Genotipul uman este alcatuit din
80.000-100.000 de gene ce insumeaza in jur de 3 miliarde de nucleotide.
Aceasta complexitate este ilustrata si de capacitatea organismului uman de
a sintetiza aproximativ 80.000 de proteine diferite.
Genele umane variaza intre limite largi ca
lungime,cuprinzand adesea sute de baze insa doar despre aprox. 10% din
genom se stie ca include secventele codificatoare ale proteinelor (exoni).
Intercalate cu genele se gasesc numeroase secvente noninformationale
(introni). Aflarea de noi informatii asupra structurii genelor si a
functiilor acestora impunea o cunoastere detaliata a codului genetic.
Astfel a demarat Proiectul Genomului Uman--Human Genome Project (HGP).
Initiat in 1990 in SUA de catre Department of
Energy (DOE) si National Institutes of Health (NIH) , beneficiind de o
finantare considerabila (3 miliarde $), programul a fost estimat sa se
intinda pe 15 ani. Obiectivele principale ale acestui program sunt:
-sa identifice cele aproximativ 100.000 de gene
din ADN-ul uman
-sa determine secventa celor 3 miliarde de perechi
de baze azotate ce alcatuiesc ADN-ul uman, cu precizia de o eroare
estimata/10.000 de baze
-stocarea informatiei obtinute intr-o baza de date
-dezvoltarea metodelor si tehnologiilor pentru
studiul acestor date
S-a elaborat astfel un plan pus in aplicare din
1991, esalonat pe 15 ani si care sa coste in jur de un dolar pe nucleotida.
Una dintre ideile de baza era sa se inceapa cu
alcatuirea unei harti a cromozomilor, pe care sa fie localizate genele,
prin identificarea unui marcator genetic la fiecare doua milioane de baze
(in medie). Marcatorul este orice sectiune scurta a unui ADN care poate fi
recunoscuta printr-o sectiune asociata a carei secventa este cunoscuta. Din
cauza modului in care sunt legate cele doua spirale ale ADN-ului,fiecare
segment are un singur complement. Daca acel complement este dat, segmentul
poate fi recunoscut.Exista deja banci de gene care detin complementele unor
secvente cunoscute de ADN.
Primii doi ani au fost consacrati gasirii acestor
marcatori-index. Cercetarile au avut utilitate imediata, ducand la crearea
unei harti mai detaliate si usurand munca de cauta-re a unei anumite gene.
Acest prim succes a determinat cresterea numarului
de participanti la HGP implicandu-se europenii( centrul Sanger din Marea
Britanie, laboratoare din Franta si Germania) si Japonia.
O data cu atingerea acestui scop intermediar (o
''ciorna'' a proiectului) s-a stabilit o noua directie de
cercetare:identificarea variatiilor individuale ale genomului uman. Chiar
daca 99,5%din secventele de ADN sunt identice la toata populatia, micile
variatii pot avea un impact major asupra raspunsului la diferitele
boli,rezistenta la bacterii, virusi, toxine si substante chimice, precum si
la tratamentele medicamentoase.
Se dezvolta metode pentru a detecta diferitele
tipuri de variatii, in special cele de tip SNP (single nucleotide
polymorphism) care apar cu o frecventa de 1/250 de baze. Cercetatorii spera
ca aceste studii sa ajute la identificarea corelata a genelor asociate cu
boli complexe ca diabetul, cancerul, afectiunile vasculare si unele boli
mintale. Aceste corelari sunt greu de stabilit cu metode traditionale de
''vanare'' a genelor deoarece o singura gena alterata isi poate aduce doar
o mica contributie la riscul de boala.
Primul plan cincinal (1990-1995) a fost revizuit
in 1993 datorita progreselor neasteptate. Un al doilea plan a stabilit
obiectivele proiectului pana in 1998. Al treilea si cel mai recent a fost
stabilit la 23 octombrie 1998 in urma unei conferinte internationale.
Complexitatea extraordinara a proiectului face
necesara participarea cercetatorilor din domenii variate: biologie,
informatica, chimie, matematica, fizica, inginerie aplicata,etc.
Una din noile metode de cercetare o constituie
studiul comparat al genotipurilor.
Functiile genelor umane si a altor zone ale
ADN-ului sunt deseori puse in evidenta prin studiul comparat al secventelor
corespunzatoare la alte specii. Pentru asemenea comparatii, cercetatorii au
obtinut secvente complete pentru speciile Escherichia coli, Saccharomyces
cerevisiae si Caenorhabditis elegans. Sunt spre finalizare genotipurile
Drosophilei si a soarecelui de laborator.
Toate acestea constituie pasi importanti in
biologie,savantii comparand genotipuri complete, ceea ce va duce la noi
puncte de vedere asupra evolutiei biochimice, a metabolismului si a
fiziologiei.
Deasemenea,cercetarile vor duce la noi metode de
analiza a proteinelor si explicarea mecanismului mutatiilor.
In prezent 18 tari participa activ la proiect.
Recentn si China s-a alaturat acestui efort international. Munca a fost
impartita astfel incat fiecare grup de cercetare are de studiat cate un
cromozom sau set de cromozomi. S-au incheiat acorduri pentru utilizarea
unui limbaj si a unor instrumente comune pentru a usura schimbul de
informatii atat de necesar.
Finalizarea cercetarilor,estimata acum pentru 2003
va coincide cu a 50-a aniversare
a descoperirii structurii ADN-ului de catre Watson
si Crick.
Se prevede ca pana in 2009 tranzactiile avand ca
obiect produse si tehnologii pe baza de ADN vor ajunge la 45 de miliarde $
anual.De aici si atentia sporita acordata studiilor in domeniu.
Aplicatii prezente si potentiale ale cercetarilor
HGP
Medicina moleculara
--diagnostic imbunatatit
--detectarea din timp a predispozitiei
spre o anumita boala
--terapie genica avansata
--control mai eficient al
actiunii medicamentelor
Tehnologiile promovate de HGP incep sa aiba un
impact profund asupra cercetarii biomedicale si promit sa revolutioneze un
spectru larg al cercetarii biologice si medicinii clinice. Hartile
cromozomiale de mai mare acuratete au ajutat la localizarea genelor
implicate in numeroase boli genetice (distrofia myotonica, Alzheimer, unele
cancere genetice,etc.)
Noua medicina moleculara se va caracteriza nu atat
prin tratarea simptomelor cat prin cautarea cauzelor fundamentale ale
bolii. Noi medicamente si inlocuirea genelor defecte prin terapie genica
vor deschide alte perspective in tratamentul unor boli azi incurabile.
Microbiologie
In 1994 a aparut MGP (Microbial Genome Project)
care are ca scop identificarea sistemelor microbiologice cu potential util
(sisteme fotosintetizatoare, organisme care pot metaboliza deseuri, enzime
care pot mari randamentul unor procese industriale, biocombustibili,
etc.).Aplicatiile actuale sunt dintre cele mai diverse:agenti coagulanti in
industria branzeturilor, inalbirea hartiei, indepartarea rujului de pe
pahare, schimbarea aspectului tesaturilor, antiaglutinogeni in industria
alimentara...
Deasemenea se va ajunge la o intelegere
aprofundata a interactiunilor biologice, a evolutionismului si la
determinarea punctelor critice din ecosisteme.
Bioarheologie, Antropologie, Evolutionism,
--corelare cu diferitele
evenimente istorice
--urmarirea migratiilor
umane pe baza studierii cromozomului Y
--noi date despre relatiile
intre archaebacterii-eucariote-procariote
Medicina legala
--identificarea suspectilor
pe baza probelor biologice
--identificarea victimelor
catastrofelor/crimelor
--stabilirea paternitatii si
a altor relatii de rudenie
Diferite identificari
--gasirea speciilor in
pericol pe baza analizei genetice
--identificarea
bacteriilor/organismelor care pot polua apa, aerul, solul, hrana.
--compatibilitatea
donor-primitor de organe
--pedigree pentru diferite
animale
--autentificarea vinurilor,
a caviarului…
Agricultura, cresterea animalelor, bioprocesare
--obtinerea de culturi mai
rezistente la boli, insecte, seceta
--animale mai productive si
mai sanatoase
--biopesticide
--obtinerea de produse mai
nutritive
--incorporarea unor
vaccinuri in mancare
--organisme transgenice si
mutatii controlate
--depoluarea zonelor prin
cultivarea plantelor modificate genetic si care au capacitatea de a
metaboliza toxinele.
|