail NIH-DOE a sollicité l’avis de scientifiques, d’autres universitaires intéressés et de représentants du public, y compris de nombreuses personnes extérieures au projet du génome humain. (Les rapports de ces réunions sont disponibles auprès du HGMIS et du NCHGR Office of Communications ; contact
HGMIS, ORNL, 1060 Commerce Park, MS6480, Oak Ridge, TN 37831 ;
NCHGR, Bethesda, MD 20892 ; 301/402-0911, Fax : -4570)
Le plan a été présenté au National Advisory Council for Human Genome Research des NIH et au Health and Environmental Research Advisory Committee du DOE, qui l’ont approuvé.
Voici quelques observations générales qui sous-tendent les nouveaux objectifs spécifiques.
Développement technologique. Cela continuera à être crucial pour le succès futur du programme, en particulier dans le domaine du séquençage de l’ADN à grande échelle. Les réalisations qui influencent les stratégies de recherche comprennent de nouveaux types de marqueurs génétiques (c’est-à-dire les microsatellites) pouvant être dosés par la réaction en chaîne par polymérase (PCR) ; des systèmes de vecteurs améliorés pour le clonage de grands fragments d’ADN et des méthodes d’assemblage des clones en cartes physiques ; l’utilisation de sites marqués par une séquence (STS) comme entités communes de cartographie physique ; et l’amélioration de la technologie et de l’automatisation du séquençage de l’ADN.
Futurs efforts de cartographie. Ces efforts devraient se concentrer sur des régions à la fois plus grandes et plus petites qu’un seul chromosome, l’unité de base de l’analyse du génome à ce jour. (Un chromosome humain « moyen » contient environ 150 Mb.) La production de cartes à basse résolution du génome entier est désormais possible grâce aux développements de la PCR et de la robotique. Une attention croissante doit être accordée à la cartographie détaillée de régions d’ADN plus petites (une à quelques mégabases). Un million de bases est une dimension ambitieuse pour une analyse détaillée, selon le plan, et constituera un « pont utile » entre la génétique conventionnelle et la recherche génomique à grande échelle, ainsi qu’une « base pour l’innovation » afin de développer des méthodes applicables à des régions plus grandes. Les planificateurs notent que les progrès déjà réalisés permettent de se concentrer davantage sur les informations relatives aux gènes pour enrichir les cartes produites.
Les objectifs spécifiques couvrant la période entre le 1er octobre 1993 et le 30 septembre 1998 apparaissent dans un article supplémentaire dans HGN 5(4):2 intitulé « Five-Year Goals ». De plus amples détails relatifs à ces objectifs sont donnés ci-dessous.
Carte génétique. Les chercheurs s’attendent à ce que la carte génétique spécifiée dans le premier plan quinquennal soit achevée à temps, mais des améliorations technologiques sont nécessaires pour permettre le typage rapide des familles par des non-experts et le test multimarqueur simultané d’un grand nombre d’individus par des chercheurs étudiant des maladies génétiques complexes. Il faut également des méthodes de dépistage automatisé des marqueurs polymorphes et de nouvelles stratégies de cartographie génétique non basées sur un ensemble standard de marqueurs polymorphes.
Carte physique. Une carte physique du génome humain basée sur les STS avec une résolution moyenne d’environ 300 kb sera achevée d’ici 2 à 3 ans. Comme ce niveau de détail n’est pas suffisamment utile aux cartographes de gènes ou aux séquenceurs, le plan prévoit des marqueurs placés à intervalles de 100 kb. Une telle carte serait utile aux chercheurs utilisant des méthodes conventionnelles pour isoler les gènes localisés dans les 100 kb d’un marqueur cartographié ou dans les préparations de séquençage de l’ADN.
Pour faciliter la recherche de gènes et le séquençage de l’ADN, de nouvelles approches sont nécessaires pour construire des cartes à plus haute résolution et pour des systèmes de clonage étroitement liés au développement de la technologie de séquençage. Le plan recommande également d’améliorer les bibliothèques de clones en ce qui concerne la stabilité et le chimérisme et d’accroître leur accessibilité.
Séquençage de l’ADN. Bien que les coûts de séquençage atteignent l’objectif initial de 1996 de 0,50 $/bp, les planificateurs estiment que 100 millions de dollars par an seront nécessaires pour développer une technologie de séquençage d’une cadence suffisante pour permettre le séquençage de l’ensemble du génome humain d’ici 2005. Une réduction supplémentaire des coûts et une capacité accrue d’évaluer la précision des séquences sont également essentielles. Le plan recommande d’augmenter le nombre de groupes travaillant sur le séquençage à grande échelle, d’améliorer les approches conventionnelles sur gel et de développer de nouvelles méthodes révolutionnaires.
Identification des gènes. Les progrès de la cartographie et les améliorations technologiques ont maintenant permis aux planificateurs du projet de spécifier le développement de la technologie d’identification des gènes comme un nouvel objectif. L’incorporation des gènes dans le corpus en croissance rapide des cartes et des séquences des génomes humains et des organismes modèles rendra ces ressources plus utiles aux chercheurs qui explorent leurs effets sur la santé humaine.
Développement technologique. La coopération est encouragée dans le développement de nouvelles technologies vitales, en particulier l’automatisation et la robotique, qui sont extensibles et exportables vers les laboratoires de sciences fondamentales qui séquencent des génomes non étudiés dans le cadre du projet du génome humain.
Organismes modèles. Les objectifs initiaux seront probablement dépassés pour la carte génétique de la souris, la carte physique de Drosophila melanogaster et le séquençage de l’ADN d’Escherichia coli, Sacharomyces cerevisiae et Caenorhabditis elegans. Les priorités comprennent l’achèvement de la carte de la souris et le séquençage d’organismes modèles spécifiés.
Informatique. Bien que de nombreux progrès aient été réalisés, la poursuite du développement d’outils accessibles et conviviaux pour collecter, organiser et interpréter de grandes quantités de données reste cruciale pour la réussite du projet. Les principaux objectifs futurs sont la gestion, l’analyse et la distribution des données.
ELSI. Les discussions sur les ELSI sont liées à la fois à la recherche génomique et à l’utilisation des données qu’elle produit. Les premières options politiques concernant cette utilisation sont en cours d’élaboration pour quatre domaines identifiés comme ayant le plus grand impact potentiel immédiat sur la société : la vie privée, l’équité, les applications cliniques et l’éducation professionnelle et publique. Des rapports sur l’ensemble des questions continueront d’être présentés au cours des deux prochaines années.
Les décideurs politiques doivent tenir compte des influences culturelles et autres influences sociales lorsqu’ils préparent des politiques qui anticipent l’impact croissant sur le public de tests génétiques généralisés pour des conditions communes. Sont également recommandés et encouragés la participation active des personnes et des groupes concernés à l’élaboration des options politiques ainsi qu’une éducation accrue du public et des professionnels à tous les niveaux pour prévenir la stigmatisation et la discrimination.
Formation. En raison de l’augmentation du nombre de centres de génomique, on s’attend à ce que davantage de programmes de formation de haute qualité soient établis pour répondre au besoin de formation interdisciplinaire des scientifiques pour la recherche sur le génome.
Transfert de technologie. De nombreuses entreprises ont déjà été créées pour développer les applications de la recherche sur le génome, et les collaborations entre les scientifiques du génome financés par le gouvernement et le secteur privé ont augmenté. Le plan encourage la poursuite de la coopération avec l’industrie mais prévient qu’il faut veiller à éviter les conflits d’intérêts. Le transfert de technologie d’autres domaines vers les centres de génomique doit également avoir lieu.
La sensibilisation. Le secteur privé est encouragé (avec un financement de démarrage dans certains cas) à établir des centres de distribution de matériel génomique et à répondre rapidement aux besoins évolutifs de la communauté scientifique. La politique de partage des données et du matériel (dans les 6 mois suivant la création) a été bien acceptée.
Coopération internationale
Le nouveau plan quinquennal DOE-NIH crédite » l’esprit de coopération et de partage international » qui a caractérisé le projet du génome humain et a joué un rôle majeur dans son succès.
La Human Genome Organization a été félicitée pour avoir coordonné les efforts de recherche internationaux en organisant des ateliers sur les chromosomes pour encourager la collaboration et accélérer l’achèvement des cartes chromosomiques.
Collaborations internationales notables :
- Projet de séquençage de Caenorhabditis elegans (États-Unis et Royaume-Uni).
- Projet de cartographie physique du chromosome 16 (Los Alamos National Laboratory et Australie).
- Carte physique haute résolution du chromosome 21 (Lawrence Livermore National Laboratory et Japon).
- Carte génétique humaine (NIH et Centre d’étude du polymorphisme humain).
- Whole-genome approach to a human physical map (Whitehead Institute and Genethon).