Una breve storia di genomica britannica

L'isolamento di DNA è stato effettuato con successo nel 1869. Tuttavia, il suo ordinamento ha dovuto aspettare fino a completare nel 2003 il progetto Genoma Umano, più cento anni di più successivamente.

Elica del DNAvitstudio | Shutterstock

La genomica moderna data dagli anni 70, ma la sua base è stata gettata almeno venti anni prima di questa, con la creazione dei contrassegni radioattivi per studiare le biomolecole. Questo scienziati aiutati capiscono i trattamenti corporei multipli. Più d'importanza, ha contribuito a trovare il sacro Graal della genetica - la struttura e la sequenza di doppia elica del DNA.

Scoperta della struttura di DNA  

La più grande scoperta genetica dell'età moderna è accreditata al torcicollo di Francis e James Watson, che, con Maurice Wilkins, ha ricevuto il premio Nobel 1962 per medicina per la scoperta della struttura di DNA.

Il torcicollo era un fisico inglese di promessa che ha interrotto la sua carriera quando la seconda guerra mondiale ha scoppiato unire il Ministero della marina. Durante quegli otto anni, ha passato il suo campo della ricerca a biologia, dopo la lettura del libro del Erwin Schrodinger eminente del fisico, “che cosa è vita?„  e finalmente unito il laboratorio di Cavendish a Cambridge.

Maurice Wilkins nasceva nella regione selvaggia della Nuova Zelanda ad un medico-ricercatore irlandese, ma vivo nel Regno Unito dall'età di sei. Dopo la cattura del suo dottorato nella fisica, è stato coinvolgere nel progetto di Manhattan per sviluppare la prima bomba nucleare in U.S.A.

Qui ancora, il libro di Schrodinger lo ha ispirato cercare la fisica nella genetica. Dopo la guerra, si è mosso di nuovo all'Inghilterra ed ha unito il laboratorio della biofisica di Randall all'College di re, Londra. Qui un gruppo finalmente è stato organizzato per trovare la struttura di DNA.

Ciò ha incluso Rosalind Franklin, un ricercatore stupefacente di talento che aveva unito il laboratorio di Randall per migliorare l'unità di cristallografia a raggi x là. Tuttavia, Wilkins e Franklin non la hanno colpita mai fuori insieme.

James Watson era un giovane scienziato americano brillante che il primo ha incontrato Wilkins ad una conferenza a Napoli nel 1951. L'anno prima, il Wilkins e quello di suoi studenti di PhD, Raymond Gosling, avevano prodotto parecchie immagini dei raggi x della struttura cristallina della molecola del DNA. Alcuni di questi sono stati presentati alla riunione di Napoli.

Un'immagine in particolare ha dimostrato così l'intrigo a James Watson che ha unito il laboratorio di Cavendish lo stesso anno per perseguire la struttura di DNA. Là ha incontrato il torcicollo di 35 anni di Francis e là le righe si sono incontrate, dato che entrambe hanno acconsentito per lavorare a DNA.

Allo stesso tempo, Rosalind Franklin egualmente ha fatto parte della corsa per interpretare la molecola evasiva. Malgrado il lavoro tutto il da solo, è venuto astonishingly vicino ad incrinare il puzzle.

Watson ed il torcicollo hanno risolto i vari aspetti teorici della struttura del DNA. Tuttavia, per confermare la sua accuratezza, le chiare immagini dei raggi x di Franklin e le sue misure accurate di varie distanze all'interno della cella di unità del DNA si sono rivelate cruciale. Comprendendo questi dati, sono riuscito a pubblicare la struttura di doppia elica di DNA nel 1953 come pure la mostra della sua capacità della replica. Malgrado il ruolo chiave svolto tramite il lavoro di Franklin, è stata omessa dalla citazione del premio Nobel.

Il torcicollo di Francis ha continuato a studiare la lavorazione della proteina ed il regolamento genetico di questo trattamento. Egualmente presenta l'ipotesi di sequenza del `' - quella era la sequenza delle basi sulla molecola del DNA che ha codificato le informazioni genetiche (l'ordine degli amminoacidi sviluppati in ogni proteina).

Il torcicollo ha collaborato con George Gamow, un altro fisico-biologo, per pubblicare nel 1958 la loro teoria famosa del tripletto del `'. Questa ipotesi, ora conosciuta come il dogma centrale del ` di biologia molecolare', specifica che il codice del DNA è trascritto in RNA che è decodificato per mezzo di codoni. I codoni sono gli insiemi di tre basi che specificano gli amminoacidi differenti. L'ordine di questi tripletti decide l'ordine specifico degli amminoacidi che formeranno la proteina data.

Il pub di Eagle in cui il torcicollo e Watson li hanno annunciati aveva scoperto la struttura di DNA nel 1953. (Immagine catturata da Claudio Divizia, 2018 - Shutterstock).Il pub di Eagle in cui il torcicollo e Watson li hanno annunciati aveva scoperto la struttura di DNA nel 1953. (Immagine catturata da Claudio Divizia, 2018 - Shutterstock).

Che cosa Sanger sta ordinando?

A seguito della scoperta di DNA, la nuova tecnologia è emerso rapido, che ha permesso la determinazione automatizzata rapida delle sequenze di nucleotide nelle sequenze di DNA. La reazione a catena della polimerasi è stata inventata, permettendo l'amplificazione enorme di una quantità minuscola di DNA che contiene un gene di interesse. Le innovazioni successive hanno reso questo metodo redditizio e “senza confusione„.

La tecnologia del DNA ricombinante è stata sviluppata nel 1973 ed ha permesso la caratterizzazione e la manipolazione di grandi genoma. 1977 hanno veduto il primo gene che è isolato.

L'onore di ordinamento del genoma per la prima volta va a Fred Sanger, gigante fra gli scienziati britannici ed il doppio premio Nobel. Ha ordinato sia un genoma virale che mitocondriale completamente, rendendogli il primo scienziato di genomica.

Dopo avere lavorato all'ordinamento del DNA per 15 anni pazienti al laboratorio del Consiglio (MRC) di ricerca medica nella biologia molecolare, ha pubblicato la tecnologia più iniziale per determinare l'ordine delle basi su una molecola del DNA - il ` Sanger che ordina il metodo'.

L'ordinamento di Sanger ha dato dei calci fuori ad un'epoca in DNA che ordina ed ha modellato la scienza di genomica. Egualmente utile lui il suo secondo premio Nobel. Oggi il metodo ha avanzato per permettere simultaneamente la lettura di fino a 800 basi.

illustrazione 3D di un metodo di ordinamento del DNAktsdesign | Shutterstock

Il progetto Genoma Umano

Le innovazioni in struttura del DNA, decodificante ed ordinante erano determinanti per la redazione del progetto Genoma Umano. Dal 1993 al 2003, ha riunito gli scienziati di prima qualità da 20 istituzioni attraverso sei paesi per disfare con successo la sequenza delle tre miliardo basi azotate su una molecola umana del DNA.

Perché è la mappatura del genoma importante? La risposta è che un i bit di intero genoma per aiutare i ricercatori a trovare il loro modo intorno ed ad individuare i geni di interesse.

Entri in John Sulston, il figlio di un vicario, che era stato sempre curioso circa ` come gli organismi funzionano'. Finalmente diventando un biologo molecolare, ha unito il laboratorio di MRC, Cambridge.

John Sulston ed il verme

Sydney sudafricana Brennero stava lavorando alle mutazioni che hanno causato a cambiamenti nel modo il verme mobile, perché ha voluto sapere i geni hanno regolamentato i processi vitali al livello molecolare. Sulston ha collaborato con lui a MRC ma lo spazio ed i fondi erano brevi. Sulston poi ha incitato con successo il Consiglio della fiducia e di ricerca medica di Wellcome per installare un nuovo laboratorio votato agli studi genomica. Ciò era l'inizio del centro di Wellcome Sanger, di cui è diventato il fondatore-Direttore nel 1992, rimanente fino al 2000.

Nel 1998, dopo 12 anni di lavoro paziente, il gruppo di Sulston, lavorante con il gruppo di Robert Waterston a St. Louis, U.S.A., ha pubblicato la sequenza completa mai vista del DNA dell'animale, dei elegans di Caenorhabditis del nematode (elegans del C.), usata come prototipo per altre specie. Per questo, ha diviso il premio Nobel con i colleghi ricercatori Sydney Brennero e Robert Horwitz.

Mentre questo progetto inizialmente era stato inteso per continuare sulla connessione fra lo sviluppo dei elegans del C. e la sua genetica, riusciva così che si è trasformato in rapido in un prototipo per il progetto Genoma Umano, per cui questo si è trasformato nel centro BRITANNICO.

Il suo successo era un proof of concept cruciale per i metodi redditizi di alto-capacità di lavorazione impiegati per scoprire la sequenza umana del DNA come pure per mostrare le loro limitazioni e vantaggi. Per la fine del suo possesso, facendo uso del Sanger che ordina i metodi, il primo schizzo della sequenza del genoma umano era completo.

John che la passione di Sulston non stava facendo appena le scoperte scientifiche, lui egualmente ha insistito sul mettere a disposizione tutta la sua ricerca scientifica liberamente di chiunque. Ciò, ha ritenuto, era il solo modo accelerare il progresso all'interno della comunità. Ciò è rimanere centrale all'ethos dell'istituto di Wellcome Sanger a questo giorno.

Mike Stratton e geni del cancro

Simultaneamente, Mike Stratton ha cominciato ad installare il progetto del genoma del Cancro all'istituto, tentante di mappare tutti i geni cancerogeni nel genoma umano. Già aveva identificato il gene BRCA2, uno dei due geni che causano la maggior parte dei cancri al seno in donne ed il gene di BRAF coinvolgere in sei su dieci melanomi maligni. Egualmente ha contribuito a scoprire altri geni implicati in petto, testicolari, colorettali e nel tumore della tiroide.

Il punto seguente di andata potrebbe accadere solo dopo che l'ordinamento del interamente genoma è riuscito, perché ha messo a fuoco sulla mappatura del genoma funzionale, che consiste soltanto dai geni funzionali. Ciò piombo allo studio messo a fuoco sulle regioni del gene all'interno della molecola del DNA per collegare la struttura fisica alla loro espressione esterna nell'organismo e nel suo lavoro.

Allan Bradley ha lavorato durante la sua vita dello studente a Cambridge, seguente che ha preso la produzione dei mouse knockout facendo uso delle cellule staminali embrionali. Questi sono mouse che mancano di determinati geni specifici. Ha seguito questo su con lavoro sull'individuazione dei geni e sulle tecniche genetiche di manipolazione, che erano utili in molti tecnologie e trattamenti genetici del laboratorio.

A questo punto è stato impegnato nel rendere il suo lavoro commercialmente possibile offrendolo per la vendita. Quando più successivamente è diventato il nuovo Direttore dell'istituto di Sanger nel 2000, la ha trasformata in un centro che ha messo a fuoco sull'ottenere le informazioni biologiche dal genoma ordinato.

Alcuni esempi comprendono il consorzio internazionale del genoma del Cancro che ha messo a fuoco sul genoma del cancro ed i 100 000 genoma aggettano ordinare i genoma sia dalle celle normali che commoventi in pazienti con cancro, per esempio ed in quelli con una malattia rara.

Ordinamento di prossima generazione emergente nel 2007 e dimostrato essere un altro punto trasformatore, permettendo a milioni di campioni del DNA di essere ordinato insieme facendo uso dell'ordinamento parallelo massiccio (MPS). Ciò rende il preparato del campione più veloce, è estremamente personalizzabile ed ha portato giù il costo enorme. È realmente possibile al genoma umano di sequenza una per di meno che il £ 700 di un giorno solo, confrontato il £ a 2 miliardo e 10 anni che è richiesto per quello primo!

Quasi immediatamente questo è stato seguito dall'ordinamento di terza generazione. Questa tecnologia usa le basi contrassegnate con la tecnologia fluorescente degli enzimi della DNA polimerasi e dei tag. Ciò produce le sequenze di DNA 10-15 mila basi lunghe, rendendo genomica ordinando molto più semplice ed eliminando la necessità di unire i frammenti nel caso di più piccoli genoma. Ciò ha permesso alla revisione del `' dei genoma già ordinati ad accuratezza virtualmente 100% e finalmente gli scienziati sperano di ordinare l'intero genoma umano in appena un'ora!

Tutto questo si è presentato in appena due anni del progetto Genoma Umano. Indubbiamente, molte altre scoperte devono essere fatte che faciliteranno la diagnosi personale ed il trattamento basati sulle variazioni genomiche in una miriade di stati di malattia.

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Last Updated: May 13, 2019

Dr. Liji Thomas

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Dr. Liji Thomas

Dr. Liji Thomas is an OB-GYN, who graduated from the Government Medical College, University of Calicut, Kerala, in 2001. Liji practiced as a full-time consultant in obstetrics/gynecology in a private hospital for a few years following her graduation. She has counseled hundreds of patients facing issues from pregnancy-related problems and infertility, and has been in charge of over 2,000 deliveries, striving always to achieve a normal delivery rather than operative.

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