De la 1 octombrie 1993 la 30 septembrie 1998 (FY 1994-98)Cartografierea și secvențierea genomului uman
Cartografierea genetică
- Completarea hărții de 2 până la 5 cm până în 1995. (Obiectivele pentru rezoluția hărții rămân neschimbate.)
- Dezvoltarea tehnologiei pentru genotiparea rapidă.
- Dezvoltarea unor markeri mai ușor de utilizat.
- Dezvoltarea de noi tehnologii de cartografiere.
Cartografiere fizică
- Completarea unei hărți a genomului uman cu situsuri marcate cu secvențe (STS) la o rezoluție de 100 kb. (Obiectivele pentru rezoluția hărții rămân neschimbate.)
Secvențierea ADN-ului
- Dezvoltarea unor abordări eficiente pentru secvențierea regiunilor de unul până la mai multe megabaze de ADN de mare interes biologic.
- Dezvoltați tehnologia pentru secvențierea de mare randament, concentrându-vă pe integrarea sistemelor în toate etapele, de la pregătirea șablonului până la analiza datelor.
- Constituirea unei capacități de secvențiere care să permită secvențierea la o rată colectivă de 50 Mb pe an până la sfârșitul perioadei. Acest ritm ar trebui să ducă la un agregat de 80 Mb de secvențe de ADN finalizate până la sfârșitul anului fiscal 1998.
Identificarea genelor
- Dezvoltarea unor metode eficiente de identificare a genelor și de plasare a genelor cunoscute pe hărțile fizice sau pe ADN-ul secvențiat.
Dezvoltare tehnologică
- Extindeți substanțial sprijinul pentru dezvoltări tehnologice inovatoare, precum și pentru îmbunătățirea tehnologiei actuale de secvențiere a ADN-ului și pentru satisfacerea nevoilor Proiectului Genomului uman în ansamblul său.
Organisme model
- Finalizați o hartă STS a genomului de șoarece la o rezoluție de 300-kb.
- Finalizați secvențierea genomurilor Escherichia coli și Saccharomyces cerevisiae până în 1998 sau mai devreme.
- Continuați secvențierea genomurilor Caenorhabditis elegans și Drosophila melanogaster cu scopul de a aduce C. elegans aproape de finalizare până în 1998.
- Secvențierea unor segmente selectate de ADN de șoarece, alături de ADN uman corespunzător, în zone de mare interes biologic.
Informatică
- Continuarea creării, dezvoltării și operării bazelor de date și a instrumentelor de baze de date pentru un acces ușor la date, inclusiv instrumente și standarde eficiente pentru schimbul de date și legături între bazele de date.
- Consolidați, distribuiți și continuați să dezvoltați software eficient pentru proiecte genomice la scară largă.
- Continuați să dezvoltați instrumente pentru compararea și interpretarea informațiilor despre genom.
Implicații etice, juridice și sociale (ELSI)
- Continuați să identificați și să definiți problemele și să dezvoltați opțiuni de politică pentru a le aborda.
- Elaborarea și diseminarea opțiunilor de politică privind serviciile de testare genetică cu potențial de utilizare pe scară largă.
- Favoriza o mai mare acceptare a variației genetice umane.
- Îmbunătățiți și extindeți educația publică și profesională care să fie sensibilă la aspectele socioculturale și psihologice.
Formare
- Continuați să încurajați formarea oamenilor de știință în științele interdisciplinare legate de cercetarea genomului.
Transferul de tehnologie
- Încurajați și îmbunătățiți transferul de tehnologie atât în interiorul cât și în afara centrelor de cercetare genomică.
Apărare
- Cooperați cu cei care vor înființa centre de distribuție a materialelor genomice.
- Părtășiți toate informațiile și materialele în termen de 6 luni de la elaborarea lor. Acest lucru ar trebui realizat prin transmiterea informațiilor către baze de date sau depozite publice, sau ambele, dacă este cazul.
Proiectul SUA privind genomul uman își actualizează obiectivele
Progresele așteptate în cercetarea genomului și înțelegerea mai sofisticată a modului de realizare a obiectivelor pe termen lung au determinat planificatorii proiectului genomului de la NIH și DOE să își actualizeze obiectivele inițiale pe 5 ani. Noul plan pe 5 ani a apărut în numărul din 1 octombrie al revistei Science, într-un articol scris în colaborare de Francis Collins, directorul Centrului Național de Cercetare a Genomului Uman, și de David Galas, fost șef al Programului pentru genomul uman al DOE și director asociat al Biroului de Cercetare pentru Sănătate și Mediu al DOE.
Noul plan extinde obiectivele de cercetare în categoriile deja stabilite și adaugă noi obiective specifice pentru dezvoltarea tehnologiei de identificare și cartografiere a genelor. Acesta prevede, de asemenea, programe de informare pentru a distribui materiale despre genom către comunitatea științifică. Deși planul acoperă următorii 5 ani ai proiectului (până în septembrie 1998), obiectivele au fost concepute pentru a răspunde atât nevoilor pe termen lung, cât și celor pe termen scurt.
Obținerea secvenței complete a ADN-ului uman este în continuare scopul final al proiectului. Deși dezbaterea continuă cu privire la valoarea secvențierii întregului genom, cercetătorii recunosc importanța informațiilor privind secvența ADN în dezvăluirea genelor și a altor informații biologice care nu ar putea fi obținute prin tehnici la scară mai mică.
Noile obiective presupun din nou un nivel de finanțare pentru programul privind întregul genom de 200 de milioane de dolari pe an, ajustat în funcție de inflația de după 1990. Deși această sumă a fost de asemenea presupusă atunci când au fost elaborate și puse în aplicare obiectivele inițiale, creditele nu au atins niciodată acest nivel. Finanțarea proiectului genomului american pentru anul fiscal 1994 (care a început la 1 octombrie) este de aproximativ 170 de milioane de dolari.
Este nevoie de un nou plan Progresul înregistrat în ultimii 3 ani a pus obiectivele inițiale la îndemână cu hărți genetice umane detaliate; hărți fizice îmbunătățite ale genomului uman și ale organismelor model; dezvoltarea secvențierii ADN și a tehnologiei informatice; și identificarea problemelor etice, juridice și sociale majore (ELSI) privind disponibilitatea sporită a informațiilor genetice. Deși primul plan de 5 ani urma să expire abia în septembrie 1995, „Progresele în cercetarea genomului au schimbat deja modul în care se face cercetarea”, a declarat Collins. „Trebuie să încorporăm aceste progrese în obiectivele noastre actuale de cercetare pentru a ne asigura că programul continuă să fie ambițios și de ultimă oră.”
Proiectul genomului a avut deja un impact profund asupra cercetării biomedicale. Doar în ultimii câțiva ani, hărțile generate de cercetătorii proiectului au ajutat la găsirea unor gene asociate cu zeci de afecțiuni genetice, inclusiv sindromul Menkes, tulburarea imunitară legată de X, ammaglobulinemia, boala Huntington, distrofia miotonică, sindromul X fragil, neurofibromatoza de tip 1 și 2 și altele. Pe lângă identificarea a mult mai multor gene de boală, alte evoluții viitoare vor permite cercetătorilor să exploreze mutațiile genetice și efectele asupra sănătății cauzate de agenții de mediu.
Dezvoltarea noilor obiective În elaborarea noilor obiective, un grup de lucru NIH-DOE a cerut sfatul oamenilor de știință, al altor cercetători interesați și al reprezentanților publicului, inclusiv al multor persoane din afara Proiectului Genomului Uman. (Rapoartele acestor întâlniri sunt disponibile la HGMIS și la biroul de comunicare al NCHGR; contactează
HGMIS, ORNL, 1060 Commerce Park, MS6480, Oak Ridge, TN 37831;
NCHGR, Bethesda, MD 20892; 301/402-0911, Fax: -4570)
Planul a fost prezentat și aprobat de către NIH National Advisory Council for Human Genome Research și de către DOE Health and Environmental Research Advisory Committee.
Cele ce urmează sunt câteva observații generale care stau la baza noilor obiective specifice.
Dezvoltarea tehnologică. Aceasta va continua să fie crucială pentru succesul viitor al programului, în special în domeniul secvențierii ADN la scară largă. Realizările care influențează strategiile de cercetare includ noi tipuri de markeri genetici (de exemplu, microsateliți) care pot fi analizați prin reacția în lanț a polimerazei (PCR); sisteme îmbunătățite de vectori pentru clonarea fragmentelor mari de ADN și metode de asamblare a clonelor în hărți fizice; utilizarea situsurilor marcate cu secvențe (STS) ca entități comune de cartografiere fizică; și tehnologii îmbunătățite de secvențiere a ADN-ului și automatizare.
Eforturile viitoare de cartografiere. Aceste eforturi ar trebui să se concentreze pe regiuni atât mai mari cât și mai mici decât un singur cromozom, unitatea de bază a analizei genomului până în prezent. (Un cromozom uman „mediu” conține aproximativ 150 Mb.) Producerea de hărți de joasă rezoluție ale întregului genom este acum fezabilă datorită evoluțiilor PCR și roboticii. De asemenea, trebuie acordată o atenție din ce în ce mai mare cartografierii cu detalii fine a regiunilor mai mici de ADN (de la una la câteva megabaze). Un milion de baze reprezintă o dimensiune ambițioasă pentru o analiză detaliată, se arată în plan, și va oferi o „punte utilă” între genetica convențională și cercetarea genomică la scară mai mare, precum și o „bază pentru inovare” în vederea dezvoltării unor metode cu aplicabilitate la regiuni mai mari. Planificatorii remarcă faptul că progresele deja realizate permit o mai mare concentrare asupra informațiilor genetice pentru a îmbogăți hărțile produse.
Obiectivele specifice care acoperă perioada dintre 1 octombrie 1993 și 30 septembrie 1998 apar într-un articol suplimentar în HGN 5(4):2 intitulat „Five-Year Goals”. Mai multe detalii referitoare la aceste obiective sunt prezentate mai jos.
Carte genetică. Cercetătorii se așteaptă ca harta genetică specificată în primul plan de 5 ani să fie finalizată la timp, dar sunt necesare îmbunătățiri tehnologice pentru a permite tipizarea rapidă a familiilor de către neexperți și testarea simultană a multimarkerilor unui număr mare de indivizi de către cercetătorii care studiază boli genetice complexe. De asemenea, sunt necesare metode de screening automatizat al markerilor polimorfici și noi strategii de cartografiere a genelor care nu se bazează pe un set standard de markeri polimorfici.
Harta fizică. O hartă fizică a genomului uman bazată pe STS, cu o rezoluție medie de aproximativ 300 kb, va fi finalizată în termen de 2 până la 3 ani. Deoarece acest nivel de detaliu nu este suficient de util nici pentru cartografii de gene, nici pentru secvențiatori, planul prevede markeri plasați la intervale de 100 kb. O astfel de hartă ar fi utilă pentru cercetătorii care folosesc metode convenționale pentru a izola genele localizate la 100 kb de un marker cartografiat sau în preparatele de secvențiere a ADN-ului.
Pentru a facilita găsirea genelor și secvențierea ADN-ului, sunt necesare noi abordări pentru a construi hărți cu rezoluție mai mare și pentru sisteme de clonare strâns legate de dezvoltarea tehnologiei de secvențiere. Planul recomandă, de asemenea, îmbunătățirea bibliotecilor de clone în ceea ce privește stabilitatea și chimerismul și creșterea accesibilității acestora.
Secvențierea ADN. Deși costurile de secvențiere vor atinge obiectivul inițial din 1996 de 0,50 dolari/bp, planificatorii estimează că vor fi necesare 100 de milioane de dolari pe an pentru a dezvolta o tehnologie de secvențiere cu o rată de secvențiere suficientă pentru a permite secvențierea întregului genom uman până în 2005. Reducerea în continuare a costurilor și creșterea capacității de a evalua acuratețea secvențelor sunt, de asemenea, esențiale. Planul recomandă extinderea numărului de grupuri care lucrează la secvențierea pe scară largă, îmbunătățirea abordărilor convenționale bazate pe geluri și dezvoltarea unor noi metode revoluționare.
Identificarea genelor. Progresul cartografierii și îmbunătățirile tehnologice au permis acum planificatorilor proiectului să specifice dezvoltarea tehnologiei de identificare a genelor ca un nou obiectiv. Încorporarea genelor în corpul în creștere rapidă de hărți și secvențe ale genomurilor umane și ale organismelor model va face ca aceste resurse să fie mai utile pentru cercetătorii care explorează efectele acestora asupra sănătății umane.
Dezvoltarea tehnologiei. Este încurajată cooperarea în dezvoltarea de noi tehnologii vitale, în special automatizarea și robotica, care sunt expandabile și exportabile către laboratoarele de științe fundamentale care secvențiază genomurile care nu sunt studiate în cadrul Proiectului Genomului uman.
Organisme model. Obiectivele inițiale vor fi probabil depășite pentru harta genetică a șoarecilor, harta fizică a Drosophila melanogaster și secvențierea ADN-ului din Escherichia coli, Sacharomyces cerevisiae și Caenorhabditis elegans. Printre priorități se numără finalizarea hărții șoarecilor și secvențierea organismelor model specificate.
Informatică. Deși s-au înregistrat multe progrese, dezvoltarea în continuare a unor instrumente accesibile și ușor de utilizat pentru colectarea, organizarea și interpretarea unor cantități mari de date continuă să fie crucială pentru succesul proiectului. Obiectivele majore viitoare sunt gestionarea, analiza și distribuirea datelor.
ELSI. Discuțiile ELSI sunt legate atât de cercetarea genomică, cât și de utilizarea datelor pe care aceasta le produce. Opțiunile politice inițiale privind această utilizare sunt în curs de elaborare pentru patru domenii identificate ca având cel mai mare impact potențial imediat asupra societății: confidențialitatea, corectitudinea, aplicațiile clinice și educația profesională și publică. Rapoartele privind întreaga gamă de aspecte vor continua să fie prezentate pe parcursul următorilor 2 ani.
Decidenții politici trebuie să ia în considerare influențele culturale și alte influențe sociale atunci când pregătesc politici care anticipează impactul tot mai mare asupra publicului al testării genetice pe scară largă pentru afecțiuni comune. De asemenea, se recomandă și se încurajează implicarea activă a persoanelor și grupurilor interesate în elaborarea opțiunilor de politici, precum și creșterea educației publice și profesionale la toate nivelurile pentru a preveni stigmatizarea și discriminarea.
Formare. Datorită numărului sporit de centre de genom, se așteaptă să se înființeze mai multe programe de formare de înaltă calitate pentru a satisface nevoia de formare interdisciplinară a oamenilor de știință pentru cercetarea genomului.
Transfer tehnologic. Multe companii noi au fost deja înființate pentru a dezvolta aplicații ale cercetării genomului, iar colaborările dintre cercetătorii în domeniul genomului finanțați de guvern și sectorul privat au crescut. Planul încurajează continuarea cooperării cu industria, dar avertizează că trebuie avut grijă să se evite conflictele de interese. Trebuie să aibă loc, de asemenea, un transfer de tehnologie din alte domenii către centrele de genom.
Accesoriu. Sectorul privat este încurajat (cu finanțare inițială în unele cazuri) să înființeze centre de distribuție pentru materiale genomice și să răspundă rapid la nevoile în evoluție ale comunității științifice. Politica privind schimbul de date și materiale (în termen de 6 luni de la creație) a fost bine acceptată.
Cooperare internațională
Noul plan cincinal DOE-NIH recunoaște „spiritul de cooperare și partajare internațională” care a caracterizat Proiectul Genomului Uman și care a jucat un rol major în succesul său.
Organizația Genomului Uman a fost lăudată pentru coordonarea eforturilor internaționale de cercetare prin organizarea de ateliere de lucru privind cromozomii pentru a încuraja colaborarea și a accelera finalizarea hărților cromozomiale.
Colaborări internaționale notabile:
- Proiectul de secvențiere Caenorhabditis elegans (Statele Unite și Regatul Unit).
- Proiect de cartografiere fizică a cromozomului 16 (Los Alamos National Laboratory și Australia).
- Harta fizică de înaltă rezoluție a cromozomului 21 (Lawrence Livermore National Laboratory și Japonia).
- Harta genetică umană (NIH și Centre d’Etude du Polymorphisme Humain).
- Whole-genome approach to a human physical map (Whitehead Institute and Genethon).