एक दशक पहले, एक अंतरराष्ट्रीय शोध टीम ने प्रत्येक मानव कोशिका में पाए जाने वाले 3 बिलियन अक्षरों के आनुवंशिक जानकारी को पढ़ने का एक महत्वाकांक्षी प्रयास पूरा किया। कार्यक्रम, जिसे मानव जीनोम परियोजना के रूप में जाना जाता है, ने मानव जीवन के लिए खाका प्रदान किया, एक उपलब्धि जिसे चंद्रमा पर एक आदमी को उतारने की तुलना में किया गया है।
डॉ। एरिक डी। ग्रीन शुरू से ही शामिल थे, इस परियोजना में प्रयुक्त कुछ प्रमुख तकनीकों को परिष्कृत करते हुए। उस समय, वह सेंट लुइस में वाशिंगटन विश्वविद्यालय में पोस्टडॉक्टरल फेलो और पैथोलॉजी में निवासी थे। उन्होंने अपने 5 प्रतिशत जीनोम को उकेरा, गुणसूत्र के डीएनए की मैपिंग पर ध्यान केंद्रित करते हुए 7. आज, ग्रीन राष्ट्रीय मानव जीनोम अनुसंधान संस्थान के निदेशक हैं, जो जीनोमिक्स अनुसंधान के माध्यम से मानव जीनोम की समझ को आगे बढ़ाता है।
आइए 1980 के दशक के उत्तरार्ध में वापस जाएं, जब मानव जीनोम परियोजना के लिए विचार पहली बार किया गया था। उस समय प्रेरणा क्या थी?
यह निर्भर करता है कि आप किससे पूछते हैं। अलग-अलग लोगों की अलग-अलग प्रेरणाएँ थीं। ध्यान रखें कि that० और'० के दशक के दशक में आणविक जीव विज्ञान क्रांति युग था। उन विधियों में महत्वपूर्ण प्रगति हुई जिन्होंने हमें प्रयोगशाला में डीएनए को अलग करने और अध्ययन करने की अनुमति दी।
अमेरिका में, उदाहरण के लिए, ऊर्जा विभाग को उत्परिवर्तन में रुचि के कारण जीनोम का अध्ययन करने की धारणा, और ऊर्जा के कुछ रूपों, जैसे परमाणु ऊर्जा से जुड़े उत्परिवर्तन प्रक्रिया में बहुत रुचि मिली।
यदि आप राष्ट्रीय स्वास्थ्य संस्थान जैसी जगहों पर जाते हैं, या आप बायोमेडिकल शोधकर्ताओं और स्वास्थ्य से संबंधित शोधकर्ताओं को देखते हैं, तो वे रोग के आनुवंशिक आधार को स्पष्ट करने में सक्षम होने में बहुत रुचि रखते थे। निश्चित रूप से जिन कई आनुवंशिक बीमारियों पर विचार किया जा रहा था, उनमें कैंसर था।
बायोमेडिकल रिसर्च स्पेक्ट्रम में कई अन्य लोग- यहां तक कि मक्खियों और कीड़े और खमीर जैसे मॉडल जीवों पर काम कर रहे हैं - मान्यता है कि अगर हम मक्खियों और कीड़े और खमीर से शुरू होने वाले जटिल जीनोम को बड़े पैमाने पर देख सकते हैं, लेकिन फिर काम कर रहे हैं मनुष्यों के लिए हमारा तरीका, यह समझने के लिए मूलभूत जानकारी प्रदान करेगा कि जीनोम कैसे काम करता है।
बहुत सारे अलग-अलग विचारों का सहसंयोजन था, जिसमें वृद्धिशील लेकिन महत्वपूर्ण तकनीकी विकास होने की पृष्ठभूमि के साथ, ऐसा प्रतीत होता है कि, डंटिंग के दौरान, मानव जीनोम के अनुक्रम और 3 बिलियन अक्षरों के क्रम को निर्धारित करने की समस्या संभव थी।
जीनोम परियोजना के लिए सामग्री कहां से आई? यह किसका जीनोम था?
जब जीनोम परियोजना शुरू हुई थी, तब भी यह बहुत सुंदर थी। विभिन्न लोग अलग-अलग संग्रह और डीएनए टुकड़े बना रहे थे, जिन्हें लाइब्रेरी कहा जाता है, जो डीएनए के क्लोन हैं। वे इसे किसी से भी करवाते थे: कभी-कभी यह लैब हेड होता, कभी-कभी यह पोस्टडॉक्टरल फेलो या ग्रेडेड स्टूडेंट होता। वे तब डीएनए को वापस ले लेंगे, जब वास्तव में इसके कोई निहितार्थ नहीं थे।
लेकिन फिर, जब अंत में उन पुस्तकालयों को बनाने का समय आया, जो मानव जीनोम परियोजना द्वारा मानव जीनोम के अनुक्रमण के लिए उपयोग किए जाने वाले थे, तो वह व्यक्ति जो उन पुस्तकालयों को बनाने के लिए सबसे अच्छा व्यक्ति था, एक वैज्ञानिक था जो रोजवेल पार्क कैंसर संस्थान में काम करता था। बफेलो, न्यूयॉर्क में। [टीम] को लगभग 10 या 20 अनाम रक्त दाताओं से सहमति मिली, और फिर उनमें से एक को यादृच्छिक रूप से चुना, और वह व्यक्ति था। ह्यूमन जीनोम प्रोजेक्ट द्वारा उत्पन्न मानव जीनोम अनुक्रम का लगभग 60 प्रतिशत बफ़ेलो, न्यूयॉर्क में एक रक्त दाता से था।
लेकिन, आप जानते हैं कि क्या मायने रखता है। यदि आप मानव जीनोम प्रोजेक्ट द्वारा उत्पन्न मानव जीनोम अनुक्रम में जाते हैं, तो यह एक मोज़ेक की तरह है। आप सौ हजार पत्रों के लिए जा सकते हैं और यह हो सकता है कि एक व्यक्ति, भैंस से। यह अंत हो सकता है कि आप अगले सौ हजार जाएंगे और यह किसी और का होगा। और अगले सौ हजार, कोई और। एक संदर्भ के रूप में सर्व किया गया। और चूंकि सभी मानव अनुक्रम स्तर पर 99.9 प्रतिशत समान हैं, इसलिए पहले अनुक्रम में वास्तविक व्यक्ति होना आवश्यक नहीं है। यह सिर्फ एक व्यक्ति का काल्पनिक संदर्भ हो सकता है।
उस सभी जानकारी में से, आपने गुणसूत्र 7 [मानव जीनोम में 23 गुणसूत्र] पर ध्यान केंद्रित करने का विकल्प क्यों चुना?
यह कुछ हद तक मनमाना था। हम एक ऐसा गुणसूत्र चुनना चाहते थे जो बहुत बड़ा न हो। हम एक को चुनना नहीं चाहते थे जो बहुत छोटा था। हमें पता था कि बहुत काम होने वाला है, इसलिए हमने एक मध्यम आकार के गुणसूत्र को चुना।
हम पहले से ही इस पर काम करने वाले लोगों को चुनना नहीं चाहते थे। उस समय, क्रोमोसोम 7 पर सबसे प्रसिद्ध जीन सिस्टिक फाइब्रोसिस जीन था, और जिसे 1989 में खोजा गया था। और हमने वास्तव में उस क्षेत्र को कुछ अलग कर दिया था और एक पायलट फैशन में कुछ अध्ययन कर रहे थे।
सच्चाई यह है कि हमने इसे उठाया क्योंकि यह बहुत बड़ा नहीं था, बहुत छोटा नहीं था और बहुत भीड़ नहीं थी। यह शुरू करने का एक मनमाना तरीका था; जब जीनोम परियोजना समाप्त हुई, तब तक अधिकांश अध्ययन जीनोम-वाइड किए जा रहे थे।
परियोजना के जीवनकाल में काम कैसे बदला?
जीनोमिक्स की पूरी कहानी प्रौद्योगिकी विकास में से एक है। यदि आप यह पता लगाते हैं कि विशाल प्रगति कहाँ हुई थी, तो उनमें से हर एक प्रौद्योगिकी में वृद्धि से जुड़ा था। जीनोम परियोजना के प्रारंभ में, उछाल आया कि हमारे पास डीएनए के बड़े टुकड़ों को अलग करने के बेहतर तरीके थे।
जब हम छोटे जीवों के जीनोम का अनुक्रमण कर रहे थे - जैसे ड्रोसोफिला फल मक्खियाँ - हमने मूल रूप से अनुक्रमण करने की प्रक्रिया का औद्योगिकीकरण किया, जिससे यह अधिक से अधिक स्वचालित हो गया।
जब जीनोम परियोजना शुरू हुई, तो विचार था, "चलो मक्खियों और कीड़े और खमीर के जीनोम, इन सभी छोटे जीवों, दिन की विधि का उपयोग करके अनुक्रम करते हैं, " यह विधि फ्रेड सेंगर द्वारा 1977 में विकसित की गई थी। यह विचार था क्रांतिकारी जीन अनुक्रमण शुरू करने के लिए त्वरक को धक्का नहीं देंगे जब तक कि एक क्रांतिकारी नई अनुक्रमण विधि उपलब्ध नहीं हो जाती। इसलिए अनुक्रमण डीएनए के नए पागल तरीके विकसित करने के लिए बहुत प्रयास किए गए थे।
जब यह 1997 या 1998 के आसपास का समय आया, तो वास्तव में मानव जीनोम को अनुक्रम देने के बारे में सोचना शुरू कर दिया, तो हर किसी ने कहा, “शायद हमें क्रांतिकारी पद्धति की प्रतीक्षा करने की आवश्यकता नहीं है, शायद हमने पुराने ढंग से बेहतर तरीके से सुधार किया है पर्याप्त है कि इसका इस्तेमाल किया जा सकता है, ”और वास्तव में यही तय किया गया था।
कहा कि, जीनोम परियोजना के बाद से, जिस चीज ने जीनोमिक्स का चेहरा बदल दिया है वह क्रांतिकारी नई अनुक्रमण तकनीकें हैं जो अंत में लगभग 2005 तक दृश्य पर आ गईं।
अनुक्रमण के लिए उन सुधारों ने लागत और समय को कैसे बदला है?
मानव जीनोम परियोजना को सक्रिय अनुक्रमण के छह से आठ साल लगे और, सक्रिय अनुक्रमण के संदर्भ में, उन्होंने पहले मानव जीनोम अनुक्रम का निर्माण करने के लिए लगभग एक अरब डॉलर खर्च किए। जिस दिन जीनोम परियोजना समाप्त हुई, हमने अपने अनुक्रमण समूहों से पूछा, "सब ठीक है, यदि आप अनुक्रम को एक दूसरे मानव जीनोम में जाने जा रहे हैं, तो काल्पनिक रूप से, कितना समय लगेगा और लिफाफे की एक पीठ के साथ कितना खर्च होगा?" गणना, उन्होंने कहा, "वाह, अगर आपने हमें 10 से 50 मिलियन डॉलर दिए, तो हम इसे तीन से चार महीनों में कर सकते हैं।"
लेकिन अब, अगर आप आज हम वहां हैं, तो आप एक या दो दिन में एक मानव जीनोम को देख सकते हैं। इस साल के अंत तक, यह एक दिन के बारे में होगा। और इसकी कीमत केवल $ 3, 000 से $ 5, 000 डॉलर होगी।
पहले जीनोम और उसके बाद आने वाले प्रमुख निष्कर्ष क्या थे?
रोज नए नतीजे आते हैं। हमारे मानव जीनोम अनुक्रम से पहले होने के पहले 10 वर्षों में, मुझे लगता है कि हम दिन-प्रतिदिन के आधार पर अधिक से अधिक जानकारी जमा करते हैं कि मानव जीनोम कैसे काम करता है। लेकिन हमें यह पहचानना चाहिए कि 10 वर्षों में भी, हम केवल उस क्रम की व्याख्या करने के शुरुआती चरणों में हैं। अभी से निर्णय हम अभी भी व्याख्या कर रहे हैं, और इसे फिर से व्याख्या करेंगे।
कुछ शुरुआती चीजें जो हमने सीखीं, उदाहरण के लिए: हमारे पास बहुत कम जीन हैं जिनकी कुछ लोगों ने भविष्यवाणी की थी। जब जीनोम शुरू हुआ, तो कई लोगों ने भविष्यवाणी की कि इंसानों में संभवतः 100, 000 जीन थे, और उनके पास अन्य जीवों, विशेष रूप से सरल जीवों की तुलना में काफी अधिक जीन होंगे। यह पता चला है कि यह सच नहीं है। यह पता चला है कि हम बहुत कम जीन संख्या हैं। वास्तव में, हम संभवतः 20, 000 जीनों की तरह हैं। और वह मक्खियों और कीड़े से केवल कुछ हजार अधिक है। तो हमारी जटिलता हमारे जीन संख्या में नहीं है। हमारी जटिलता कहीं और है।
अन्य आश्चर्य की बात यह है कि हमने अन्य स्तनधारियों- विशेष रूप से, माउस जीनोम, चूहे के जीनोम, कुत्ते के जीनोम और उसके आगे के दृश्यों को क्रमबद्ध करना शुरू किया और अब तक हमने 50, 60, 70 ऐसे जीनोमों का अनुक्रम किया है। आप एक कंप्यूटर में उन जीनोम अनुक्रमों को पंक्तिबद्ध करते हैं और आप देखते हैं कि कहाँ अनुक्रम हैं जो बहुत संरक्षित हैं, दूसरे शब्दों में दसियों करोड़ों वर्षों के विकासवादी समय में, जहाँ अनुक्रम बिल्कुल नहीं बदले हैं। अत्यधिक, अत्यधिक विकासवादी क्रमबद्ध दृश्यों के लिए लगभग निश्चित रूप से कार्यात्मक अनुक्रमों के लिए। ये ऐसी चीजें हैं जिन्हें जीवन बदलना नहीं चाहता है और इसलिए वे उन्हें वही रखते हैं क्योंकि वे जीव विज्ञान के लिए आवश्यक कुछ महत्वपूर्ण मूलभूत कार्य कर रहे हैं। जीनोम परियोजना में जाने पर, हमने सोचा कि उन सबसे संरक्षित क्षेत्रों में से अधिकांश जो कार्यात्मक रूप से महत्वपूर्ण थे, जीन में होने वाले थे - जीनोम के कुछ हिस्सों को जो सीधे प्रोटीन के लिए कोड करते हैं। यह पता चला है, सबसे अधिक संरक्षित और अनिवार्य रूप से कार्यात्मक अनुक्रमों के बहुमत प्रोटीन कोडिंग क्षेत्रों में नहीं हैं; वे जीन के बाहर हैं।
तो वे क्या कर रहे हैं? हम उन सभी को नहीं जानते हैं। लेकिन हम जानते हैं कि उनमें से बहुत से मूल रूप से सर्किट स्विच होते हैं, जैसे एक प्रकाश के लिए डिमर स्विच, यह निर्धारित करता है कि एक जीन कहाँ और कब और कैसे चालू हुआ है। यह मनुष्यों में मक्खियों और कीड़े जैसे निचले जीवों की तुलना में बहुत अधिक जटिल है। इसलिए हमारी जैविक जटिलता हमारे जीन संख्या में इतनी अधिक नहीं है। यह कॉम्प्लेक्स स्विच में है, जैसे कि डाइमर स्विच, यह विनियमित करता है कि कहां, कब, और कितने जीन चालू होते हैं।
हमारे पास यह पता लगाने के लिए क्या बचा है?
जब आप सोचते हैं कि जीनोम कैसे काम करता है, तो वह इस बारे में सोच रहा है कि यह हम सभी के लिए कैसे काम करता है। लेकिन जीनोमिक्स में दूसरा बड़ा जोर - विशेष रूप से पिछले 10 वर्षों में - यह समझना है कि हमारे जीनोम अलग कैसे हैं। तो वहाँ आप हमारे जीनोम के 0.1 प्रतिशत पर जोर दे सकते हैं जो एक दूसरे की तुलना में भिन्न हैं और उन मतभेदों को अलग-अलग जैविक प्रक्रियाओं के लिए कैसे प्रेरित किया जाता है। इसलिए, भिन्नता को समझना बहुत महत्वपूर्ण है, और फिर उस भिन्नता को विभिन्न परिणामों से संबद्ध करना, जिसमें से बीमारी इसका एक प्रमुख हिस्सा है।
उल्लेखनीय रूप से उल्लेखनीय प्रगति हुई है। अब हम लगभग 5, 000 दुर्लभ आनुवंशिक बीमारियों के जीनोमिक आधार को जानते हैं। जब जीनोम परियोजना शुरू हुई, तो केवल कुछ दर्जन बीमारियाँ थीं, जिनके लिए हमने समझा कि म्यूटेशन क्या बीमारी पैदा कर रहा है। यह एक बहुत बड़ा फर्क है। अब हम मानव जीनोम के कई, कई सैकड़ों और सैकड़ों क्षेत्रों को जानते हैं, जिनमें वेरिएंट होते हैं - हम नहीं जानते कि कौन से वेरिएंट अभी तक हैं - जो कि अधिक जटिल आनुवंशिक रोगों, जैसे उच्च रक्तचाप और मधुमेह और अस्थमा, हृदय रोग और इसके आगे के लिए जोखिम का सामना कर रहे हैं ।
हम इस बात की पूरी जानकारी नहीं रखते हैं कि उन वेरिएंट्स के लिए जीनोम में कहाँ देखना है, अब देखने के लिए बहुत असतत हैं। इसलिए यह अब एक बड़ा जोर है कि जीनोमिक्स में, यह समझने की कोशिश की जा रही है कि कौन से वेरिएंट्स बीमारी के लिए प्रासंगिक हैं। और उनके बारे में क्या करना है।
