Professeur docteur oussama chaalane

Human Genome Project
Dr Usama f Shaalan MD;PhD
INTRODUCTION
Human Genome Project, international scientific collaboration that sought to understand the entire genetic blueprint of a human being (see Genetics). This genetic information is found in the nucleus of each cell of the body, encoded in the chemical deoxyribonucleic acid (DNA). Through a process known as sequencing, the Human Genome Project revealed that there are probably about 20,500 genes (the basic units of heredity) in a human cell, significantly fewer than estimates predicted. The project also mapped the location of these genes on the 23 pairs of human chromosomes, the structures containing the genes in the cell’s nucleus.
The data derived from mapping and sequencing the human genome will help scientists associate specific human traits and inherited diseases with particular genes at precise locations on the chromosomes. This advance will help provide an unparalleled understanding of the fundamental organization of human genes and chromosomes. Many scientists believe that the information gained through the Human Genome Project has the potential to revolutionize both therapeutic and preventive medicine by providing insights into the basic biochemical processes that underlie many human diseases.
The idea of undertaking a coordinated study of the human genome arose from a series of scientific conferences held between 1985 and 1987. The Human Genome Project began in earnest in the United States in 1990 with the expansion of funding from the National Institutes of Health (NIH) and the Department of Energy (DOE). One of the first directors of the U.S. program was American biochemist James Watson, who in 1962 shared the Nobel Prize for physiology or medicine with British biophysicists Francis Crick and Maurice Wilkins for the discovery of the structure of DNA. Human genome research programs of many nations participated in this collaboration, including the United Kingdom, France, Germany, and Japan. In a separate project intended to speed up the sequencing process and commercialize the results, Celera Genomics, a privately funded biotechnology company, used a different method to assemble the sequence of the human genome. Both the public consortium and Celera Genomics completed the first phase of the project, and they each published a draft of the human genome simultaneously, although in separate journals, in February 2001. Scientists from the public consortium completed the final sequencing of the human genome in April 2003.
THE STRUCTURE OF DNA
The most important component of a chromosome is the single continuous molecule of DNA. This double-stranded molecule, shaped like a twisted ladder, is composed of linked chemical compounds known as nucleotides. Each nucleotide consists of three parts: a sugar known as deoxyribose, a phosphate compound, and any one of four bases—adenine, thymine, guanine, or cytosine. These parts are linked together so that the sugar and the phosphate form the two parallel sides of the DNA ladder. The bases from each side join in pairs to form the rungs of the ladder—specifically, adenine always pairs with thymine, and guanine always pairs with cytosine.
The genetic code is specified by the order of adenines, thymines, guanines, and cytosines in the DNA ladder. A particular section of the DNA ladder usually has a unique sequence of base pairs. Because a gene is merely one of these sections of the DNA ladder, it too possesses a unique sequence of base pairs, and this sequence can be used to distinguish the gene from other genes and to map its location on the chromosome.
THE HUMAN GENOME
A genome is the complete collection of an organism’s genetic material. The human genome is probably composed of about 20,500 genes located on the 23 pairs of chromosomes in a human cell. A single human chromosome may contain more than 250 million DNA base pairs, and scientists estimate that the entire human genome consists of about 3 billion base pairs.
The DNA analyzed in the Human Genome Project came from small samples of blood or tissue obtained from many different people. Although the genes in each person’s genome are made up of unique DNA sequences, the average variation in the genomes of two different people is estimated to be 0.05 to 0.1 percent. That is, approximately 1 in 1,000 to 1 in 2,000 nucleotides will be different from one individual to another. Thus the differences between human DNA samples from various sources are small in comparison to their similarities.
MAPPING AND SEQUENCING
There are two main categories of gene-mapping techniques: linkage, or genetic, mapping, a method that identifies only the relative order of genes along a chromosome; and physical mapping, more precise methods that can place genes at specific distances from one another on a chromosome. Both types of mapping use markers in the DNA sequence, detectable physical or molecular characteristics that differ among individuals and that are passed from one generation to the next.
Linkage mapping was developed in the early 1900s by American geneticist Thomas Hunt Morgan. By observing how frequently certain characteristics were inherited in combination in numerous generations of fruit flies, he concluded that traits that were often inherited in combination must be associated with genes that were near one another on the chromosome. From his studies, Morgan was able to create a rough map showing the relative order of these associated genes on the chromosomes, and in 1933 he was awarded the Nobel Prize for physiology or medicine for his work.
Human linkage maps are created mainly by following inheritance patterns in large families over many generations. Originally, these studies were limited to inherited physical traits that could be observed easily in each family member. Today, however, sophisticated laboratory techniques allow researchers to create more detailed linkage maps by comparing the position of the target gene relative to the order of genetic markers, or specific known segments of DNA.
Physical mapping determines the physical distance between landmarks on the chromosomes. The most precise physical mapping techniques combine robotics, lasers, and computers to measure the distance between genetic markers. For these maps, DNA is extracted from human chromosomes and randomly broken into many pieces. The DNA fragments are then duplicated numerous times in the laboratory so that the resulting identical copies, called clones, can be tested individually for the presence or absence of specific genetic landmarks. Those clones that share several landmarks are likely to come from overlapping segments of the chromosome. The overlapping regions of the clones can then be compared to determine the overall order of the landmarks along the chromosome and the exact sequence in which the cloned pieces of DNA originally existed in the chromosome.
Very detailed physical maps that indicate the precise order of cloned pieces of a chromosome are usually required to determine the actual sequence of nucleotides. The Human Genome Project most commonly used the DNA sequencing method developed by British biochemist and two-time Nobel laureate Frederick Sanger. In Sanger’s method, specific pieces of DNA are replicated and modified so that each ends in a fluorescent form of one of the four nucleotides. In modern automated DNA sequencers, pioneered by American molecular biologist Leroy E. Hood, the modified nucleotide at the end of such a chain is detected with a laser, and the exact number of nucleotides in the chain is determined. This information is then combined by computer to reconstruct the sequence of base pairs in the original DNA molecule.
Duplicating DNA accurately and quickly is of critical importance to both mapping and sequencing. Scientists first replicated fragments of human DNA by cloning them in single-celled organisms that divide rapidly, such as bacteria or yeast. This technique can be time consuming and labor
intensive. In the late 1980s, however, a revolutionary method of reproducing DNA, known as the polymerase chain reaction (PCR), came into widespread use. PCR is easily automated and can copy a single molecule of DNA many millions of times in a few hours. In 1993 American biochemist Kary Mullis was awarded the Nobel Prize for chemistry for developing this technique.
American molecular biologist J. Craig Venter, founder of Celera Genomics, and American molecular biologist Hamilton O. Smith developed an alternative approach that determines and assembles the sequence of entire genomes without the laborious and time-consuming physical mapping phase. Since 1995 their approach has been used to sequence the genomes of a number of bacteria, the fruit fly Drosophila melanogaster, and the human genome.
BIOINFORMATICS
The completed human genome sequence generated a catalog made up of around 20,500 human genes; high-resolution maps of the chromosomes, including hundreds of thousands of landmarks; and billions of base pairs of DNA-sequence information. Laboratory information-management systems, robotics, database-management systems, and graphical user interfaces were among the computing tools required to help genome researchers make sense of this flood of data.
A new field of research, bioinformatics, has developed in part to address the computing challenges raised by the project. Researchers in bioinformatics have developed public databases connected to the Internet to make genome data available to scientists worldwide, along with analytical software for making sense of this flood of biological information. For example, DNA-sequence information is stored in several databases, including the NIH’s GenBank, the European Molecular Biology Laboratory’s Nucleotide Sequence Database, and the DNA Databank of Japan.
PROJECT RESULTS
In February 2001 a rough draft of the DNA sequence of the human genome was published. The draft provided a basic outline of 90 percent of the human genome. Researchers produced a finalized version of the complete sequence of the human genome in April 2003, two years earlier than originally projected.
With the completion of the human genome, scientists now have a more detailed blueprint of the human genetic code. Scientists were surprised to learn that the actual number of human genes is far lower than expected—only about 20,500 genes compared to predictions that ranged from 50,000 to 140,000 genes. This number is less than twice the number of genes found in the fruit fly.
In addition to working on the human genome, researchers have sequenced the complete genome of a number of organisms—many bacteria, including Escherichia coli; the yeast Saccharomyces cerevisiae; the roundworm Caenorhabditis elegans; and the fruit fly. This research helps scientists find parallels between human genes and the genes of other life forms and thus helps them better understand the biological functions of the genes.
With the human genome sequence completed, scientists are now focusing their attention on the proteins encoded by human genes. In the relatively new science known as proteomics, scientists seek to detail the function of all human proteins. This information may lead to the development of new drugs for treating many human disorders. Proteomics may eventually lead to more novel ways to correct fatal flaws in the human genetic heritage, dramatically changing the medical approach to disease.
Increased knowledge of the human genome also has many controversial ethical, legal, and social implications. The project’s findings have sparked worldwide debate on the ethics and legality of patenting human gene sequences for commercial use, the possibility that private genetic information will become available to insurance companies and employers, and the potential danger of correcting genetic defects in ways that would be passed from one generation to the next.

 

 

 

الاضافه باللغه العربيه
اهداف مشروع الجينوم البشرى
وقد تمثلت الأهداف المعلنة للمشروع فيما يلي:
• التعرف على الجينات التي يحتوي عليها الدنا البشري، وعددها 100.000 جين تقريباً.
• تحديد متواليةالقواعد الكيميائية التي تكون الدنا البشري وعـددها 3 بلايين.
• تخزين هذه المعلومات على قواعد للبيانات
• تطوير الأدوات اللازمة لتحليل البيانات.
• دراسة القضايا الأخلاقية، والقانونية، والاجتماعية التي قد تنتج عن المشروع (وهي من الخصائص التي تميز مشروع الجينوم البشري الأمريكي عن غيره من المشاريع المشابهة في جميع أنحاء العالم).
• للمساعدة في تحقيق هذه الأهداف، قام الباحثون أيضاً بدراسة التركيب الجيني للعديد من الكائنات الحية غير البشرية، ومنها البكتيريا شائعة الوجود في أمعاء البشر، وهي الإشريكية القولونية E. coli ، وذبابة الفاكهة، وفئران المختبر.وبقر الفاكه
الجيينوم البشري هو الطقم الكامل المكوّن من أكثر من 500000 جين موجودة في نواة الخلية لأغلب الخلايا البشرية. ويتوزع الجينوم النووي للأنثى على ثلاثة وعشرين زوجاً من الكروموسومات المتشابهة بنيويا، لكن الكروموسوم X في الذكور يقترن مع الكروموسوم Y غير الشبيه به، وبذلك يصبح هناك 24 نوعا مختلفاً من الكروموسومات البشرية. وبكلمات أخرى، يمكننا القول بأن الجينوم هو كامل الحمض الريبي النووي منزوع الأكسجين (أو الدنا اختصاراً) في كائن حي معين، بما فيه جيناته genes. وتحمل تلك الجينات (المورثات) جميع البروتينات اللازمة لجميع الكائنات الحية. وتحدد هذه البروتينات، ضمن أشياء أخرى، كيف يبدو شكل الكائن الحي، وكيف يستقلب جسمه الطعام أو يقاوم العدوى، وأحياناً يحدد حتى الطريقة التي يتصرف بها.
ويتكون جزيء الدنا في البشر والرئيسيات، من خيطين يلتف كل منهما حول الآخر بحيث يشبهان السلم الملتوي والذي يتصل جانباه، والمكونان من جزيئات السكر والفوسفات، بواسطة روافد rungs من المواد الكيميائية المحتوية على النتروجين، والتي تسمى القواعد ويرمز إليها اختصاراً A و T و C و G. وتتكرر هذه القواعد ملايين أو مليارات المرات في جميع أجزاء الجينوم، ويحتوي الجينوم البشري، على سبيل المثال، على ثلاثة مليارات زوج من هذه القواعد، في حين يحتوي الجسم البشري على نحو 100 تريليون (100،000،000،000،000،000،000) خلية!
• يعد الترتيب المحدد للحروف A و T و C و G في غاية الأهمية، فهذا الترتيب يحدد جميع أوجه التنوع الحيوي، ففي هذا الترتيب تكمن الشفرة الوراثية ، فكما أن ترتيب الحروف التي تتكون منها الكلمات هو الذي يجعلها ذات معنى، فإن ترتيب هذه الحروف يحدد كون هذا الكائن الحي إنساناً أو ينتمي إلى نوع حي آخر كالخميرة أو ذبابة الفاكهة مثلاً، والتي يمتلك كل منها الجينوم الخاص بها والتي ركزت عليها أبحاث وراثية خاصة عدة.
ونظراً لأن جميع الكائنات الحية ترتبط بعلاقات مشتركة من خلال التشابه في بعض متواليات الدنا ، تمكننا التبصّرات التي نحصل عليها من الكائنات الحية غير البشرية من تحقيق المزيد من الفهم والمعرفة لبيولوجية الإنسان.
• تمثل كل مجموعة مكونة من ثلاثة من الحروف الأربعة حمضاً أمينياً معيناً، وهناك 20 وحدة بناء مختلفة – أحماض أمينية – تستخدم في مجموعة هائلة من التوليفات لإنتاج بروتيناتنا. وتكون التوليفات المختلفة بروتينات مختلفة بدورها في أجسامنا.
• تكفي المعلومات التي يحتوي عليها الجينوم البشري لملء كتب ورقية يبلغ ارتفاعها 61 متراً، أي ما يوازي المعلومات التي يحتوي عليها 200 دليل للهواتف يحتوي كل منها على 500 صفحة!
• فيما بيننا نحن البشر، يختلف الدنا من فرد لآخر بنسبة 5.2% فقط، أو 1 من كل 50 حرفاً، ويضع ذلك في الاعتبار أن الخلايا البشرية تحتوي كل منها على نسختين من الجينوم.
• إذا أردنا أن نقرأ الجينوم البشري بسرعة حرف واحد في الثانية لمدة 24 ساعة يومياً، فسيستغرق الأمر قرناً كاملاً للانتهاء من قراءة كتاب الحياة!
• إذا بدأ شخصان مختلفان في قراءة كتاب الحياة الخاص بكل منهما بسرعة حرف واحد في الثانية، فسيستغرق الأمر نحو ثماني دقائق ونصف الدقيقة (500 ثانية) قبل أن يصلا إلى أول اختلاف في ترتيب حروف كتابيهما!
• يحتاج الطبّاع typist الذي يكتب بسرعة 60 كلمة في الدقيقة (نحو 360 حرفاً) ولمدة ثماني ساعات يومياً، إلى نصف قرن للانتهاء من طباعة كتاب الحياة!
• يتشابه الدنا DNA الخاص بالبشر مع مثيله في الشمبانزي بنسبة 98%.
• يبلغ العدد التقديري للجينات في كل من البشر والفئران 60.000 – 100.000 أما في الديدان المستديرة فيبلغ العدد 19.000 وفي الخميرة yeast يبلغ عدد الجينات 6.000 تقريباً، بينما يبلغ عدد جينات الجرثومة المسببة للتدرن 4.000.
• تظل وظيفة الغالبية العظمى (97%) من الدنا الموجودة في الجينوم البشري، غير معروفة لدينا حتى الآن.
• كان أول كروموسوم بشري تم فك شفرته بالكامل هو الكروموسوم رقم 22، وقد تم ذلك في المملكة المتحدة في ديسمبر 1999، وتحديداً في مركز (سانجر) بمقاطعة كمبردج.
• يبلغ طول الدناالموجود في كل من خلايانا 1.8 متر، مكدسة في كتلة يبلغ قطرها 0.0001 سنتيمتر (والتي يمكن أن توضع بسهولة في مساحة بحجم رأس الدبوس).
• إذا تم فرد جميع الدنا DNA الموجود في الجسم البشري طرفا لطرف، يمكن للخيط الناتج أن يصل من الأرض إلى الشمس وبالعكس 600 مرة [100 تريليون ×1.8 متر مقسومة على 148.800.000 كيلومتر = 1200].
• يقوم الباحثون في مشروع الجينوم البشري بفك شفرة 12.000 حرف من الدناالبشري في الث
انية الواحدة.
• إذا تم فرد جميع الحروف (3 بلايين) المكونة للجينوم البشري بحيث يكون كل منها على بعد 1 ملم من الآخر، فستمتد لمسافة 3000 كيلومتر – أو نحو 700 ضعف لارتفاع مبنى الإمباير ستيت، وهي ناطحة السحاب الشهيرة في مدينة نيويورك.

http://usama-shaalan.spaces.live.com/Blog/cns!76B029BF61485671!395.entry

Advertisements

اترك رد

Please log in using one of these methods to post your comment:

WordPress.com Logo

أنت تعلق بإستخدام حساب WordPress.com. تسجيل خروج   / تغيير )

صورة تويتر

أنت تعلق بإستخدام حساب Twitter. تسجيل خروج   / تغيير )

Facebook photo

أنت تعلق بإستخدام حساب Facebook. تسجيل خروج   / تغيير )

Google+ photo

أنت تعلق بإستخدام حساب Google+. تسجيل خروج   / تغيير )

Connecting to %s

معرض الوسوم

%d مدونون معجبون بهذه: