Dự án bản đồ gene người pdf

Dự án bản đồ gene người


Quá trình tự nhân đôi DNA.
Dự án Bản đồ gen Người (tiếng
Anh: Human Genome Project -
HGP) là một dự án nghiên cứu
khoa học mang tầm quốc tế. Mục
đích chính của dự án là xác định
trình tự của các cặp cơ sở (base
pairs) tạo thành phân tử DNA và
xác định khoảng
25.000 gen trong bộ gen của con
người.
Dự án khởi đầu vào năm 1990 với
sự đứng đầu của James D. Watson.
Bản phác thảo đầu tiên của bộ gen
đã được cho ra đời vào năm 2000
và hoàn thiện vào năm 2003. Một
dự án song song cũng được thực
hiện bởi một công ty tư nhân tên
là Celera Genomics. Tuy nhiên,
hầu hết trình tự chuỗi được xác
định là tại các trường đại học và
các viện nghiên cứu từ các nước
Mỹ, Canada, và Anh. Việc xác định
toàn bộ bộ gen Người là một bước
tiến quan trọng trong việc phát triển
thuốc và các khía cạnh chăm sóc
sức khỏe khác.
Trong khi mục đích chính của dự

án là tìm hiểu sự cấu thành về mặt
di truyền của loài người, dự án
cũng tập trung vào các sinh vật
khác như vi khuẩn Escherichia
coli,ruồi dấm (fruit fly),
và chuột trong phòng thí nghiệm.
Bộ gen của bất kì cá nhân nào
(ngoại trừ trường hợp sinh đôi cùng
trứng (identical twin) và nhân bản)
đều là duy nhất. Vì thế dự án tập
trung việc ánh xạ đến bộ gen
người bao gồm cả việc xác định
trình tự của nhiều biến thể của mỗi
gen. Dự án không nghiên cứu toàn
bộ DNA tìm thấy trong tế bào con
người; một số
vùngheterochromatic (chiếm
khoảng 8%) vẫn chưa được xác
định trình tự.
Dự án
Tiền đề
Sự bắt đầu của dự án là kết quả của
công việc nhiều năm được hỗ trợ
bởi Bộ Năng Lượng Mỹ, trong các
workshops vào 1984
[1]
và 1986
và tuyên bố quan trọng kèm theo
của Bộ Năng lượng Mỹ (US
Department of Energy).

[2]
Bản báo
cáo năm 1986 tuyên bố vững chắc
rằng, "Mục tiêu cuối cùng của sự
kiện này là tìm hiểu về bộ gen
Người" và "Sự hiểu biết về bộ gen
Người là cần thiết đối với quá trình
phát triển của y khoa và các ngành
khoa học sức khỏe khác như tri
thức về giải phẫu người." Tham
khảo thêm
[3]

James D. Watson từng là người
đứng đầu Trung tâm Quốc gia về
Nghiên cứu gen Người (National
Center for Human Genome
Research) tại Viện Sức khỏe Quốc
gia (National Institutes of Health -
NIH) ở Mỹ bắt đầu từ năm 1988.
Chủ yếu vì bất đồng với ông chủ
của mình, Bernadine Healy, về việc
bản quyền gen nên ông đã buộc
phải từ chức vào năm 1992. Thay
thế ông là Francis Collins vào
Tháng Tư 1993, và tên của trung
tâm đổi thành Viện Nghiên cứu
Bản đồ Gen Người Quốc
Gia (National Human Genome
Research Institute - NHGRI) vào

năm 1997.
Nguồn quĩ dự án đến 3 tỉ đôla được
thành lập năm 1990 bởi Bộ Năng
lượng Mỹ và Viện Sức khỏe Quốc
gia Mỹ, với thời gian ước tinh 15
năm. Bên cạnh đó, còn có sự góp
mặt của các nhà di truyền học
từ Trung Quốc, Pháp, Đức, Nhật,
và Vương Quốc Anh.
Nhờ vào sự hợp tác quốc tế rộng rãi
và những cái tiến trong lĩnh
vực gen học (genomics) (đặc biệt
trong phân tích trình tự), cũng như
những đột phá lớn trong kĩ thuật
máy tính, phiên bản đầu tiên của bộ
gen đã cho ra đời năm 2000 (được
đồng tuyên bố bởi tống thống
Mỹ Bill Clinton và Thủ tướng
Anh Tony Blair vào ngày 26 Tháng
Sáu, 2000).
[4]
Và tiếp đến là phiên
bản hoàn thiện được công bố
Tháng Tư 2003, sớm hơn 2 năm so
với dự định.
[5]
Vào Tháng
Năm 2006, một dấu mốc lớn đã đến
trong quá trình hoàn thiện dự án,
khi mà trình tự của chromosome

cuối cùng đã được công bố trên tạp
chí Nature.
[6]

Một thống kê minh họa của dự án
cho thấy hầu hết bộ gen người đã
được xác định trình tự vào cuối
2003. Tuy nhiên, vẫn còn một số
vùng trong bộ gen người có thể
được xem là chưa hoàn thành việc
xác định trình tự. Đầu tiên là vùng
trung tâm của mỗi chromosome,
còn gọi là centromeres, là các
chuỗi DNA có độ trùng lặp cao và
rất khó để xác định trình tự dùng
các kĩ thuật hiện
nay.Centromeres gồm hàng triệu
(có thể vài chục triêu) cặp
gốc (base pair), và chúng hầu như
chưa được xác định trình tự. Tiếp
đến là phần cuối của
các chromosomes, gọi là telomeres,
cũng là có độ trùng lặp cao, và hầu
hết phần cuối của 46 chromosome
cũng chưa được xác định trình tự.
Thứ ba là có nhiều vị trí (loci)
trong bộ gen mỗi cá nhân có chứa
các gen trong các họ gia đình đa
gen (multigene families) mà rất khó
để hiểu rõ cấu trúc khi dùng kĩ

thuật xác định trình tự shotgun -
những họ đa gen này thường mã
hóa cho các protein đóng vai trò
quan trọng cho miễn dịch. Vì thế,
có lẽ
là centromeres và telomeres sẽ vẫn
chưa được xác định trình tự cho tới
khi có một kĩ thuật mới được phát
triển hỗ trợ cho việc xác định trình
tự chúng. Ngoài ra, có vài tá
các khoảng trống (gap) nằm rải rác
trong bộ gen mà một số trong
chúng là khá lớn, và hi vọng là có
thể kết thúc việc xác định trình tự
các khoảng trống trong vòng vài
năm tới.
NÓI TÓM LẠI: hiện này khoảng
92% bản đồ gen đã được hoàn
thành. Các DNA còn lại có độ
trùng lặp lớn và không có dấu hiệu
chứa gen, nhưng vẫn đợi tới khi
xác đình hoànn toàn trình tự mới
chắc được. Và để hiểu được chức
năng của tất cả các gen lại là một
bài toán khác và còn lâu mới giải
quyết xong, cũng như nhiều bài
toán khác đang được quan tâm
nghiên cứu.
Mục đích
Mục đích của dự án HGP là không

chỉ xác định trình tự của hơn 3 tỉ
cặp gốc (base pairs) trong bộ gen
người với tỉ lệ lỗi nhỏ nhất, mà còn
phải xác định cho được các gen
trong khối dữ liệu khổng lồ đó.
Mảng này của dự án vẫn còn được
tiếp diễn, vì với số lượng tính toán
ban đầu thì hiện có khoảng 22.000–
23.000 genes trong bản đồ gen
người,
[cần dẫn nguồn]
một con số nhỏ
hơn so với dự tính của các nhà
khoa học.
[cần dẫn nguồn]

Một mục tiêu khác là phát triển các
phương pháp nhanh hơn, hiệu quả
hơn để xác định trình tự DNA
và phân tích trình tự.
Trình tự của các DNA người được
lưu trữ trong các cơ sở dữ liệu có
thể truy cập từ Internet. Trung tâm
Thông tin Công nghệ sinh học
Quốc gia (National Center for
Biotechnology Information) (và các
tổ chức tương tự ở Châu Âu và
Nhật bản) lưu giữ chuỗi trình tự
gen trong cơ sở dữ liệu có tên gọi
là Genbank, cùng với các chuỗi gen

và protein giả định và đã được biết.
Các tổ chức khác như University of
California, Santa Cruz[1],
và Ensembl[2] cung cấp thêm các
dữ liệu bổ sung kèm các chú thích
(annotation) và các công cụ hữu
hiệu để hiển thị và tìm kiếm nó.
Các chương trình máy tính cũng
được phát triển để phân tích dữ
liệu, vì các dữ liệu này rất khó trích
rút thông tin nếu không có các
chương trình này.
Quá trình xác định ranh giới giữa
đoạn mã hóa gen và đoạn mã hóa
cho các chức năng khác trong chuỗi
DNA thô ban đầu được gọi
là genome annotation và là một
lĩnh vực trong tin sinh học. Trong
khi các nhà sinh học đang có gắng
tạo ra những lời chú thích tốt nhất,
quá trình này diễn ra rất chậm chạp,
và các chương trình máy tính ngày
càng đáp ứng nhu cầu tốc độ dữ
liệu vào cao của các dự án xác định
trình tự bộ gen. Kĩ thuật tạo chú
thích tốt nhất hiện nay dùng các mô
hình thống kê có sử dụng sự song
song giữa các chuỗi DNA và ngôn
ngữ con người, dùng khái niệm từ
khoa học máy tính ví dụ văn phạm

hình thức (formal grammar).
Bộ gen của hai người khác nhau là
khác nhau. Vì thế, dữ liệu được
công bố của dự án không đại diện
chính xác chuỗi của một hay mọi
bộ gen người nào cả. Nó là bản đồ
gen kết hợp từ nhiều người vô danh
cung cấp. Vì thế, không thể sử
dụng dữ liệu này để xác định sự
khác biệt về bộ gen giữa 2 cá thể.
Thay vào đó, dự án phục vụ cho
mục đích này là HapMap.
Cách thức tiến hành
Mỗi tế bào con người chứa một
nhân bên trong với
46 chromosome. Mỗi một
chromosome chứa khoảng 30.000
đến 50.000 gen và các chuỗi không
mã hóa xen kẽ. Cách đơn giản nhất
để nghiên cứu các gen là dựa trên
từng nucleotide một (A, T, G, X).
Và cữ mỗi hai nucleotide thì tạo
thành một cặp gốc (base pair). Các
nhà khoa học ước tính có khoảng 3
tỉ cặp gốc như vậy.
Nguồn quĩ của dự án đến từ Chính
phủ Mỹ thông qua Viện Sức khỏe
Quốc gia tại Mỹ và các tổ chức Từ
thiện tại Anh, tổ chức Wellcome
Trust tài trợ cho Viện Sanger (mà

sau này là Trung tâm Sanger) tại
Anh Quốc, cũng như nhiều nhóm
khác trên khắp thế giới. Bộ gen
được chia nhỏ thành từng đoạn
ngắn hơn; khoảng 150.000 cặp gốc
mỗi đoạn. Những đoạn này gọi là
"bacterial artificial chromosome",
hay BAC, vì chúng có thể được
chèn vào trong vi khuẩn và có thể
được nhân đôi lên bằng bộ máy
nhân đôi DNA bên trong vi khuẩn.
Điều này có nghĩa là, cho dù bộ
gen của các loài có khác nhau về độ
phức tạp gì đi nữa, cơ chế hoạt
động trong quá trình sinh học bên
trong (cụ thể là nhân đôi DNA) đều
giống nhau. Mỗi đoạn như vậy sau
đó sẽ được xác định trình tự riêng
lẽ dùng kĩ thuật "shotgun" và sau
đó chúng sẽ được lắp ghép lại với
nhau. Hướng này gọi là hướng tiếp
cận "shotgun phân cấp"
(hierarchical shotgun).
Bộ gen của ai đã được xác định
trình tự?
Trong dự án HGP, các nhà khoa
học thu thập mẫu máu (phụ nữ) và
tinh trùng (đàn ông) từ một lượng
lớn người cung cấp. Và chỉ một vài
là được xử lí làm nguồn DNA. Vì

thế, danh tính của các người cho là
được bảo vệ và kể cả người cho lẫn
nhà khoa học đều không biết mẫu
của ai được chọn để xác định trình
tự DNA. Tuy nhiên, trong cộng
đồng gen học vẫn cho rằng hầu hết
các DNA được công bố rộng rãi
của dự án là xuất phát từ một người
đàn ông vô danh tại Buffalo,
NewYork (bí số RP11).
[7]

Các nhà khoa học của HGP đã
dùng tế bào máu trắng từ mẫu máu
của 2 người cho là nam và 2 người
cho là nữ (chọn lựa ngẫu nhiên từ
20 người mỗi nhóm) từ đó mỗi
người cho sẽ tạo ra một thư viện
DNA độc lập. Và một trong các thư
viện này (RP11) đã được dùng
nhiều hơn so với các cái khác, chủ
yếu vì vấn đề chất lượng.
Dù giai đoạn chính là xác định
trình tự đã hoàn thành, các nghiên
cứu về sự khác biệt DNA (giữa các
cá thể) vẫn được tiếp tục trong dự
án HapMap Quốc Tế, với mục tiêu
là xác định các mẫu single
nucleotide polymorphism (SNP)
(gọi là haplotype, hay “hap”). Các

mẫu DNA cho dự án HapMap xuất
phát từ tổng số 270 cá nhân:
người Yoruba tại Ibadan, Nigeria; n
gười Nhật tại Tokyo; người
Hántại Bắc Kinh; và nguồn
từ Trung tâm Nghiên cứu Đa hình
ở Người (Center for the Study of
Human Polymorphisms|Centre
d’Etude du Polymorphisms
Humain - (CEPH)) ở Pháp, nơi
nghiên cứu những người Mỹ có gốc
từ Tây Âu và Bắc Âu.
Trong dự án của công ty tư
nhân Celera Genomics, DNA từ 5
cá nhân khác nhau đã được nghiên
cứu. Nhà khoa học đứng đầu của
công ty thời đó, Craig Venter, sau
này đã thừa nhận (trong một bức
thư gởi tới tạp chí Science) rằng
DNA của mình cũng nằm trong
đó
[8]
.
Và vào ngày 4 Tháng Chín, 2007,
đội ngũ dẫn đầu bởi Craig Venter,
đã xuất bản trình tự DNA đầy đủ
của mình
[9]
, vén bức bàn về bộ gen
gồm 6-tỉ-kí-tự của một cá nhân lần

đầu tiên.
Lợi ích mang lại
Dù việc tìm hiểu nội dung của dữ
liệu genome đã xác định chuỗi vẫn
còn ở bước khởi đầu, nhưng người
ta có thể tiên đoán được những lợi
ích to lớn nó đem lại trong đột
phá y khoa và công nghệ sinh học.
Một số công ty, như Myriad
Genetics đã bắt đầu đưa ra các giải
pháp đơn giản để quản lí các kiểm
tra về di truyền mà có thể cho biết
sự dễ mắc phải các bệnh của người
được kiểm tra, bao gồm ung thư
vú, rối loạn hemostasis, cystic
fibrosis, bệnh về thận và các bệnh
khác.
Bên cạnh đó là các lợi ích hiển
nhiên của khoa học sinh học. Ví dụ,
nhà nghiên cứu về một loại
bệnh ung thư cụ thể có thể chỉ tập
trung tìm hiểu về một gen liên quan
đến bệnh đó. Đồng thời, khi truy
cập vào cơ sở dữ liệu chung về gen,
nhà khoa học này có thể biết thông
tin về gen này mà các nhà khoa học
khác đã làm, bao gồm
 cấu trúc 3 chiều của protein sản
phẩm của nó,
 chức năng của nó,

 mối quan hệ tiến hóa với các
gen khác của người, hay với gen
của chuột/men/ruồi giấm,
 các đột biến có hại có thể xảy ra,
 khả năng tương tác với các gen
khác,
 mô (tissue) trong cơ thể mà gen
này được kích hoạt,
 các bệnh tật gắn với gen này
 hay các loại dữ liệu khác.
Hơn nữa, hiểu biết về các quá trình
gây bệnh ở mức độ sinh học phân
tử có thể xác định các liệu pháp
chữa trị mới.
Việc phân tích về sự giống nhau
giữa các chuỗi DNA từ các sinh vật
khác nhau cũng mở ra hướng mới
trong việc nghiên cứu lí thuyết tiến
hóa. Trong nhiều trường hợp, các
câu hỏi về tiến hóa có thể được trả
lời trong khía cạnh của sinh học
phân tử.
Dự án đa dạng bộ gen
người (Human Genome Diversity
Project), một nghiên cứu phụ nhằm
mục đích ánh xạ các DNA ở các
hình thái khác nhau giữa các nhóm
chủng tộc người, từng được xem là
đã kết thúc, nay vẫn tiếp tục và cho
các kết quả mới.