1993. október 1-től 1998. szeptember 30-ig (1994-98-as pénzügyi év)Az emberi genom feltérképezése és szekvenálása
Genetikai feltérképezés
- A 2-5 cm-es térkép elkészítése 1995-ig. (A térkép felbontására vonatkozó célok változatlanok maradnak.)
- A gyors genotipizálási technológia kifejlesztése.
- Egyszerűbben használható markerek kifejlesztése.
- Új térképezési technológiák kifejlesztése.
Fizikai térképezés
- A humán genom 100 kb felbontású STS (sequence tagged site) térképének elkészítése. (A térképfelbontásra vonatkozó célok változatlanok maradnak.)
DNS-szekvenálás
- Hatékony megközelítések kidolgozása a nagy biológiai érdeklődésre számot tartó DNS egy- és több megabázis közötti régióinak szekvenálására.
- A nagy áteresztőképességű szekvenálás technológiájának fejlesztése, a templátelőkészítéstől az adatelemzésig terjedő valamennyi lépés rendszerintegrációjára összpontosítva.
- A szekvenálási kapacitás kiépítése, amely az időszak végére évi 50 Mb kollektív szekvenálási sebességet tesz lehetővé. Ennek az ütemnek az 1998-as pénzügyi év végére összesen 80 Mb DNS-szekvenciát kell eredményeznie.
Génazonosítás
- Hatékony módszerek kidolgozása a gének azonosítására és az ismert gének fizikai térképeken vagy szekvenált DNS-en való elhelyezésére.
Technológiafejlesztés
- Jelentősen bővíteni az innovatív technológiai fejlesztések támogatását, valamint a jelenlegi technológia fejlesztését a DNS-szekvenáláshoz és a Humán Genom Projekt egészének igényeinek kielégítéséhez.
Modellszervezetek
- Befejezni az egér genom STS-térképét 300 kB felbontással.
- Az Escherichia coli és a Saccharomyces cerevisiae genom szekvenciájának befejezése 1998-ra vagy korábban.
- Folytatni kell a Caenorhabditis elegans és a Drosophila melanogaster genomok szekvenálását azzal a céllal, hogy a C. elegans 1998-ra közel teljes legyen.
- Az egér DNS kiválasztott szakaszainak szekvenálása a megfelelő emberi DNS mellett a nagy biológiai érdeklődésre számot tartó területeken.
Informatika
- Az adatokhoz való könnyű hozzáférést biztosító adatbázisok és adatbázis-eszközök létrehozásának, fejlesztésének és működtetésének folytatása, beleértve az adatcserére és az adatbázisok közötti kapcsolatokra vonatkozó hatékony eszközöket és szabványokat.
- A nagyszabású genomprojektekhez szükséges hatékony szoftverek konszolidálása, terjesztése és további fejlesztése.
- Folytatni kell a genominformációk összehasonlítására és értelmezésére szolgáló eszközök fejlesztését.
Etikai, jogi és társadalmi következmények (ELSI)
- Folytatni kell a problémák azonosítását és meghatározását, valamint az ezek kezelésére irányuló szakpolitikai lehetőségek kidolgozását.
- Potenciálisan széles körben alkalmazható genetikai vizsgálati szolgáltatásokkal kapcsolatos szakpolitikai lehetőségek kidolgozása és terjesztése.
- A humán genetikai variáció nagyobb mértékű elfogadásának elősegítése.
- A szociokulturális és pszichológiai kérdésekre érzékeny lakossági és szakmai oktatás javítása és bővítése.
Képzés
- Folyamatosan ösztönözni kell a tudósok képzését a genomkutatáshoz kapcsolódó interdiszciplináris tudományokban.
Technológiatranszfer
- A technológiatranszfer ösztönzése és fokozása mind a genomkutatási központokba, mind a genomkutatási központokból kifelé.
Elérés
- Együttműködni azokkal, akik genomanyagok elosztóközpontjait hoznák létre.
- Minden információ és anyag megosztása a kidolgozásukat követő 6 hónapon belül. Ezt az információk nyilvános adatbázisokba vagy tárolókba, vagy adott esetben mindkettőbe történő benyújtásával kell megvalósítani.
Az amerikai humán genomprojekt frissíti céljait
A genomkutatásban elért váratlan előrelépések és a hosszú távú célok elérésének kifinomultabb megértése arra késztette a NIH és a DOE genomprojekt-tervezőket, hogy frissítsék eredeti 5 éves céljaikat. Az új 5 éves terv a Science október 1-jei számában jelent meg egy cikkben, amelynek társszerzője Francis Collins, a Nemzeti Humángenomkutató Központ igazgatója és David Galas, a DOE Humángenom Program korábbi vezetője és a DOE Egészségügyi és Környezeti Kutatási Hivatalának igazgatóhelyettese.
Az új terv kiterjeszti a már megállapított kategóriák kutatási céljait, és konkrét új célokat tűz ki a génazonosítás és -térképezés technológiájának fejlesztésére. A genomanyagoknak a tudományos közösséghez való eljuttatását célzó tájékoztatási programokat is előirányoz. Bár a terv a projekt következő 5 évére vonatkozik (1998 szeptemberéig), a célokat úgy alakították ki, hogy mind a hosszú, mind a rövid távú szükségleteket kielégítsék.
A teljes emberi DNS-szekvencia elérése továbbra is a projekt végső célja. Bár továbbra is vita folyik a teljes genom szekvenálásának értékéről, a kutatók felismerik a DNS-szekvencia információ fontosságát a gének és más biológiai információk feltárásában, amelyeket kisebb léptékű technikákkal nem lehetett volna megszerezni.
Az új célok ismét évi 200 millió dolláros finanszírozási szintet feltételeznek a teljes genomprogram számára, az 1990 utáni inflációhoz igazítva. Bár az eredeti célok kidolgozásakor és végrehajtásakor is ezt az összeget feltételezték, az előirányzatok soha nem érték el ezt a szintet. Az amerikai genomprojekt finanszírozása az 1994-es pénzügyi évre (amely október 1-jén kezdődött) körülbelül 170 millió dollár.
Új tervre van szükség Az elmúlt 3 évben elért haladás a kezdeti célokat elérhető közelségbe hozta: részletes humán genetikai térképek; az emberi és modellorganizmusok genomjának jobb fizikai térképei; a DNS-szekvenálási és informatikai technológia fejlesztése; valamint a genetikai információk fokozott hozzáférhetőségével kapcsolatos főbb etikai, jogi és társadalmi kérdések (ELSI) meghatározása. Bár az első ötéves terv csak 1995 szeptemberében járt volna le, “a genomkutatásban elért előrelépések máris megváltoztatták a kutatás módját” – mondta Collins. “Ezeket az előrelépéseket be kell építenünk jelenlegi kutatási céljainkba, hogy a program továbbra is ambiciózus és élvonalbeli maradjon.”
A genomprojekt máris mélyreható hatást gyakorolt az orvosbiológiai kutatásra. Csak az elmúlt néhány évben a projekt kutatói által készített térképek segítettek megtalálni több tucat genetikai betegséggel összefüggésbe hozható géneket, köztük a Menkes-szindrómát, az X-kromoszómás immunbetegséget, az ammaglobulinémiát, a Huntington-kórt, a myotonikus dystrophiát, a törékeny X-szindrómát, az 1-es és 2-es típusú neurofibromatózist és másokat. Számos további betegséggén azonosítása mellett más jövőbeli fejlesztések lehetővé teszik majd a kutatók számára a génmutációk és a környezeti tényezők által okozott egészségügyi hatások feltárását.
Új célok kidolgozása Az új célok kidolgozása során az NIH-DOE munkacsoportja tanácsot kért tudósoktól, más érdekelt tudósoktól és a nyilvánosság képviselőitől, köztük számos, a Humán Genom Projekten kívüli személytől. (Az ezekről az ülésekről szóló jelentések a HGMIS-ben és az NCHGR Kommunikációs Irodájában kaphatók; elérhetőségek:
HGMIS, ORNL, 1060 Commerce Park, MS6480, Oak Ridge, TN 37831;
NCHGR, Bethesda, MD 20892; 301/402-0911, Fax: -4570)
A tervet az NIH Humángenomkutatási Nemzeti Tanácsadó Testület és a DOE Egészségügyi és Környezetvédelmi Kutatási Tanácsadó Bizottság elé terjesztették és jóváhagyta.
A következőkben a konkrét új célok alapjául szolgáló néhány általános megállapítás szerepel.
Technológiafejlesztés. Ez továbbra is kulcsfontosságú lesz a program jövőbeli sikere szempontjából, különösen a nagyszabású DNS-szekvenálás területén. A kutatási stratégiákat befolyásoló eredmények közé tartoznak a polimeráz láncreakcióval (PCR) vizsgálható új típusú genetikai markerek (pl. mikroszatellitek); a nagy DNS-fragmentumok klónozására szolgáló továbbfejlesztett vektorrendszerek és a klónok fizikai térképekbe való összeállítására szolgáló módszerek; a szekvenciajelölt helyek (STS) mint közös fizikai térképezési egységek használata; valamint a DNS-szekvenálási technológia és automatizálás továbbfejlesztése.
Jövőbeni térképezési erőfeszítések. Ezeknek az erőfeszítéseknek az egyetlen kromoszómánál – a genomelemzés eddigi alapegységénél – nagyobb és kisebb régiókra kell összpontosítaniuk. (Egy “átlagos” emberi kromoszóma kb. 150 Mb-ot tartalmaz.) A teljes genom alacsony felbontású térképeinek előállítása ma már megvalósítható a PCR és a robotikai fejlesztéseknek köszönhetően. Egyre nagyobb figyelmet kell fordítani a kisebb DNS-régiók (egy és néhány megabázis közötti) finom részletességű térképezésére is. A terv szerint az egymillió bázis ambiciózus dimenzió a részletes elemzéshez, és “hasznos hidat” képez a hagyományos genetika és a nagyobb léptékű genomikai kutatások között, valamint “innovációs alapot” biztosít a nagyobb régiókra is alkalmazható módszerek kifejlesztéséhez. A tervezők megjegyzik, hogy a már elért haladás lehetővé teszi, hogy nagyobb hangsúlyt fektessenek a géninformációra az előállított térképek gazdagítása érdekében.
Az 1993. október 1. és 1998. szeptember 30. közötti időszakra vonatkozó konkrét célok a HGN 5(4):2. számának “Ötéves célok” című további cikkében jelennek meg. Az e célokra vonatkozó további részletek az alábbiakban olvashatók.
Genetikai térkép. A kutatók arra számítanak, hogy az első ötéves tervben meghatározott genetikai térkép időben elkészül, de technológiai fejlesztésekre van szükség ahhoz, hogy a családok gyors tipizálását lehetővé tegyék a nem szakemberek számára, és az összetett genetikai betegségeket vizsgáló kutatók számára nagyszámú egyén egyidejű multimarker vizsgálatát. Szükség van továbbá az automatizált polimorf marker-szűrés módszereire és olyan új géntérképezési stratégiákra, amelyek nem a polimorf markerek standard készletén alapulnak.
Fizikai térkép. Az emberi genom STS-alapú, átlagosan mintegy 300 kb felbontású fizikai térképe 2-3 éven belül elkészül. Mivel ez a részletesség nem elég hasznos sem a géntérképezők, sem a szekvenálók számára, a terv 100 kb-os időközönként elhelyezett markereket ír elő. Egy ilyen térkép hasznos lenne a kutatók számára, akik hagyományos módszerekkel izolálják a feltérképezett markertől 100 kb-en belül lokalizált géneket, vagy a DNS-szekvenálási preparátumok során.
A génkeresés és a DNS-szekvenálás megkönnyítése érdekében új megközelítésekre van szükség a nagyobb felbontású térképek és a szekvenálási technológia fejlesztéséhez szorosan kapcsolódó klónozási rendszerek létrehozásához. A terv javasolja továbbá a klónkönyvtárak javítását a stabilitás és a kimérizmus tekintetében, valamint hozzáférhetőségük növelését.
DNS-szekvenálás. Bár a szekvenálási költségek el fogják érni az eredeti 1996-os célt (0,50 $/bp), a tervezők becslése szerint évi 100 millió dollárra lesz szükség a megfelelő szekvenálási sebességű szekvenálási technológia kifejlesztéséhez, amely lehetővé teszi a teljes emberi genom szekvenálását 2005-ig. A költségek további csökkentése és a szekvencia pontosságának értékelésére való képesség növelése szintén kritikus fontosságú. A terv javasolja a nagyméretű szekvenáláson dolgozó csoportok számának bővítését, a hagyományos gélalapú megközelítések javítását és forradalmian új módszerek kifejlesztését.
Génazonosítás. A térképezés előrehaladása és a technológiai fejlesztések lehetővé tették a projekt tervezői számára, hogy új célként határozzák meg a génazonosítási technológia fejlesztését. A gének beillesztése mind az emberi, mind a modellorganizmusok genomjainak gyorsan növekvő térkép- és szekvenciaállományába hasznosabbá teszi ezeket az erőforrásokat az emberi egészségre gyakorolt hatásukat vizsgáló kutatók számára.
Technológiafejlesztés. Ösztönözni kell az együttműködést a létfontosságú új technológiák – különösen az automatizálás és a robotika – kifejlesztésében, amelyek kiterjeszthetők és exportálhatók az olyan alapkutatási laboratóriumokba, amelyek a humán genomprojektben nem vizsgált genomokat szekvenálják.
Modellszervezetek. Az egér genetikai térkép, a Drosophila melanogaster fizikai térkép, valamint az Escherichia coli, a Sacharomyces cerevisiae és a Caenorhabditis elegans DNS-szekvenálása tekintetében az eredeti célok valószínűleg túllépésre kerülnek. A prioritások közé tartozik az egértérkép befejezése és a meghatározott modellorganizmusok szekvenálása.
Informatika. Bár sok előrelépés történt, a projekt sikeréhez továbbra is kulcsfontosságú a hatalmas mennyiségű adat összegyűjtésére, rendszerezésére és értelmezésére szolgáló hozzáférhető, felhasználóbarát eszközök további fejlesztése. A fő jövőbeli célok az adatkezelés, az elemzés és a terjesztés.
ELSI. Az ELSI vitái mind a genomikai kutatáshoz, mind az általa előállított adatok felhasználásához kapcsolódnak. Az e felhasználásra vonatkozó kezdeti szakpolitikai opciókat négy olyan területre dolgozzák ki, amelyeket a társadalomra gyakorolt legközvetlenebb potenciális hatásként azonosítottak: magánélet, méltányosság, klinikai alkalmazások, valamint szakmai és közoktatás. A kérdések teljes köréről a következő két évben további jelentések készülnek.
A politikai döntéshozóknak figyelembe kell venniük a kulturális és egyéb társadalmi hatásokat, amikor olyan politikákat készítenek elő, amelyek előrevetítik a gyakori betegségek széles körű genetikai vizsgálatának a lakosságra gyakorolt növekvő hatását. Szintén ajánlott és javasolt az érintett egyének és csoportok aktív bevonása a szakpolitikai lehetőségek kidolgozásába, valamint a nyilvánosság és a szakemberek fokozott oktatása minden szinten a megbélyegzés és a diszkrimináció megelőzése érdekében.
Képzés. A genomközpontok számának növekedése miatt várhatóan több magas színvonalú képzési program jön létre, hogy kielégítsék a tudósok interdiszciplináris képzésének igényét a genomkutatáshoz.
Technológiatranszfer. A genomkutatás alkalmazásainak fejlesztésére már számos új vállalat alakult, és megnőtt a kormány által finanszírozott genomkutatók és a magánszektor közötti együttműködés. A terv ösztönzi az iparral való további együttműködést, de figyelmeztet arra, hogy ügyelni kell az összeférhetetlenség elkerülésére. A technológiatranszfer más területekről a genomközpontokba is meg kell, hogy történjen.
Elérhetőség. A magánszektort arra ösztönzik (bizonyos esetekben kezdőtámogatással), hogy hozzon létre elosztóközpontokat a genomanyagok számára, és gyorsan reagáljon a tudományos közösség változó igényeire. Az adatok és anyagok megosztására vonatkozó politika (a létrehozástól számított 6 hónapon belül) kedvező fogadtatásra talált.
Nemzetközi együttműködés
A DOE-NIH új ötéves terve elismerően nyilatkozik a “nemzetközi együttműködés és megosztás szelleméről”, amely a Humán Genom Projektet jellemezte és nagy szerepet játszott annak sikerében.
A Humán Genom Szervezetet dicséretben részesítették a nemzetközi kutatási erőfeszítések koordinálásáért, a kromoszómaműhelyek szervezésével az együttműködés ösztönzése és a kromoszómatérképek elkészítésének felgyorsítása érdekében.
Kiemelt nemzetközi együttműködések:
- Caenorhabditis elegans szekvenálási projekt (Egyesült Államok és Egyesült Királyság).
- Kromoszóma 16 fizikai térképezési projekt (Los Alamos National Laboratory és Ausztrália).
- Chromosome 21 nagy felbontású fizikai térkép (Lawrence Livermore National Laboratory és Japán).
- Humán genetikai térkép (NIH és Centre d’Etude du Polymorphisme Humain).
- Whole-genome approach to a human physical map (Whitehead Institute and Genethon).