Oktober 1, 1993, tot 30 september 1998 (FY 1994-98)Kartering en sequentiebepaling van het Menselijk Genoom
Genetische kartering
- Voltooiing van de 2- tot 5-cM-kaart tegen 1995. (De doelstellingen voor de resolutie van de kaart blijven ongewijzigd.)
- Ontwikkeling van technologie voor snelle genotypering.
- Ontwikkel markers die gemakkelijker te gebruiken zijn.
- Ontwikkelen van nieuwe karteringstechnologieën.
Physical Mapping
- Voltooi een sequence tagged site (STS)-kaart van het menselijk genoom met een resolutie van 100 kb. (De doelstellingen voor de resolutie van de kaart blijven ongewijzigd.)
DNA-sequencing
- Ontwikkelen van efficiënte benaderingen voor het sequencen van één- tot verscheidene megabase-regio’s van DNA van groot biologisch belang.
- Ontwikkelen van technologie voor high-throughput sequencing, met nadruk op systeemintegratie van alle stappen, van sjabloonvoorbereiding tot gegevensanalyse.
- Opbouw van een sequensecapaciteit waarmee tegen het einde van de periode sequencing kan worden verricht tegen een gezamenlijk tempo van 50 Mb per jaar. Dit tempo moet resulteren in een totaal van 80 Mb DNA-sequentie aan het eind van boekjaar 1998.
Genidentificatie
- Ontwikkelen van efficiënte methoden voor het identificeren van genen en voor het plaatsen van bekende genen op fysieke kaarten of sequenced DNA.
Technologische ontwikkeling
- Zorg voor een aanzienlijke uitbreiding van de steun voor innovatieve technologische ontwikkelingen en verbeteringen van de huidige technologie voor DNA-sequencing en om te voorzien in de behoeften van het Menselijk Genoomproject als geheel.
Modelorganismen
- Voltooiing van een STS-kaart van het muizengenoom met een resolutie van 300 kb.
- Voltooi de sequentie van de genomen van Escherichia coli en Saccharomyces cerevisiae in 1998 of eerder.
- Doorgaan met het sequencen van de genomen van Caenorhabditis elegans en Drosophila melanogaster met als doel de genomen van C. elegans in 1998 bijna te hebben voltooid.
- Sequence geselecteerde segmenten van muizen-DNA naast het overeenkomstige menselijke DNA op gebieden van groot biologisch belang.
Informatica
- Databanken en databankinstrumenten blijven creëren, ontwikkelen en exploiteren om de toegang tot gegevens te vergemakkelijken, met inbegrip van doeltreffende instrumenten en normen voor gegevensuitwisseling en koppelingen tussen databanken.
- Het consolideren, distribueren en verder ontwikkelen van doeltreffende software voor grootschalige genoomprojecten.
- Doorgaan met het ontwikkelen van instrumenten voor het vergelijken en interpreteren van genoominformatie.
Ethische, juridische en sociale implicaties (ELSI)
- Doorgaan met het identificeren en definiëren van problemen en het ontwikkelen van beleidsopties om deze aan te pakken.
- Ontwikkelen en verspreiden van beleidsopties met betrekking tot genetische testdiensten met potentieel wijdverbreid gebruik.
- Een grotere acceptatie van menselijke genetische variatie bevorderen.
- Versterken en uitbreiden van publieke en professionele educatie die rekening houdt met sociaal-culturele en psychologische aspecten.
Opleiding
- Bevorderen van de opleiding van wetenschappers in interdisciplinaire wetenschappen die verband houden met genoomonderzoek.
Technologieoverdracht
- Bevorder en verbeter de technologieoverdracht zowel naar als vanuit centra voor genoomonderzoek.
Openreikwijdte
- Samenwerken met degenen die distributiecentra voor genoommateriaal willen opzetten.
- Deel alle informatie en materialen binnen 6 maanden na de ontwikkeling ervan. Dit moet worden bereikt door indiening van informatie bij openbare databanken of opslagplaatsen, of beide, waar dat passend is.
U.S. Human Genome Project Updates Goals
Onverwachte vorderingen bij het genoomonderzoek en een beter inzicht in de wijze waarop de langetermijndoelstellingen moeten worden bereikt, hebben ertoe geleid dat de planners van het genoomproject bij het NIH en het DOE hun oorspronkelijke vijfjarendoelstellingen hebben bijgesteld. Het nieuwe vijfjarenplan verscheen in het nummer van 1 oktober van Science in een artikel dat mede is geschreven door Francis Collins, directeur van het National Center for Human Genome Research, en David Galas, voorheen hoofd van het DOE Human Genome Program en Associate Director van het DOE Office of Health and Environmental Research.
Het nieuwe plan breidt de onderzoeksdoelstellingen in reeds bestaande categorieën uit en voegt specifieke nieuwe doelstellingen toe voor de ontwikkeling van technologie voor genidentificatie en -kartering. Het voorziet ook in outreach-programma’s om genoommateriaal onder de wetenschappelijke gemeenschap te verspreiden. Hoewel het plan betrekking heeft op de komende vijf jaar van het project (tot september 1998), zijn de doelstellingen zo geformuleerd dat zowel aan de behoeften op lange als op korte termijn wordt voldaan.
Het verkrijgen van de volledige menselijke DNA-sequentie is nog steeds het uiteindelijke doel van het project. Hoewel nog steeds wordt gediscussieerd over de waarde van het sequencen van het volledige genoom, erkennen onderzoekers het belang van de informatie in de DNA-sequentie voor de onthulling van genen en andere biologische informatie die met technieken op kleinere schaal niet kon worden verkregen.
De nieuwe doelstellingen gaan opnieuw uit van een financieringsniveau voor het volledige-genoomprogramma van 200 miljoen dollar per jaar, aangepast voor inflatie na 1990. Hoewel ook van dit bedrag werd uitgegaan toen de oorspronkelijke doelstellingen werden ontwikkeld en uitgevoerd, hebben de kredieten dat niveau nooit bereikt. De financiering van het Amerikaanse genoomproject voor FY 1994 (die op 1 oktober is begonnen) bedraagt ongeveer $170 miljoen.
Een nieuw plan nodig Door de vooruitgang in de afgelopen drie jaar zijn de oorspronkelijke doelstellingen nu ruimschoots bereikt, met gedetailleerde menselijke genetische kaarten; verbeterde fysische kaarten van menselijke genomen en genomen van modelorganismen; ontwikkeling van DNA-sequencing- en informaticatechnologie; en identificatie van belangrijke ethische, juridische en sociale vraagstukken (ELSI) in verband met de toegenomen beschikbaarheid van genetische informatie. Hoewel het eerste vijfjarenplan pas in september 1995 zou verstrijken, “heeft de vooruitgang in het genoomonderzoek reeds de manier veranderd waarop onderzoek wordt gedaan,” zei Collins. “Wij moeten deze vorderingen in onze huidige onderzoekdoelstellingen opnemen om ervoor te zorgen dat het programma ambitieus en geavanceerd blijft.”
Het genoomproject heeft reeds een diepgaande invloed gehad op het biomedisch onderzoek. In de afgelopen jaren hebben door onderzoekers van het project gegenereerde kaarten geholpen bij het vinden van genen die in verband worden gebracht met tientallen genetische aandoeningen, waaronder het syndroom van Menkes, de X-gebonden immuunstoornis ammaglobulinemie, de ziekte van Huntington, myotone dystrofie, het fragiele X-syndroom, neurofibromatose type 1 en 2, en andere. Naast de identificatie van nog veel meer ziektegenen zullen andere toekomstige ontwikkelingen onderzoekers in staat stellen genmutaties en door milieu-agentia veroorzaakte gezondheidseffecten te onderzoeken.
Ontwikkeling van nieuwe doelstellingen Bij de ontwikkeling van de nieuwe doelstellingen heeft een NIH-DOE werkgroep advies ingewonnen bij wetenschappers, andere geïnteresseerde wetenschappers en vertegenwoordigers van het publiek, waaronder velen van buiten het Human Genome Project. (Verslagen van deze bijeenkomsten zijn verkrijgbaar bij HGMIS en het NCHGR Office of Communications; neem contact op met
HGMIS, ORNL, 1060 Commerce Park, MS6480, Oak Ridge, TN 37831;
NCHGR, Bethesda, MD 20892; 301/402-0911, Fax: -4570)Het plan is voorgelegd aan en goedgekeurd door de NIH National Advisory Council for Human Genome Research en de DOE Health and Environmental Research Advisory Committee.
Hieronder volgen enkele algemene opmerkingen die ten grondslag liggen aan specifieke nieuwe doelstellingen.
Technologie-ontwikkeling. Dit zal van cruciaal belang blijven voor het succes van het programma in de toekomst, met name op het gebied van sequencing van DNA op grote schaal. Tot de resultaten die van invloed zijn op onderzoeksstrategieën behoren nieuwe typen genetische markers (d.w.z. microsatellieten) die met behulp van de polymerase-kettingreactie (PCR) kunnen worden bepaald; verbeterde vectorsystemen voor het klonen van grote DNA-fragmenten en methoden voor het assembleren van klonen tot fysieke kaarten; gebruik van sequence tagged sites (STS’s) als gemeenschappelijke fysieke karteringsentiteiten; en verbeterde DNA-sequencingtechnologie en -automatisering.
Toekomstige karteringsinspanningen. Deze inspanningen moeten zich richten op regio’s die zowel groter als kleiner zijn dan een enkel chromosoom, tot op heden de basiseenheid voor genoomanalyse. (Een “gemiddeld” menselijk chromosoom bevat ongeveer 150 Mb.) Dankzij de ontwikkeling van PCR en robotica is het nu mogelijk om het gehele genoom in kaart te brengen met een lage resolutie. Er moet ook steeds meer aandacht worden besteed aan het nauwkeurig in kaart brengen van kleinere DNA-gebieden (één tot enkele megabasen). Eén miljoen basen is een ambitieuze dimensie voor gedetailleerde analyse, aldus het plan, en zal een “nuttige brug” slaan tussen conventionele genetica en grootschaliger genomica-onderzoek, alsmede een “basis voor innovatie” vormen om methoden te ontwikkelen die op grotere regio’s kunnen worden toegepast.
De specifieke doelstellingen voor de periode tussen 1 oktober 1993 en 30 september 1998 zijn opgenomen in een aanvullend artikel in HGN 5(4):2, getiteld “Five-Year Goals”. Meer details met betrekking tot deze doelstellingen worden hieronder gegeven.
Genetische kaart. De onderzoekers verwachten dat de in het eerste vijfjarenplan gespecificeerde genetische kaart op tijd klaar zal zijn, maar er zijn technologische verbeteringen nodig om een snelle typering van families door niet-experts en gelijktijdige multimarker-tests van grote aantallen individuen door onderzoekers die complexe genetische ziekten bestuderen, mogelijk te maken. Ook zijn er methoden nodig voor geautomatiseerde screening van polymorfe markers en nieuwe strategieën voor genkartering die niet op een standaardreeks polymorfe markers zijn gebaseerd.
Fysieke kaart. Een op STS gebaseerde fysische kaart van het menselijk genoom met een gemiddelde resolutie van ongeveer 300 kb zal binnen 2 tot 3 jaar voltooid zijn. Omdat dit niveau van detail niet voldoende bruikbaar is voor genmappers of sequencers, wordt in het plan gepleit voor markers die met een interval van 100 kb worden geplaatst. Een dergelijke kaart zou nuttig zijn voor onderzoekers die conventionele methoden gebruiken om genen te isoleren die gelokaliseerd zijn binnen 100 kb van een in kaart gebrachte marker of in DNA-sequencing preparaten.
Om het vinden van genen en DNA-sequencing te vergemakkelijken, zijn nieuwe benaderingen nodig voor het construeren van kaarten met een hogere resolutie en voor kloneringssystemen die nauw verbonden zijn met de ontwikkeling van sequencing technologie. In het plan wordt ook aanbevolen de stabiliteit en het chimerisme van de kloonbibliotheken te verbeteren en de toegankelijkheid ervan te vergroten.
DNA-sequencing. Hoewel de kosten van sequencing het oorspronkelijke doel van 1996, 0,50 $/bp, zullen halen, schatten de ontwerpers dat 100 miljoen $ per jaar nodig zal zijn om een sequencing-technologie te ontwikkelen die voldoende snel is om tegen 2005 het volledige menselijke genoom te kunnen sequencen. Verdere kostenverlaging en een betere mogelijkheid om de nauwkeurigheid van de sequentie te beoordelen zijn eveneens van cruciaal belang. In het plan wordt aanbevolen het aantal groepen dat zich met grootschalige sequencing bezighoudt, uit te breiden, de conventionele op gel gebaseerde benaderingen te verbeteren en revolutionaire nieuwe methoden te ontwikkelen.
Gene Identification. De vooruitgang op het gebied van kartering en technologische verbeteringen hebben de projectplanners nu in staat gesteld de ontwikkeling van genidentificatietechnologie als een nieuw doel te specificeren. Door genen op te nemen in het snel groeiende corpus van kaarten en sequenties van zowel menselijke genomen als genomen van modelorganismen zullen deze bronnen bruikbaarder worden voor onderzoekers die de effecten ervan op de menselijke gezondheid onderzoeken.
Technologische ontwikkeling. Samenwerking wordt aangemoedigd bij de ontwikkeling van vitale nieuwe technologieën, met name automatisering en robotica, die kunnen worden uitgebreid en geëxporteerd naar laboratoria voor basiswetenschappen die genomen sequencen die niet in het kader van het Menselijk Genoomproject worden bestudeerd.
Modelorganismen. De oorspronkelijke doelstellingen zullen waarschijnlijk worden overschreden voor de genetische kaart van de muis, de fysische kaart van Drosophila melanogaster, en de sequenering van DNA van Escherichia coli, Sacharomyces cerevisiae, en Caenorhabditis elegans. Tot de prioriteiten behoren de voltooiing van de muizenkaart en de sequentiebepaling van bepaalde modelorganismen.
Informatica. Hoewel er veel vooruitgang is geboekt, blijft de verdere ontwikkeling van toegankelijke, gebruikersvriendelijke hulpmiddelen voor het verzamelen, ordenen en interpreteren van enorme hoeveelheden gegevens van cruciaal belang voor het welslagen van het project. Belangrijke doelstellingen voor de toekomst zijn gegevensbeheer, analyse en distributie.
ELSI. De ELSI-discussies houden verband met zowel het genomisch onderzoek als het gebruik van de gegevens die dit oplevert. De eerste beleidsopties met betrekking tot dit gebruik worden ontwikkeld voor vier gebieden waarvan is vastgesteld dat zij de grootste onmiddellijke potentiële gevolgen voor de samenleving hebben: privacy, eerlijkheid, klinische toepassingen, en beroeps- en publiekseducatie. De komende twee jaar zullen rapporten over het volledige scala van onderwerpen worden gepresenteerd.
Beleidsmakers moeten rekening houden met culturele en andere sociale invloeden bij de voorbereiding van beleid dat anticipeert op het toenemende effect op het publiek van wijdverbreide genetische tests voor veel voorkomende aandoeningen. Ook wordt de actieve betrokkenheid van betrokken individuen en groepen bij de ontwikkeling van beleidsopties aanbevolen en aangemoedigd, evenals meer publiek en professioneel onderwijs op alle niveaus om stigmatisering en discriminatie te voorkomen.
Opleiding. Door de toename van het aantal genoomcentra zullen naar verwachting meer kwalitatief hoogwaardige opleidingsprogramma’s worden opgezet om te voorzien in de behoefte aan interdisciplinaire opleiding van wetenschappers voor genoomonderzoek.
Technologie-overdracht. Er zijn al veel nieuwe bedrijven opgericht om toepassingen van het genoomonderzoek te ontwikkelen, en de samenwerking tussen door de overheid gefinancierde genoomwetenschappers en de particuliere sector is toegenomen. Het plan moedigt verdere samenwerking met het bedrijfsleven aan, maar waarschuwt dat belangenconflicten moeten worden vermeden. Ook moet er een overdracht van technologie van andere gebieden naar genoomcentra plaatsvinden.
Outreach. De particuliere sector wordt aangemoedigd (in sommige gevallen met startfinanciering) om distributiecentra voor genoommateriaal op te richten en snel in te spelen op de evoluerende behoeften van de wetenschappelijke gemeenschap. Het beleid inzake het delen van gegevens en materiaal (binnen 6 maanden na aanmaak) is goed geaccepteerd.
Internationale samenwerking
Het nieuwe vijfjarenplan van DOE-NIH prijst de “geest van internationale samenwerking en delen” die het Human Genome Project heeft gekenmerkt en een belangrijke rol heeft gespeeld in het succes ervan.
De Human Genome Organization werd geprezen voor het coördineren van internationale onderzoeksinspanningen door het organiseren van chromosoomworkshops om samenwerking aan te moedigen en de voltooiing van de chromosomenkaart te bespoedigen.
Notabele internationale samenwerkingsverbanden:
- Caenorhabditis elegans sequencing project (Verenigde Staten en Verenigd Koninkrijk).
- Chromosoom 16 fysiek karteringsproject (Los Alamos National Laboratory en Australië).
- Chromosoom 21: fysische kaart met hoge resolutie (Lawrence Livermore National Laboratory en Japan).
- Humane genetische kaart (NIH en Centre d’Etude du Polymorphisme Humain).
- Whole-genome approach to a human physical map (Whitehead Institute and Genethon).