10年前、国際的な研究チームは、すべてのヒト細胞で見つかった30億文字の遺伝情報を読むという野心的な取り組みを完了しました。 このプログラムは、ヒトゲノムプロジェクトとして知られ、人間の命の青写真を提供しました。これは、月面に人間を着陸させることに匹敵する成果です。
エリック・D・グリーン博士は最初から関わり、プロジェクトで使用されている主要な技術のいくつかを改良しました。 当時、彼はポスドク研究員であり、セントルイスのワシントン大学の病理学の居住者でした。 彼は、7番染色体のDNAのマッピングに焦点を当てて、ゲノムの5％を切り分けました。現在、グリーンは、ゲノム研究を通じてヒトゲノムの理解を促進する国立ヒトゲノム研究所の所長です。
ヒトゲノムプロジェクトのアイデアが最初に考案された1980年代半ばから後半に戻りましょう。 当時の動機は何でしたか？
誰に尋ねるかによります。 人によって動機は異なります。 70年代から80年代初期は分子生物学革命の時代であったことに留意してください。 実験室でDNAを分離し、研究することを可能にする方法の重要な進歩がありました。
たとえば、米国では、エネルギー省は、突然変異や核エネルギーなどのエネルギーに関連する突然変異プロセスに関心があるため、ゲノムを研究するという概念に非常に興味を持ちました。
国立衛生研究所のような場所に行ったり、生物医学研究者や健康関連の研究者を見たりすると、彼らは病気の遺伝的基盤を解明できることに非常に興味がありました。 考えられていた多くの遺伝病の中に、もちろん、がんがありました。
ハエやワームや酵母のようなモデル生物に取り組んでいる人も含め、生物医学研究の範囲内の他の多くの人々は、ハエやワームや酵母から始めて、複雑なゲノムを包括的に見る方法を見つけ出すことができるなら、人間に至るまで、ゲノムがどのように機能するかを理解するための基本的な情報を提供します。
漸進的ではあるが重要な技術的進歩を背景に、人間のゲノムの配列を決定し、30億文字の順序を決定する問題が実行可能であるように思わせる多くの異なるアイデアの合体がありました。
ゲノムプロジェクトの資料はどこから来たのですか？ 誰のゲノムでしたか？
ゲノムプロジェクトが始まったとき、それはまだかなり断片的でした。 さまざまな人々が、ライブラリと呼ばれるさまざまなコレクションやDNAフラグメントを作成していました。これらは、クローン化されたDNAの断片です。 彼らは誰からでもそれをするでしょう：時にはそれは研究室長であり、時にはそれはポスドクフェローまたは大学院生でしょう。 彼らは、その意味がまったくないときに、当時のDNAを取得するだけでした。
しかし、その後、ヒトゲノムプロジェクトによってヒトゲノムの配列決定に使用されるライブラリを作成するときが来たとき、それらのライブラリを作成するのに最適な人物は、ロズウェルパークがん研究所で働いていた科学者でしたニューヨークのバッファローにあります。 [チーム]約10人または20人の匿名の献血者からインフォームドコンセントを得た後、そのうちの1人を無作為に選び、それが本人でした。 ヒトゲノムプロジェクトによって生成されたヒトゲノム配列の約60パーセントは、ニューヨーク州バッファローの献血者からのものでした。
しかし、あなたは何を知っている、それは問題ではありません。 Human Genome Projectによって生成されたヒトゲノムシーケンスに目を通すと、モザイクのようになります。 あなたは10万通の手紙に行くかもしれません、そしてそれはバッファローからのその人かもしれません。 あなたは次の10万人に行くことになるかもしれないし、他の誰かになるでしょう。 そして次の10万人。 役立ったものはすべて参照でした。 そして、すべての人間はシーケンスレベルで99.9パーセント同一であるため、その最初のシーケンスは実在の人物である必要はありません。 それは単に人の仮想的な参照になります。
そのすべての情報の中で、なぜあなたは7番染色体に焦点を当てることを選んだのですか[ヒトゲノムには23の染色体があります]？
それはいくぶんarbitrary意的でした。 大きすぎない染色体を選びたかったのです。 小さすぎるものを選びたくありませんでした。 多くの作業が行われることはわかっていたので、中規模の染色体を選びました。
すでに多くの人が取り組んでいるものを選びたくありませんでした。 その時点で、7番染色体上の最も有名な遺伝子は嚢胞性線維症遺伝子であり、それは1989年に発見されました。
真実は、それが大きすぎず、小さすぎず、あまり混雑していないために選んだことです。 それは開始するarbitrary意的な方法でした。 ゲノムプロジェクトが終了する頃には、ほとんどの研究がゲノム全体で行われていました。
プロジェクトの存続期間中、仕事はどのように変わりましたか？
ゲノミクスの全体像は、技術開発の1つです。 巨大な進歩がどこで行われたかをトレースすると、それらのすべてが技術の急増に関連していた。 ゲノムプロジェクトの初期段階で、大きなDNA片を分離するより良い方法があるという急増がありました。
ショウジョウバエのように小さな生物のゲノムをシーケンシングしていたとき、シーケンシングを行うプロセスを基本的に工業化し、ますます自動化しました。
ゲノムプロジェクトが開始されたとき、アイデアは「ハエ、ワーム、酵母、これらすべての小さな生物のゲノムを、その日の方法を使用して配列決定しよう」というものでした。革新的な新しい配列決定法が利用可能になるまで、加速器を押してヒトゲノムの配列決定を開始しません。 そのため、DNAをシーケンスする新しいクレイジーな方法を開発するための多くの努力がありました。
1997年または1998年頃に、実際にヒトゲノムのシーケンスを開始することを考えるときが来たとき、誰もが言いました。「革新的な方法を待つ必要はないかもしれません。十分に使用できます」と、実際にそれが決定されました。
とはいえ、ゲノムプロジェクト以来、ゲノミクスの顔を変えたのは、2005年頃までについに登場した革新的な新しいシーケンシングテクノロジーです。
これらの改善により、コストとシーケンス処理にかかる時間はどのように変わりましたか？
Human Genome Projectは6〜8年のアクティブシーケンスを行い、アクティブシーケンスに関しては、最初のヒトゲノムシーケンスの作成に約10億ドルを費やしました。 ゲノムプロジェクトが終了した日に、シーケンスグループに「2番目のヒトゲノムを仮に配列しようとするなら、仮説的にはどれくらいの時間がかかり、費用はいくらですか？」と尋ねました。計算、彼らは言った、「わあ、あなたが私たちにさらに1000万から5000万ドルを与えたなら、私たちはおそらく3から4ヶ月でそれを行うことができます。」
しかし、今、私たちが現在いる場所に行けば、約1日か2日でヒトゲノムをシーケンスできます。 今年の終わりまでに、それは約1日になるでしょう。 そして、それだけで約3, 000ドルから5, 000ドルかかります。
最初のゲノムとそれに続くゲノムからの主要な発見は何でしたか？
毎日やってくる新しい発見があります。 私たちの前にヒトゲノム配列を持っている最初の10年で、私たちは日々、ヒトゲノムがどのように機能するかについてのより多くの情報を蓄積していると思います。 しかし、10年経っても、そのシーケンスを解釈する初期段階にあることを認識すべきです。 これから数十年、私たちはそれをまだ解釈し、再解釈しています。
たとえば、私たちが学んだ最も初期のことのいくつか：私たちは、一部の人々が予測したよりもはるかに少ない遺伝子を持っています。 ゲノムが始まったとき、多くの人々は、人間にはおそらく100, 000個の遺伝子があり、他の生物、特に単純な生物よりもかなり多くの遺伝子を持っていると予測していました。 それは真実ではないことが判明しました。 私たちははるかに低い遺伝子数であることがわかります。 実際、おそらく20, 000個の遺伝子のようです。 そして、それはハエやワームよりもわずか数千多いだけです。 したがって、私たちの複雑さは遺伝子数ではありません。 私たちの複雑さは他の場所にあります。
もう1つの驚きは、他の哺乳類、特にマウスゲノム、ラットゲノム、イヌゲノムなどのシーケンスを開始し、50、60、70のゲノムをシーケンスしたことです。 これらのゲノム配列をコンピューターに並べ、保存されている配列の位置、つまり数千万年の進化の時間にわたって、配列がまったく変わらない場所を確認します。 高度に保存された高度に保存された配列は、ほぼ確実に機能的な配列を示しています。 これらは人生が変えたくないものであり、生物学に必要ないくつかの重要な基本的機能を果たしているので、それらは同じままです。 ゲノムプロジェクトに入ると、機能的に重要な最も保存された領域の大部分は、タンパク質を直接コードするゲノムの一部である遺伝子にあると考えました。 最も保存性が高く、必然的に機能する配列の大部分はタンパク質コード領域にないことが判明しました。 それらは遺伝子の外側にあります。
それで彼らは何をしているのですか？ それらのすべてを知っているわけではありません。 しかし、それらの多くは基本的に、スイッチのようなスイッチであり、遺伝子がどこで、いつ、どれだけオンになるかを決定する回路スイッチです。 それは、ハエやワームのような下等生物よりも人間の方がはるかに複雑です。 したがって、私たちの生物学的複雑さは、遺伝子数にはそれほど関係していません。 調光スイッチのような複雑なスイッチ内にあり、遺伝子がオンになる場所、タイミング、および量を調整します。
把握するために残したものは何ですか？
ゲノムがどのように機能するかを考えるとき、それは私たち全員にとって一般的にどのように機能するかを考えています。 しかし、ゲノミクスのもう1つの大きな重点は、特に過去10年間で、ゲノムの違いを理解することです。 そこで、互いに比較されるゲノムの0.1％を強調し、それらの違いがどのように異なる生物学的プロセスにつながるかを強調することができます。 そこで、変化を理解することは非常に非常に重要であり、その変化をさまざまな結果と相関させます。
驚くべき、まさに本当に驚くべき進歩がありました。 私たちは現在、約5, 000のまれな遺伝病のゲノム基盤を知っています。 ゲノムプロジェクトが始まったとき、私たちが突然変異がその病気を引き起こしていることを理解した数十の病気しかありませんでした。 それは大きな違いです。 現在、高血圧や糖尿病や喘息、心血管疾患などのより複雑な遺伝病のリスクをもたらしている変異体を含むヒトゲノムの多くの、何百、何百もの領域を知っています。 。
私たちは、それらの変異体のゲノムをどこで見るかという知識が完全に不足していたことから、今では非常に離散的な領域を見ることができるようになりました。そしてそれらについてどうするか。
