Drosophila sekveneerimine on geeniuuringute verstapost

Drosophila sekveneerimine on geeniuuringute verstapost
Drosophila sekveneerimine on geeniuuringute verstapost
Anonim

BERKELEY, CA – 90 aastat kestnud uurimistööga on deminutiiv äädikakärbes Drosophila melanogaster andnud palju kõige põhjapanevamaid avastusi geneetikas – alustades 1916. aastal tõendiga, et geenid asuvad kromosoomides. Kuid alles viimase aasta jooksul on kärbse kogu genoom sekveneeritud ja tema 13 601 individuaalset geeni loetleti.

D. melanogasteri genoomi, mis on suurim, seni täielikult järjestatud, on kirjeldatud ajakirja Science 24. märtsi 2000. aasta numbris artiklite sarjas, mille autoriteks on sajad teadlased, tehnikud ja üliõpilased 20 avalikkusest. ja eraasutused viies riigis.

Koostööd juhtisid Gerald Rubin California ülikoolist Berkeleys ja Howard Hughesi meditsiiniinstituudist (HHMI), kes juhib Berkeley Drosophila genoomiprojekti ning J. Craig Venter Celera Genomicsist Rockville'is, Marylandis.. Berkeley Drosophila genoomiprojekti (BDGP) toetavad energeetikaosakond, riiklik inimgenoomi uurimisinstituut ja HHMI, kusjuures suurimaid rajatisi haldab energeetikaministeeriumi Lawrence Berkeley riikliku labori bioteaduste osakond.

Aastal 1998, kui koostöö Celeraga algas, koostati ulatuslikud, kuid mittetäielikud kaardid spetsiifiliste DNA järjestuste asukoha kohta kärbsekromosoomides ja umbes 20 protsenti kärbse genoomist oli juba üksikasjalikult sekveneeritud – enamasti BDGP grupp Berkeley Labis, kus koos Rubiniga on järjestuse kaasdirektor Susan Celniker.

Koostöö eesmärk oli testida, kas strateegiat, mida tuntakse kui kogu genoomi haavliga järjestamist, saab kasutada organismide puhul, millel on palju tuhandeid geene, mis on kodeeritud miljonites DNA aluspaarides; strateegia on osutunud tõhusaks väikeste bakterite genoomide puhul.

"Keegi ei teadnud, kas kogu genoomi haavlipüssi järjestus töötab kärbse genoomi jaoks," ütleb BDGP füüsilise kaardistamise projekti juht Roger Hoskins, "kuid me teadsime, et kui see toimiks, oleks see kiirem ja parem. tõhusamad kui traditsioonilised meetodid."

D. melanogasteri genoomis on umbes 250 miljonit alust, mis on paigutatud viiele kromosoomile; 80 protsenti genoomist asub suurtes kromosoomides, mis on märgistatud 2 ja 3. Hoskins ja tema kolleegid otsustasid koostada 2. ja 3. kromosoomi selle osa füüsilise kaardi, mis ekspresseerib geene (umbes 45 protsenti kromosoomimaterjalist on tugev alt kondenseerunud ja ei kodeeri geene).

Kuigi füüsilised kaardid ei ole järjestused – järjestus identifitseerib iga aluse paari antud DNA lõigul –, näitab hea kaart ainulaadsete lühikeste järjestuste asukoha, mida saab kasutada õige kaugjärjestuse määramiseks. pikemate DNA järjestuste ja seega kõigi nende esindatavate geenide koopiad.

Berkeley Lab BDGP rühmas kasutatavad 17 000 klooni on tegelikud DNA lõigud, mis on replitseeritud Escherichia coli bakterites ja tuntud kui "bakteriaalsed kunstlikud kromosoomid" (BAC). Iga BAC esindab täpselt genoomi diskreetset osa ja kaart tähistab iga BAC vähem alt ühe kordumatu "järjestusega märgistatud saidiga" (STS) – ideaalis kahe või enama sellise saidiga.

Kasutades iga järjestusega märgistatud saidi jaoks kohandatud sonde, võib juhuslikus kloonide kogus STS-i leida kõikjal, kus see esineb; BDGP lõpliku kaardi koostamiseks kasutati 1 923 neist markeritest, mis paiknesid ligikaudu iga 50 000 baasi järel. Sobitades need kohad kattuvate kloonide vahel, saab erineva pikkusega kloonide komplekte üksteisega rivistada ja lõpuks iga kromosoomi kogu pikkuses "plaadistada". Tulemust nimetatakse STS-i sisukaardiks.

Kui nende 2. ja 3. kromosoomide kaart oli valmis – koos teiste toodetud palju lühemate kromosoomide 4 ja X kaartidega – koostasid BDGP teadlased genoomist madala katvusega (vähem kui kahe klooni sügavusel), mis toimis kontrollina Celera kogu genoomi hõlmava püssijärjestuse vastu ja mida kasutatakse mõne selle 1600 lünga sulgemiseks.

Mitme autoriga teadustöös, milles võetakse kokku genoomijärjestuse tulemused, kirjeldatakse BDGP meetodite ja tulemuste olulisust: "BAC-i lõppjärjestused ja STS-i sisukaart pakkusid kõige informatiivsemat pikamaa järjestuspõhist teavet madalaim kulu." BAC-i lõppjärjestuste arvu suurendamine on autorite peamine soovitus tulevaste genoomi järjestamise projektide jaoks.

D. Melanogasteri tähtsus on aga palju suurem kui hiire ja inimese genoomi proovitööna. 289 haigustega seotud inimese geenist koosnevas komplektis on 177 väga sarnased äädikakärbse geenidega, sealhulgas geenidega, mis mängivad rolli vähkkasvajate, neeru-, vere- ja neuroloogiliste haiguste ning metaboolsete ja immuunsüsteemi häirete korral. "Välkikärbeste ja inimeste biokeemia on märkimisväärselt sarnane," ütleb Hoskins, "nii et äädikakärbsed võivad anda vihjeid defektsete geenide põhjustatud inimeste haiguste mõistmiseks."

"Inimese kasvajat pärssivaid geene leiame kärbestelt kergemini kui hiirelt," ütleb Susan Celniker, tuues välja, et katseid saab teha kärbsegeenide abil, mis oleks inimkatsealustel ebapraktilised (või mõeldamatud)..Eriti kasulik on teiste geenide võrgustike tuvastamine, mis interakteeruvad tuntud haigusgeenidega, ja nendega seotud metaboolsed teed. Mõju meditsiinile on kohene.

Selleks jätkavad BDGP teadlased juba toodetud D. melanogasteri järjestuse täpsustamist. "Me töötame selle suure täpsusega," ütleb Hoskins.

Inimese genoomi projekti eesmärk on lahendada üks viga 10 000 aluspaari kohta – see on ligikaudu vigade arv, mis võivad tekkida inimeste normaalsest varieerumisest, kuid Drosophila töötajad kavatsevad saavutada täpsuse, mis on üks viga 100 kohta., 000, mille eesmärk on osaliselt võimalik tänu sisearetatud laborakärbeste piiratud erinevustele.

Vahepeal on D. melanogasteri valminud genoom, millest teatati ajakirja Science 24. märtsi 2000. aasta numbris, verstapostiks geeniuuringute ajaloos ja uks uutele progressimeetoditele. Esiteks üritab Celera nüüd rakendada kogu genoomi haavlitehnikat palju suuremale inimgenoomile.

"Celera tegi suurepärast tööd," ütleb Hoskins, "ja projekt toimis paremini, kui keegi oleks osanud loota. Nüüd saavad BDGP ja ülejäänud 5000 Drosophila teadlasest koosnev kogukond üle maailma alustada projekte et mõista, kuidas genoomi järjestus juhib bioloogiat."

Berkeley Lab on USA energeetikaministeeriumi riiklik labor, mis asub Californias Berkeleys. See viib läbi salastamata teadusuuringuid ja seda haldab California ülikool.

Populaarne teema