Den amerikanske Department of Energy (DOE) Fælles Genome Institute (JGI) og Stanford University betænkning i dag afslutningen af rækkefølgen af menneskelige kromosom 19, den mest gen-rige af alle de menneskelige kromosomer. Dette resultat er beskrevet i April 1, 2004 udgave af tidsskriftet Nature.
"Kulminerer 18 års forskning, dette partnerskab eksempel DOE forpligtelse til at fremme vores forståelse af det komplekse samspil mellem vores menneskers sundhed og miljøet," siger energiminister Spencer Abraham, hvis agentur finansieret arbejde gennem sin Office of Science.
Indlejret i denne sekvens oplysninger er kritiske regulerende net af gener til opgave at kontrollere sådanne funktioner som reparation DNA-skader forårsaget af eksponering for stråling og andre miljøgifte. Studier af DNA-reparation gener, der blev indledt DOE nationale laboratorier, der giver indsigt i udviklingen af visse kræftformer, hvoraf mange synes at være forårsaget af defekter i DNA-reparation veje. Desuden er nye indsigter bliver forstået, om andre gen familier impliceret i afgiftende og udskiller kemikalier fremmed for kroppen.
"Med denne høje kvalitet sekvens nu gjort frit tilgængelige til det videnskabelige samfund, vil mere lys blive kastet på individuelle svar til medicin," sagde Abraham. "Dette vil muliggøre udviklingen af mere følsomme diagnoser for følsomhed over for en bred vifte af vigtige sygdomme. Med tiden, med disse oplysninger i hånden, vil lægerne blive i stand til at skræddersy en mere effektiv individualiserede terapeutiske strategier."
Kromosom 19, ved 55.800 tusind baser eller bogstaver på genetiske kode, men udgør kun omkring 2 procent af det menneskelige genom, har næsten 1.500 gener. De omfatter gener, som koder for disse sygdomme som insulinkrævende diabetes, myotonic dystrofi, migræne, og familiær hyperkolesterolæmi (en arvelig form for forhøjet kolesterol i blodet), hvilket øger risikoen for hjerte-kar-sygdomme.
"Beyond the betydelige åbenbaring, kromosom 19 har mere end dobbelt så genet tæthed af genomet hele gennemsnittet, også det giver et frugtbart landskab for at udforske evolutionær motiver," sagde JGI direktør Eddy Rubin. "En spændende billede er opstået med hensyn til bevaring og divergens, afslørende store blokke af genkonservering med gnavere samt dele af kodning og noncoding bevarelse med mere fjerntliggende arter som pufferfish, Fugu rubripes, som også blev sekventeret her på JGI. Mens ikke så længe siden disse noncoding regioner blev anset pjat, nu er de faktisk vist sig at have stærke regulerende indflydelse på de gener, som de beslag. "
DOE oprindeligt valgte kromosom 19 som en rækkefølge mål på grund af agenturets lovlydige mission for at undersøge sammenhængen mellem DNA-skader fra stråling og kræft hos mennesker. Indledende arbejde, der udføres af Lawrence Livermore National Laboratory i midten af 1990'erne førte til kortlægning af flere DNA-reparation gener på kromosom 19. I 1999 var rækkefølgen og efterbehandling projekter overføres til JGI og Stanford Human Genome Center, hhv.
"I modsætning til tidligere udkast menneskelige genom sekvenser, er denne version 500 gange bedre med hensyn til sammenfletningen og nøjagtighed - der gør en kæmpe forskel, hvis du forsøger at gøre biologi med denne rækkefølge," siger Richard Myers, direktør, Stanford Human Genome Center. "Det giver dig en fornemmelse af kromosom er topografi -. En fyldt med sådanne biologisk interessante funktioner som transskriptionsfaktorer, lugt-receptor gener, og zink finger gener"
Olfaktoriske receptorer udgør den største multigene familien i højere organismer .. De har udviklet som reaktion på behovet for dyr til at anerkende millioner af lugte - både truende og attraktive - i deres miljø. Transskription faktorer er proteiner, der har brug for at blive anerkendt af RNA polymerase med henblik på at indlede udarbejdelsen af nukleotider langs DNA-molekylet. Zink finger proteiner er kæder af aminosyrer, som fanger en zink ion og binder sig til RNA eller DNA og spille en afgørende rolle i en celles livscyklus. Disse proteiner regulerer ekspression af gener samt nukleinsyre anerkendelse, reverse transkription, og virus samling. Drug udviklingsindsats forsøge at afbryde disse zink finger strukturer til at forhindre virus i at fungere.
Kromosom 19, var dog ikke uden udfordringer, Myers tilføjet. "Rækkefølgen var sværere at arbejde sig igennem end forventet. Det er en sand hyldest til dette hold, at de kunne få den sekvens færdig."
Stanford rolle i samarbejdet er den kritiske en af "finish" DNA sekvensen. Den afsluttende proces sikrer, at de oplysninger, der stilles til rådighed via offentlige databaser er helt sammenhængende, med alle tvetydigheder løst. Denne omhyggelige proces begynder med elektronisk fremsendelse af udkast til datasæt, omkring 20 milliarder byte om ugen, og forsendelse af bakterier kultur plader fra JGI produktion Genomics faciliteten i Walnut Creek, Californien til Stanford.
"For at få dette niveau af tillid, er flere gentagelser af genomet sekvens krævede, typisk seks til otte gange dækning," Myers sagde. I områder, der ikke opfylder de krævede kvalitetskrav, instrueret efterbehandling reaktioner i mange forskellige typer er udført og de resulterende data indarbejdet tilbage i udkastet til forsamlingen. Først efter grundig undersøgelse, når alle data er blevet grundigt gennemgået af en menneskelig finisher, og alle huller og lav kvalitet områder er blevet løst, vil sekvensen data udstationeret i offentlige databaser. Kvaliteten af det færdige kromosom 19 sekvens langt overstiger 1 ud af 10.000 basepar fejlprocent er fastsat af International Human Genome Sequencing Consortium, med fejlprocenten skønnes at være langt mindre end 1 ud af 100.000 basepar.
"Den JGI-Stanford partnerskab har været en integreret del af rettidig og økonomisk færdiggørelse af kromosom 19," siger Ross Rubin. "DOE bidrag til sekventering af det menneskelige genom udgør omkring 11 procent, med kromosom 19, der repræsenterer den første af de tre kromosomer holdet har tacklet, sammen med afslutningen af kromosomer 16 og 5 på vej." Omfanget af udførelsen afspejles yderligere i næsten 100 forfattere citeret på papiret ledet af Jane Mørk skov på Stanford og Susan Lucas på JGI. Andre forfattere nævnes efterforskere på Lawrence Livermore og Los Alamos nationale laboratorier UC Santa Cruz; Børnehospital Oakland, Calif, Howard Hughes Medical Institute på University of Washington, Seattle, Case Western Reserve University og National Cancer Institute.
Det Fælles Genome Institute (JGI), der ligger i Walnut Creek, Californien blev etableret i 1997 af tre af de DOE nationale laboratorier, der administreres af University of California: Lawrence Berkeley National Laboratory og Lawrence Livermore National Laboratory i Californien og Los Alamos National Laboratory i New Mexico. Ud over sin menneskelige genom sekventering aktiviteter, har JGI hele genomsekvensering programmer for andre hvirveldyr, mikrober og planter. Finansieringen af JGI er overvejende fra kontoret for Biologiske og miljøforskning i DOE Office of Science. Yderligere oplysninger om JGI er tilgængelig på http://www.jgi.doe.gov.
Den Stanford Human Genome Center (SHGC) er en del af Institut for Genetik ved Stanford University. SHGC, oprindeligt finansieret som et pilotprojekt sekventering center for det menneskelige genom-projektet, er i øjeblikket involveret i en lang række videnskabelige forskningsprogrammer, herunder store skala genomisk efterbehandling, sygdomme hos mennesker kobling undersøgelser, hvirveldyr mangfoldighed, og opklaringen af funktionelle sekvens elementer i menneskelige genom. Yderligere oplysninger om SHGC findes på http://www-shgc.stanford.edu.