Vznik a vývoj HGP

Projekt ľudského genómu (Human Genome Project/HGP) bol uskutočnený v rokoch 1990–2003 a bol jedným z najambicióznejších a najvýznamnejších vedeckých snáh v histórii ľudstva. Human Genome Project predstavoval medzinárodný výskumný projekt, ktorého primárnym poslaním bolo dešifrovať chemickú sekvenciu kompletného ľudského genetického materiálu (tj celého genómu), identifikovať všetky gény (predpokladaný počet génov v tom čase bol 50 000-100 000) obsiahnutých v genóme a poskytnúť výskumné nástroje na analýzu tejto genetickej informácie. Tento ambiciózny projekt bol založený na skutočnosti, že izolácia a analýza genetického materiálu obsiahnutého v DNA môže poskytnúť vedcom nové účinné prístupy k pochopeniu vývoja chorôb a k vytvoreniu nových stratégií ich prevencie a liečby.

Organizácia projektu ľudského genómu: mapovanie zainteresovaných strán (Zdroj: G. Huang, F.E. Murray, Research Policy 39, 2010, 567–582)

Projekt ľudského genómu (HGP) (alebo presnejšie Projekty ľudského genómu) bol financovaný Ministerstvom energetiky Spojených štátov amerických (DOE) a Národným inštitútom zdravia (NIH), ako aj Wellcome Trust v Spojenom kráľovstve. Aj keď sa to zvyčajne považuje za jeden monolitický vedecký projekt, v skutočnosti sa toto obrovské úsilie o sekvenovanie celého ľudského genómu uskutočnilo v siedmich verejných výskumných centrách, z ktorých každé malo odlišné organizačné usporiadanie. Navyše, približne osem rokov po iniciácii verejných projektov, start-up Celera Genomics začal samostatnú, súkromne financovanú snahu o dokončenie celej sekvencie genómu, s použitím alternatívneho technického prístupu realizovaného s úplne odlišným organizačným modelom.

Využi pri ďalšom štúdiu tejto témy e-learningový kurz.

Ako prebiehal projekt HGP?

Projekt ľudského genómu bol veľkým, dobre organizovaným a vysoko spolupracujúcim medzinárodným úsilím, ktoré umožnilo objasniť sekvenciu ľudského genómu a niekoľkých ďalších modelových organizmov (E.coli, kvasinky, háďatko, myš, drozofila). Pretože projekt ľudského genómu bol zameraný na sekvenovanie celej DNA (t.j. genómu), vynaložilo sa značné úsilie na zlepšenie metód sekvenovania DNA. Nakoniec sa v projekte použila jedna konkrétna metóda na sekvenovanie DNA, nazývaná Sangerovo DNA sekvenovanie. Čiastočne i kvôli zámernému zameraniu sa na vývoj technológií, projekt ľudského genómu nakoniec prekročil svoj pôvodný cieľ, a to do roku 2003, teda dva roky pred jeho pôvodne plánovaným dokončením v roku 2005. Mnohé z úspechov projektu boli nad rámec toho, čo vedci považovali za možné v roku 1988. Sekvencia ľudského genómu vygenerovaná projektom Human Genome Project nepochádzala od jednej osôb, ale od viacerých ľudí, ktorých identita bola zámerne anonymná. Väčšina sekvencie ľudského genómu vygenerovaná projektom Human Genome Project pochádza od darcov krvi v Buffale, New York; konkrétne 93 % od 11 darcov a 70 % od jedného darcu. Počas projektu sa neustále zlepšovali metódy sekvenovania DNA. Boli však obmedzené vo svojich schopnostiach určiť sekvenciu niektorých úsekov ľudskej DNA (napr. obzvlášť komplexnej alebo vysoko repetitívnej DNA). V júni 2000 International Human Genome Sequencing Consortium oznámilo, že vytvorilo návrh sekvencie ľudského genómu, ktorý predstavoval 90 % ľudského genómu. Návrh sekvencie obsahoval viac ako 150 000 oblastí, kde bola sekvencia DNA neznáma, pretože ju nebolo možné presne určiť (známe ako medzery). V apríli 2003 konzorcium oznámilo, že vytvorilo v podstate kompletnú sekvenciu ľudského genómu, ktorá bola oproti návrhu sekvencie výrazne vylepšená. Konkrétne predstavovala 92 % ľudského genómu a menej ako 400 „medzier“. 31. marca 2022 konzorcium Telomere-to-Telomere (T2T) oznámilo, že zaplnilo zostávajúce medzery a vytvorilo prvú skutočne kompletnú sekvenciu ľudského genómu.

Inzercia v novinách Buffalo, New York z roku 1997, ktorá verbuje dobrovoľníkov, aby poskytli vzorky krvi a DNA pre projekt Human Genome Project. (Zdroj: NHGRI History of Genomics Program Archive)

Hlavné ciele projektu:

1. Vytvorenie fyzickej mapy ľudského genómu.
2. Sekvenovať celý genóm s približne 3 miliardami párov báz.
3. Sprístupniť informácie všetkým výskumníkom a tým vyvinúť výpočtový systém na ukladanie, prenos, spracovanie a získavanie údajov na celom svete.
4. Identifikovať všetky gény podieľajúce sa na vznik ochorení.
5. Pochopiť funkciu génov
6. Zmapovať a označiť gény na chromozómoch.
7. Vyvinúť nástroje na spracovanie a analýzu údajov.

Časová os projektu Human Genome Project (HGP) obsahuje hlavné míľniky v genomike od roku 1865 do roku 2003.

Vplyv projektu ľudského genómu na biológiu, technológiu a medicínu

1. Sekvencia ľudského genómu iniciovala komplexný objav a katalogizáciu zoznamu väčšiny ľudských génov a odvodením väčšiny ľudských proteínov spolu s ďalšími dôležitými prvkami, akými sú nekódujúce regulačné RNA.
2. HGP tiež viedol k vzniku proteomiky, disciplíny zameranej na identifikáciu a kvantifikáciu proteínov prítomných v diskrétnych biologických kompartmentoch, ako je bunková organela, orgán alebo krv.
3. Zmeny v chápaní evolúcie. Od dokončenia HGP bolo osekvenovaných množstvo genómových sekvencií rôznych druhov organizmov. Tieto genómy poskytujú pohľad na to, akým spôsobom sú rôznorodé organizmy od mikróbov po človeka spojené na genealogickom strome života. Vysokou prioritou pre sekvenovanie celého genómu sa stali ostatné druhy primátov, hlavne z dôvodu ich využitia v biomedicínskom výskume.
4. HGP viedol k rozvoju sofistikovaných výpočtových a matematických prístupov k údajom a spojil počítačových vedcov, matematikov, inžinierov a teoretických fyzikov s biológmi, čím podporil viac interdisciplinárnu kultúru
5. HGP prospel biológii a medicíne hlavne vytvorením sekvencie ľudského genómu; ako i sekvenovaním modelových organizmov; vývojom vysokovýkonných sekvenčných technológií; a skúmaním etických a sociálnych otázok, ktoré takéto technológie implicitne obsahujú.
6. Po HGP existujú ďalšie cenné projekty generujúce biologické zdroje a analýzy biologickej komplexnosti, ktoré si vyžadujú veľký vedecký prístup, vrátane projektu HapMap na katalogizáciu ľudských genetických variácií, projektu ENCODE, projektu Human Proteome Project, The Cancer Genome Atlas - uskutočňujúce rozsiahly zber a analýzu genómových údajov pre mnohé typy rakoviny (sekvenovanie normálneho aj rakovinového genómu pre každého jednotlivého pacienta) so záväzkom sprístupniť svoje zdroje výskumnej komunite.
7. Úspech projektu „Human Genome“ dal impulz molekulárnej medicíne, ktorá predstavuje nové odvetvie medicíny zamerané na panel genetických markerov. Genetické markery predstavujú bodové nukleotidové polymorfizmy, ktoré sú individuálne pre každého človeka a odrážajú jeho osobné vlastnosti. Aj keď rastúce množstvo dostupných údajov o jednonukleotidových polymorfizmoch (SNP) a iných typoch genetických mutácií významne prispieva k odhaleniu štrukturálnej variability genómu, funkčný význam týchto farmakogenetických variácií zostáva nejasný.

Využi pri ďalšom štúdiu tejto témy, kde sa môžeš oboznámiť i s témou akým spôsobom je organizovaný ľudský genóm e-learningový kurz.