Dwadzieścia lat temu globalny zespół naukowców wykonał zadanie, które kiedyś uważano za niemożliwe: zsekwencjonowali ludzki genom, tworząc mapę instrukcji genetycznych schowanych w każdej komórce i zasadniczo zmieniając dziedziny biologii i medycyny.

Takie przedsięwzięcie, którego ukończenie zajęło 13 lat i kosztowało prawie 3 miliardy dolarów, wymagało wspólnego wysiłku 20 uniwersytetów i instytutów badawczych od Chin po Niemcy i University of Texas Southwestern Medical Center w Dallas.

Zapytaj dowolnego naukowca z niedawno utworzonego UT Southwestern Center for Regulatory Element Variation and Function o jego wspomnienia z zakończenia Projektów Genomu Ludzkiego, a podzielą się inspirującymi historiami i zastanawiają się, czy byli wystarczająco dorośli, aby to w ogóle pamiętać. W ciągu dwóch dekad mapa ludzkiego genomu i technologie wymagane do jej stworzenia zrewolucjonizowały obszar medycyny spersonalizowanej.

Gary Hon oglądał wiadomości o czymś, co nazwał „biologicznym lądowaniem na Księżycu” 14 kwietnia 2003 r., jako student studiów licencjackich na Uniwersytecie Kalifornijskim w Berkeley. Wiedział, że był świadkiem przełomowego momentu w historii nauki, ale nie mógł sobie wyobrazić, jak bardzo to osiągnięcie wpłynie na przebieg jego własnej kariery.

„Pomyślałem:„ Chcę się w to zaangażować, ale szkoda, że ​​to już zrobione ”. Nie wiedziałem, że sekwencjonowanie genomu to dopiero pierwszy krok” – powiedział Hon, obecnie profesor nadzwyczajny w Cecil H. and Ida Green Center for Reproductive Biology Sciences w UT Southwestern.

Praca nieżyjącego już dr Glena Evansa, który kierował kawałkiem układanki ludzkiego genomu w UT Southwestern tylko przez kilka lat, odegrała przynajmniej niewielką rolę w zgromadzeniu tych naukowców 20 lat później, aby kontynuować dziedzictwo międzynarodowego projektu.

Teraz, jako część innego ogólnoświatowego konsorcjum laboratoriów genomicznych, naukowcy z UT Southwestern wykorzystują plany genomiczne projektu do zbadania znaczenia i znaczenia różnic w ludzkich kodach genetycznych. Stoją u progu spersonalizowanych zabiegów zdrowotnych, które mają szansę stać się normą we współczesnej medycynie.

Projekt genomu ludzkiego w północnym Teksasie

Kontakt UT Southwestern z Human Genome Project był krótki, ale znaczący.

Centrum medyczne sprowadziło Evansa do północnego Teksasu na kilka lat w połowie lat 90. w ramach międzynarodowego projektu sekwencjonowania pełnego ludzkiego genomu. On i jego laboratorium, przeszczepieni z Salk Institute for Biological Studies w Kalifornii, pracowali nad mapowaniem chromosomu 11, jednej z 23 par ciasno zwiniętego DNA znajdującego się w każdej komórce ludzkiej.

„W środowisku akademickim byliśmy przyzwyczajeni do małych laboratoriów i ludzi, którzy naprawdę chcieli podążać za swoją ciekawością” – powiedział dr Andrew Zinn, dziekan UT Southwestern Graduate School of Biomedical Sciences. „To, co było potrzebne tutaj, aby zająć się projektem genomu, było wielką nauką. Były to roboty i automatyzacja oraz nauka typu fabrycznego, w której wszystko działało 24 godziny na dobę, 7 dni w tygodniu”.

Projekt Human Genome Project scentralizował inwestycje w duże laboratoria typu fabrycznego, aby eksperymenty mogły być przeprowadzane w szybszym tempie. UT Southwestern stracił swój udział w projekcie, powiedział Zinn, który pracował wówczas w McDermott Center for Human Growth and Development. Evans wyjechał z Dallas do Kalifornii.

Naukowcy z UT Southwestern podjęli decyzję bez wahania i doszli do wniosku, że mogą wykorzystać pracę wykonaną w ramach projektu Human Genome Project. Przyniósł ze sobą technologię, badaczy o różnym doświadczeniu w zakresie dużych zbiorów danych i inżynierii oraz potoki do analizy informacji uzyskanych przez sekwencjonowanie DNA.

„Myślę, że Southwestern skorzystał, a my zidentyfikowaliśmy kilka genów, które są zaangażowane w choroby ludzi” – powiedział Zinn. „To było naprawdę dzięki zastosowaniu narzędzi Human Genome Project”.

Naukowcy mogli również uzyskać dostęp do danych z innych uniwersytetów, ponieważ zostały one opublikowane online za darmo w miarę sekwencjonowania nowych części genomu.

Zinn nie odczuł takiego samego szoku 14 kwietnia 2003 r., kiedy Human Genome Project ogłosił zakończenie, głównie dlatego, że on i jego koledzy byli tak blisko jego epicentrum. Sekwencja nie była nawet kompletna — dane opublikowane w tym roku obejmowały tylko 92% genomu.

Dr Eric Green, obecnie dyrektor Narodowego Instytutu Badań nad Genomem Człowieka, powiedział, że decyzja o zakończeniu projektu w 2003 r. sprowadzała się do faktu, że naukowcy ukończyli wszystko, co mogli, korzystając z technologii, która istniała w tamtym czasie. Sekwencjonowanie tych ostatnich 8% może zająć kolejne dwa lata lub kolejne 20.

Ostateczna, kompletna sekwencja ludzkiego genomu została opublikowana w kwietniu ubiegłego roku.

Mimo to Zinn pochwalił deklarację złożoną przez Narodowy Instytut Badań nad Genomem Człowieka.

„To było wielkie święto nauki, że ludzkość była w stanie zebrać międzynarodowy wysiłek i zrobić coś takiego” – powiedział Zinn. „Byłem zachwycony, że znalazłem się w dziedzinie genetyki człowieka. I znowu, naprawdę widziałem przede wszystkim potencjał tego, czego moglibyśmy się nauczyć w przyszłości”.

Przyszłość medycyny genomowej

Podczas gdy projekt genomu ludzkiego został technicznie wstrzymany, Narodowy Instytut Badań nad Genomem Człowieka pod wieloma względami dopiero się rozkręcał.

Instytut, będący częścią Narodowych Instytutów Zdrowia, rozszerzył swoje cele. Priorytetem byłoby opracowanie nowych technologii umożliwiających kompletne sekwencjonowanie ludzkiego DNA, szybko i za jak najmniejsze pieniądze. Sekwencjonowanie pierwszego ludzkiego genomu zajęło 13 lat i prawie 3 miliardy dolarów – teraz genomy można zsekwencjonować za kilkaset dolarów.

Następnie rozszyfrowano, co oznacza plan ludzkiego genomu. W jaki sposób genomy ludzi różniły się od siebie? I co te różnice oznaczały dla ich zdrowia?

„Posiadanie sekwencji jest w porządku, ale jeśli nie możesz jej przeczytać i zrozumieć, co to znaczy, trudno jest naprawdę zrobić z nią cokolwiek pożytecznego” – powiedział Lee Kraus, profesor i dyrektor Green Center for Reproductive Biology Sciences w UT południowo-zachodni.

Kraus, Hon i dr Nikhil Munshi kierują badaniami na UT Southwestern dzięki grantowi w wysokości 8,8 miliona dolarów na udział w konsorcjum Impact of Genomic Variation on Function Consortium, jednej z kolejnych generacji badań nad wewnętrznym funkcjonowaniem ludzkiego genomu. Narodowy Instytut Badań nad Genomem Człowieka utworzył konsorcjum w 2021 r., aby określić wpływ, jaki zmiany w sekwencjach genomowych ludzi mają na ich zdrowie i samopoczucie.

Odkrycia dokonane w laboratoriach UT Southwestern i na całym świecie pomagają lekarzom dostosować testy i leczenie do pacjentów. Na przykład osoby z pewnymi markerami genetycznymi mogą lepiej przyjmować jeden rodzaj leczenia raka niż inny. Inni mogą reagować na jeden lek przeciwdepresyjny zamiast na inny, w zależności od ich kodu genetycznego.

Sekwencjonowanie ludzkiego genomu jest obecnie procesem tak powszechnym, że często uważa się go za coś oczywistego. Green powiedział, że ukończenie pierwszej prawie kompletnej sekwencji jest nadal warte świętowania, głównie w celu podniesienia świadomości.

„Spodziewam się, że w ciągu najbliższych pięciu do dziesięciu lat wykonanie testu genomowego będzie tak samo rutynowe, jak badanie morfologii krwi. I chcę się upewnić, że możemy uzyskać jak najwyższą wiedzę na temat genomiki wśród ogółu społeczeństwa” – powiedział Green.