1 oktober 1993 till 30 september 1998 (FY 1994-98)Kartläggning och sekvensering av det mänskliga genomet
Genetisk kartläggning
- Fullborda kartläggningen av 2- till 5-cM-området senast 1995. (Målen för kartans upplösning förblir oförändrade.)
- Utveckla teknik för snabb genotypning.
- Utveckla markörer som är lättare att använda.
- Utveckla ny kartläggningsteknik.
Fysisk kartläggning
- Färdigställ en STS-kartläggning (sequence tagged site) av det mänskliga genomet med en upplösning på 100 kb. (Målen för kartans upplösning förblir oförändrade.)
DNA-sekvensering
- Utveckla effektiva metoder för sekvensering av en till flera megabasregioner av DNA av stort biologiskt intresse.
- Utveckla teknik för sekvensering med hög genomströmning, med fokus på systemintegration av alla steg från förberedelse av mallar till dataanalys.
- Uppbyggnad av en sekvenseringskapacitet för att möjliggöra sekvensering i en kollektiv takt av 50 Mb per år i slutet av perioden. Denna takt bör resultera i en sammanlagd DNA-sekvens på 80 Mb som är färdigställd i slutet av FY 1998.
Genidentifiering
- Utveckla effektiva metoder för att identifiera gener och för att placera kända gener på fysiska kartor eller på sekvenserat DNA.
Teknikutveckling
- Sträng väsentligt utöka stödet till innovativ teknisk utveckling samt förbättringar av den nuvarande tekniken för DNA-sekvensering och för att tillgodose behoven hos det mänskliga genomprojektet som helhet.
Modellorganismer
- Färdigställa en STS-kartläggning av musens genom med en upplösning på 300 kb.
- Färdigställa sekvensen av Escherichia coli- och Saccharomyces cerevisiae-genomen senast 1998 eller tidigare.
- Fortsätta sekvenseringen av Caenorhabditis elegans och Drosophila melanogasters genomer med målet att C. elegans skall vara nästan färdigställd senast 1998.
- Sekvensera utvalda segment av musens DNA sida vid sida med motsvarande mänskligt DNA inom områden av stort biologiskt intresse.
Informatik
- Fortsätta att skapa, utveckla och driva databaser och databasverktyg för enkel tillgång till data, inklusive effektiva verktyg och standarder för datautbyte och länkar mellan databaser.
- Konsolidera, distribuera och fortsätta att utveckla effektiv programvara för storskaliga genomprojekt.
- Fortsätta att utveckla verktyg för att jämföra och tolka genominformation.
Etiska, rättsliga och sociala konsekvenser (ELSI)
- Fortsätta att identifiera och definiera frågor och utveckla politiska alternativ för att hantera dem.
- Utveckla och sprida policyalternativ avseende gentesttjänster med potentiellt utbredd användning.
- Förbättra acceptansen av mänsklig genetisk variation.
- Förbättra och utvidga utbildning av allmänheten och yrkesverksamma som är känslig för sociokulturella och psykologiska frågor.
Utbildning
- Fortsätta att uppmuntra utbildning av forskare inom tvärvetenskapliga vetenskaper med anknytning till genomforskning.
Tekniköverföring
- Uppmuntra och förbättra tekniköverföringen både till och från centra för genomforskning.
Outreach
- Samarbeta med dem som skulle upprätta distributionscentraler för genommaterial.
- Dela all information och allt material inom sex månader efter det att de har utvecklats. Detta bör ske genom att information lämnas in till offentliga databaser eller arkiv, eller både och, där så är lämpligt.
US Human Genome Project uppdaterar målen
Oförväntade framsteg inom genomforskningen och en mer sofistikerad förståelse för hur man ska uppnå långsiktiga mål har lett till att planerare av genomprojektet vid NIH och DOE har uppdaterat sina ursprungliga femåriga mål. Den nya femårsplanen publicerades i Science den 1 oktober i en artikel som samförfattats av Francis Collins, direktör för National Center for Human Genome Research, och David Galas, tidigare chef för DOE:s Human Genome Program och biträdande direktör för DOE:s Office of Health and Environmental Research.
Den nya planen utökar forskningsmålen i redan etablerade kategorier och lägger till särskilda nya mål för utveckling av teknik för identifiering och kartläggning av gener. Den innehåller också bestämmelser om utåtriktade program för att distribuera genommaterial till forskarsamhället. Även om planen omfattar projektets kommande fem år (till och med september 1998) har målen utformats för att tillgodose både långsiktiga och kortsiktiga behov.
Att få fram den fullständiga sekvensen av människans DNA är fortfarande projektets slutmål. Även om debatten fortsätter om värdet av att sekvensera hela genomet, inser forskarna betydelsen av DNA-sekvensinformation för att avslöja gener och annan biologisk information som inte skulle kunna erhållas med hjälp av tekniker i mindre skala.
De nya målen utgår återigen från en finansieringsnivå för programmet för hela genomet på 200 miljoner dollar per år, justerat för inflationen efter 1990. Även om detta belopp också antogs när de ursprungliga målen utarbetades och genomfördes, har anslagen aldrig nått den nivån. Den amerikanska finansieringen av genomprojektet för FY 1994 (som inleddes den 1 oktober) uppgår till cirka 170 miljoner dollar.
En ny plan behövs Framsteg under de senaste tre åren har gjort att de ursprungliga målen är inom räckhåll med detaljerade genetiska kartor över människan, förbättrade fysiska kartor över människans och modellorganismernas genom, utveckling av DNA-sekvensering och datateknik samt identifiering av viktiga etiska, rättsliga och sociala frågor (ELSI) som rör den ökade tillgängligheten av genetisk information. Även om den första femårsplanen inte skulle ha löpt ut förrän i september 1995 har ”framstegen inom genomforskningen redan förändrat det sätt på vilket forskningen bedrivs”, sade Collins. ”Vi måste införliva dessa framsteg i våra nuvarande forskningsmål för att se till att programmet fortsätter att vara ambitiöst och banbrytande.”
Genomprojektet har redan haft en djupgående inverkan på den biomedicinska forskningen. Bara under de senaste åren har kartor som genererats av projektets forskare bidragit till att hitta gener som är förknippade med dussintals genetiska tillstånd, däribland Menkes syndrom, den X-bundna immunsjukdomen ammaglobulinemi, Huntingtons sjukdom, myotonisk dystrofi, fragilt X-syndromet, neurofibromatos typerna 1 och 2 och andra. Förutom identifieringen av många fler sjukdomsgener kommer andra framtida utvecklingar att göra det möjligt för forskare att utforska genmutationer och hälsoeffekter som orsakas av miljögifter.
Utarbetande av nya mål Vid utarbetandet av de nya målen sökte en arbetsgrupp inom NIH-DOE råd från vetenskapsmän, andra intresserade forskare och representanter för allmänheten, bland annat många som står utanför humangenomprojektet. (Rapporter från dessa möten finns tillgängliga från HGMIS och NCHGR Office of Communications; kontakta
HGMIS, ORNL, 1060 Commerce Park, MS6480, Oak Ridge, TN 37831;
NCHGR, Bethesda, MD 20892; 301/402-0911, Fax: -4570)
Planen lades fram för och godkändes av NIH:s nationella rådgivande nämnd för forskning om humangenom och DOE:s rådgivande kommitté för hälso- och miljöforskning.
Nedan följer några allmänna iakttagelser som ligger till grund för specifika nya mål.
Teknisk utveckling. Detta kommer även fortsättningsvis att vara avgörande för framtida programframgångar, särskilt när det gäller storskalig DNA-sekvensering. Bland de resultat som påverkar forskningsstrategierna finns nya typer av genetiska markörer (dvs. mikrosatelliter) som kan analyseras med hjälp av polymeraskedjereaktionen (PCR), förbättrade vektorsystem för kloning av stora DNA-fragment och metoder för att sätta ihop kloner till fysiska kartor, användning av sekvensmarkerade platser (STS) som gemensamma fysiska kartläggningsenheter samt förbättrad teknik och automatisering för DNA-sekvensering.
Framtida kartläggningsinsatser. Dessa insatser bör inriktas på regioner som är både större och mindre än en enda kromosom, som hittills har varit den grundläggande enheten för genomanalys. (En ”genomsnittlig” mänsklig kromosom innehåller cirka 150 Mb.) Produktion av kartor med låg upplösning över hela genomet är nu möjlig tack vare PCR- och robotutvecklingen. Ökad uppmärksamhet måste också ägnas åt fin-detaljerad kartläggning av mindre DNA-regioner (en till ett par megabaser). En miljon baser är en ambitiös dimension för detaljerad analys, enligt planen, och kommer att utgöra en ”användbar bro” mellan konventionell genetik och genomforskning i större skala samt en ”grund för innovation” för att utveckla metoder som kan tillämpas på större områden. Planerare noterar att de framsteg som redan uppnåtts gör det möjligt att fokusera mer på geninformation för att berika de kartor som produceras.
Specifika mål som täcker perioden mellan den 1 oktober 1993 och den 30 september 1998 finns i en ytterligare artikel i HGN 5(4):2 som heter ”Five-Year Goals”. Mer information om dessa mål ges nedan.
Genetisk karta. Forskarna förväntar sig att den genetiska kartan som anges i den första femårsplanen kommer att färdigställas i tid, men det behövs tekniska förbättringar för att möjliggöra snabb typning av familjer av icke-experter och samtidig multimarkörtestning av ett stort antal individer av forskare som studerar komplexa genetiska sjukdomar. Det behövs också metoder för automatiserad screening av polymorfa markörer och nya strategier för genkartläggning som inte bygger på en standarduppsättning av polymorfa markörer.
Fysisk karta. En STS-baserad fysisk karta över det mänskliga genomet med en genomsnittlig upplösning på cirka 300 kb kommer att färdigställas inom två till tre år. Eftersom denna detaljnivå inte är tillräckligt användbar för vare sig genkartläggare eller sekvenserare, ska enligt planen markörer placeras med 100 kb-intervall. En sådan karta skulle vara användbar för forskare som använder konventionella metoder för att isolera gener som är lokaliserade inom 100 kb från en kartlagd markör eller i förberedelser för DNA-sekvensering.
För att underlätta genfynd och DNA-sekvensering behövs nya metoder för att konstruera kartor med högre upplösning och för kloneringssystem som är nära knutna till utvecklingen av sekvenseringsteknik. I planen rekommenderas också att förbättra klonbiblioteken med avseende på stabilitet och chimärism och öka deras tillgänglighet.
DNA-sekvensering. Även om kostnaderna för sekvensering kommer att uppfylla det ursprungliga målet från 1996 på 0,50 dollar/bp, uppskattar planerarna att 100 miljoner dollar per år kommer att behövas för att utveckla sekvenseringsteknik med tillräcklig sekvenseringshastighet för att hela det mänskliga genomet skall kunna sekvenseras senast 2005. Ytterligare kostnadsminskningar och ökade möjligheter att bedöma sekvensernas noggrannhet är också av avgörande betydelse. I planen rekommenderas en utökning av antalet grupper som arbetar med storskalig sekvensering, förbättring av konventionella gelbaserade metoder och utveckling av revolutionerande nya metoder.
Genidentifiering. Framsteg i kartläggningen och tekniska förbättringar har nu gjort det möjligt för projektplanerarna att specificera utvecklingen av teknik för genidentifiering som ett nytt mål. Genom att införliva gener i den snabbt växande mängden kartor och sekvenser av både människans och modellorganismernas genom kommer dessa resurser att bli mer användbara för forskare som utforskar deras effekter på människors hälsa.
Teknikutveckling. Samarbete uppmuntras för att utveckla viktig ny teknik, särskilt automatisering och robotik, som kan utvidgas och exporteras till laboratorier för grundforskning som sekvenserar genomer som inte studeras inom det mänskliga genomprojektet.
Modellorganismer. De ursprungliga målen kommer förmodligen att överskridas för den genetiska kartan för musen, den fysiska kartan för Drosophila melanogaster och DNA-sekvensering av Escherichia coli, Sacharomyces cerevisiae och Caenorhabditis elegans. Prioriteterna omfattar slutförandet av musens karta och sekvensering av specificerade modellorganismer.
Informatik. Även om stora framsteg har gjorts är ytterligare utveckling av tillgängliga, användarvänliga verktyg för att samla in, organisera och tolka stora mängder data fortfarande avgörande för projektets framgång. Viktiga framtida mål är datahantering, analys och distribution.
ELSI. ELSI-diskussionerna är knutna till både genomisk forskning och användning av de data som den ger upphov till. Initiala politiska alternativ för denna användning håller på att utarbetas för fyra områden som identifierats som de som har störst omedelbar potentiell påverkan på samhället: sekretess, rättvisa, kliniska tillämpningar samt yrkesutbildning och utbildning av allmänheten. Rapporter om hela spektrumet av frågor kommer att fortsätta att presenteras under de kommande två åren.
Politiker måste ta hänsyn till kulturella och andra sociala influenser när de utarbetar strategier som förutser den ökande inverkan på allmänheten av utbredd genetisk testning för vanliga tillstånd. Det rekommenderas och uppmuntras också att berörda individer och grupper aktivt deltar i utvecklingen av politiska alternativ samt att allmänheten och yrkesverksamma får ökad utbildning på alla nivåer för att förhindra stigmatisering och diskriminering.
Utbildning. På grund av det ökade antalet genomcentra förväntas fler utbildningsprogram av hög kvalitet inrättas för att tillgodose behovet av tvärvetenskaplig utbildning av forskare för genomforskning.
Tekniköverföring. Många nya företag har redan bildats för att utveckla tillämpningar av genomforskning, och samarbetet mellan statligt finansierade genomforskare och den privata sektorn har ökat. Planen uppmuntrar till ytterligare samarbete med industrin men varnar för att man måste se till att undvika intressekonflikter. Tekniköverföring från andra områden till genomcentra måste också ske.
Outreach. Den privata sektorn uppmuntras (med startfinansiering i vissa fall) att inrätta distributionscentraler för genommaterial och att snabbt reagera på forskarsamhällets nya behov. Politiken för delning av data och material (inom sex månader efter skapandet) har accepterats väl.
Internationellt samarbete
I den nya femårsplanen för DOE-NIH uppmärksammas den ”anda av internationellt samarbete och delning” som har kännetecknat humangenomprojektet och spelat en viktig roll för dess framgång.
Human Genome Organization fick beröm för att ha samordnat internationella forskningsinsatser genom att anordna kromosomverkstäder för att uppmuntra till samarbete och påskynda färdigställandet av kromosomkartor.
Noternationella samarbeten av betydelse:
- Caenorhabditis elegans sekvenseringsprojekt (USA och Storbritannien).
- Projekt för fysisk kartläggning av kromosom 16 (Los Alamos National Laboratory och Australien).
- Högupplöst fysisk kartläggning av kromosom 21 (Lawrence Livermore National Laboratory och Japan).
- Human genetic map (NIH och Centre d’Etude du Polymorphisme Humain).
- Whole-genome approach to a human physical map (Whitehead Institute and Genethon).