Amerika Serikat Departemen Energi (DOE) Joint Genome Institute (JGI) dan Stanford University hari ini melaporkan penyelesaian urutan kromosom manusia 19 yang paling gen-kaya semua kromosom manusia.
"Puncak 18 tahun penelitian, kemitraan ini contoh komitmen untuk memajukan DOE pemahaman kita tentang interaksi kompleks antara kesehatan manusia dan lingkungan," kata Menteri Energi Spencer Abraham, yang didanai agensi pekerjaan melalui Office of Science.
Tertanam dalam informasi urutan adalah jaringan peraturan kritis terhadap gen bertugas mengendalikan fungsi-fungsi seperti memperbaiki kerusakan DNA yang disebabkan oleh paparan radiasi dan polusi lingkungan lainnya. Studi gen DNA-perbaikan, dimulai di National DOE Laboratorium, yang menghasilkan wawasan ke dalam pengembangan kanker tertentu, banyak yang tampaknya disebabkan oleh cacat dalam DNA-perbaikan jalur. Juga, wawasan baru sedang dikumpulkan tentang keluarga gen lain yang terlibat dalam detoksifikasi dan buang bahan kimia asing bagi tubuh.
"Dengan urutan berkualitas tinggi sekarang tersedia secara gratis bagi komunitas ilmiah, lebih banyak cahaya akan ditumpahkan pada respon individu terhadap obat-obatan," kata Abraham. "Ini akan memungkinkan pengembangan diagnostik yang sensitif lebih untuk kerentanan terhadap beragam penyakit penting. Dalam waktu, dengan informasi ini di tangan, dokter akan dapat menyesuaikan strategi yang lebih efektif terapi individual. "
Kromosom pada 55,8 juta dasar atau huruf kode genetik, 19, meskipun hanya mewakili sekitar 2% dari genom manusia, fitur hampir 1.500 gen. Mereka termasuk gen yang kode untuk penyakit seperti insulin-dependent diabetes, distrofi myotonic, migrain, dan hiperkolesterolemia familial (bentuk warisan dari kolesterol darah tinggi), yang meningkatkan risiko penyakit kardiovaskular. "Di luar wahyu signifikan yang kromosom 19 memiliki lebih dari dua kali kepadatan gen dari rata-rata genome, juga menawarkan pemandangan subur untuk menjelajahi motif evolusi," kata Direktur JGI Eddy Rubin. "Sebuah gambar yang menarik telah muncul mengenai konservasi dan divergensi, mengungkapkan blok besar konservasi gen dengan tikus serta segmen coding dan noncoding konservasi dengan spesies yang lebih jauh seperti buntal, Fugu rubripes, yang juga sequencing di sini di JGI. Sementara belum lama ini daerah noncoding dianggap omong kosong, sekarang mereka benar-benar terbukti memiliki pengaruh kuat atas regulasi gen yang mereka golongan. "
DOE awalnya dipilih kromosom 19 sebagai target sekuensing karena misi patuh badan menyelidiki hubungan antara kerusakan DNA dari paparan radiasi dan kanker manusia. Pekerjaan awal dilakukan oleh Lawrence Livermore National Laboratory pada pertengahan tahun 1990 menyebabkan pemetaan DNA-perbaikan beberapa gen pada kromosom 19. Pada tahun 1999, proyek sekuensing dan finishing dialihkan kepada JGI dan Stanford Human Genome Center, masing-masing.
"Tidak seperti urutan genom manusia rancangan sebelumnya, versi ini adalah 500 kali lebih baik dalam hal kedekatan dan akurasi-yang membuat perbedaan besar jika Anda mencoba untuk melakukan biologi dengan urutan itu," kata Richard Myers, Direktur, Pusat Genome Manusia Stanford. "Ini memberi Anda rasa topografi kromosom yang satu diisi dengan fitur seperti biologis menarik seperti faktor transkripsi, gen reseptor penciuman, dan gen jari seng."
Reseptor penciuman mewakili keluarga multigene terbesar di organisme tingkat tinggi. Mereka telah berevolusi sebagai tanggapan terhadap kebutuhan untuk hewan untuk mengenali jutaan bau-baik mengancam dan menarik-di lingkungan mereka. Faktor transkripsi adalah protein yang perlu diakui oleh RNA polimerase untuk memulai elaborasi nukleotida sepanjang molekul DNA. Protein jari Zinc adalah rantai asam amino yang menangkap ion seng dan mengikat untuk RNA atau DNA dan memainkan peran penting dalam siklus hidup sel. Protein ini mengatur ekspresi gen serta pengakuan asam nukleat, transkripsi balik, dan perakitan virus. Obat upaya pengembangan berusaha untuk mengganggu struktur ini jari seng untuk mencegah virus dari berfungsi.
Kromosom 19, bagaimanapun, tidak tanpa tantangan, Myers menambahkan. "Urutan lebih sulit untuk bekerja melalui dari yang diharapkan. Ini sangat berulang, dengan kandungan GC yang tinggi. Ini adalah penghargaan nyata untuk tim ini bahwa mereka bisa mendapatkan urutan selesai. "
Stanford peran dalam kolaborasi adalah salah satu penting dari "menyelesaikan" urutan DNA. Proses finishing memastikan bahwa informasi yang dibuat tersedia melalui database publik benar-benar berdampingan, dengan semua ambiguitas diselesaikan. Proses melelahkan dimulai dengan transmisi elektronik dari rancangan set data, sekitar 20 milyar byte per minggu, dan pengiriman budaya bakteri piring dari Fasilitas Produksi Genomics JGI di Walnut Creek, California, ke Stanford.
"Untuk mendapatkan tingkat kepercayaan beberapa iterasi urutan genom diperlukan, biasanya enam sampai delapan kali cakupan," kata Myers. Di daerah yang gagal memenuhi standar kualitas yang diperlukan, diarahkan menyelesaikan reaksi dari berbagai jenis yang dilakukan dan data yang dihasilkan dimasukkan kembali ke dalam perakitan draft. Hanya setelah pengawasan ketat, ketika semua data telah banyak ditinjau oleh finisher manusia, dan semua kesenjangan dan berkualitas rendah daerah telah diselesaikan, akan data urutan ditugaskan di database publik. Kualitas dari urutan 19 kromosom selesai jauh melebihi 1 dalam 10.000 pasangan basa tingkat kesalahan yang ditetapkan oleh Konsorsium Genome Sequencing Manusia Internasional, dengan tingkat kesalahan diperkirakan kurang dari 1 dalam 100.000 pasangan basa.
"Para JGI-Stanford kemitraan telah terpisahkan untuk penyelesaian tepat waktu dan ekonomis kromosom 19," kata Direktur JGI Rubin. "Kontribusi DOE untuk sekuensing genom manusia total sekitar 11%, dengan kromosom 19 merupakan yang pertama dari tiga kromosom tim telah ditangani, bersama dengan selesainya Kromosom 16 dan 5 di sebentar lagi." Besarnya keberhasilan yang lebih tercermin di hampir seratus penulis dikutip di atas kertas yang dipimpin oleh Jane Grimwood di Stanford dan Susan Lucas di JGI. Penulis lainnya termasuk peneliti di Lawrence Livermore dan Los Alamos National Laboratories; Universitas California, Santa Cruz,; Rumah Sakit Anak Oakland, California, Howard Hughes Medical Institute di University of Washington, Seattle; Case Western Reserve University, dan National Cancer Institute .