สิ่งแรกที่ Debbie Jorde สังเกตเห็นเกี่ยวกับลูกสาวแรกเกิดของเธอก็คือแขนที่งอผิดธรรมชาติของเธอ แต่เธอก็มีข้อบกพร่องด้านพัฒนาการอื่นๆ ด้วย เช่น เพดานโหว่ นิ้วแปดนิ้ว นิ้วเท้าแปดนิ้ว และไม่มีเปลือกตาล่าง เด็กได้รับการวินิจฉัยว่าเป็นโรคมิลเลอร์ซึ่งเป็นโรคที่หายากมากจนแพทย์เชื่อมาเป็นเวลานานว่ามันไม่ได้แพร่เชื้อจากรุ่นสู่รุ่น แต่พัฒนาขึ้นจากการกลายพันธุ์ที่เกิดขึ้นเองเท่านั้น ลูกชายของเด็บบี จอร์ดซึ่งเกิดเมื่อสามปีก่อน มีอาการเดียวกัน แพทย์ยืนยันว่าความน่าจะเป็นที่จะมีลูกคนที่สองด้วยอาการเดียวกันคือหนึ่งในล้าน แต่พวกเขาคิดผิด
สามีของเด็บบี ลินน์ จอร์เด ซึ่งเป็นนักพันธุศาสตร์จากมหาวิทยาลัยยูทาห์ (ซอลต์เลกซิตี้ สหรัฐอเมริกา) ยังคงจำแพทย์ที่บอกว่ามีข้อมูลน้อยเกินไปสำหรับโรคนี้ที่จะทำนายความเสี่ยงในการเกิดโรคได้
ต้องขอบคุณการจัดลำดับยุคใหม่ เด็บบีและลูกๆ ของเธอจึงรู้ถึงความเสี่ยงทางพันธุกรรมของพวกเขา เด็บบี สามีของเธอและลูกสองคนที่โตแล้วคือเฮเทอร์และโลแกน แมดเซน กลายเป็นครอบครัวแรกที่ได้รับการจัดลำดับจีโนมอย่างสมบูรณ์ในปี 2552
ตลอดระยะเวลา 6 เดือน นักวิทยาศาสตร์ได้ทำการวิเคราะห์ข้ามลำดับดีเอ็นเอจำนวนมากจาก 4 จีโนม การจัดลำดับจีโนมแบบขนานของผู้ป่วยรายอื่นที่มีอาการมิลเลอร์ทำให้สามารถระบุยีนที่รับผิดชอบต่อการพัฒนาของโรคนี้ได้ มันกลายเป็นยีน ดีฮอดเข้ารหัสโปรตีนที่เกี่ยวข้องกับการสังเคราะห์นิวคลีโอไทด์ ปรากฎว่าโรคนี้เป็นมรดกตกทอด ในกรณีนี้ พ่อและแม่ทั้งสองเป็นพาหะของยีนกลายพันธุ์หนึ่งชุด ดังนั้น โอกาสที่จะมีบุตรป่วยจึงอยู่ที่ 25% การวิเคราะห์ทางพันธุกรรมทำให้สามารถระบุโรคทางพันธุกรรมแบบถอยอื่นในเด็กได้ - ดายสกินปรับเลนส์หลักซึ่งส่งผลต่อการพัฒนาของปอด “ก่อนหน้านี้ เราไม่สามารถเข้าใจได้ว่าทำไมเด็กๆ ถึงเป็นโรคปอดบวมบ่อยขนาดนี้”เด็บบี้กล่าว
ครอบครัวต่างๆ เช่น Jords เป็นกลุ่มเล็กๆ แต่กำลังเติบโต โดยส่วนใหญ่มีโรคหายาก ซึ่งได้มีการจัดลำดับจีโนมเพื่อวัตถุประสงค์ในการวินิจฉัยและศึกษาโรคเฉพาะ แม้ว่าความรู้เกี่ยวกับลำดับดีเอ็นเอที่สมบูรณ์จะไม่ส่งผลกระทบต่อการรักษาของเฮเทอร์และโลแกน แต่ผู้คนจำนวนมากก็มีการจัดลำดับจีโนมเพื่อจุดประสงค์นี้ เมื่อปีที่แล้ว เด็กชายคนหนึ่งจากวิสคอนซิน (สหรัฐอเมริกา) ได้รับการปลูกถ่ายไขกระดูกแดงเพื่อช่วยชีวิตโดยอิงจากผลการจัดลำดับ สำหรับผู้หญิงที่เป็นมะเร็งเม็ดเลือดขาว เช่นเดียวกับฝาแฝดที่มีโรคทางพันธุกรรมที่หายาก ผลการเรียงลำดับช่วยกำหนดการรักษาที่เพียงพอ (ดู)
จนถึงขณะนี้ เฉพาะคนที่รู้จักนักวิทยาศาสตร์เป็นการส่วนตัวที่สนใจเกี่ยวกับพันธุศาสตร์ทางคลินิก หรือครอบครัวที่มีโรคที่หายากมาก เช่น โรคจอร์ด เท่านั้นที่สามารถจัดลำดับจีโนมได้ แต่ขณะนี้ การหาลำดับจีโนมทั้งหมดมีราคาถูกลงและเข้าถึงได้มากขึ้น โปรแกรมทางคลินิกจึงเปิดตัวทั่วโลกเพื่อวิเคราะห์ลำดับลำดับ บริษัท อิลลูมินา(ซานดิเอโก สหรัฐอเมริกา) ซึ่งจำหน่ายเครื่องหาลำดับและซอฟต์แวร์สำหรับการประมวลผล โดยให้บริการจัดลำดับจีโนมทั้งหมดในราคาเพียง 7,500 ดอลลาร์สหรัฐฯ สำหรับผู้ที่มีโรคทางพันธุกรรมขั้นรุนแรง และ 10,000 ดอลลาร์สหรัฐฯ สำหรับผู้ป่วยโรคมะเร็งที่ต้องการจัดลำดับจีโนมของเซลล์มะเร็งและเซลล์ที่มีสุขภาพดี .
เนื่องจากราคาการหาลำดับยังคงลดลง การจัดลำดับและการวิเคราะห์จีโนมทั้งหมดจะคล้ายกับการถ่ายภาพด้วยคลื่นสนามแม่เหล็ก (MRI) ในไม่ช้า “มันจะง่ายเหมือนกับการทดสอบทางการแพทย์อื่นๆ David Bick นักพันธุศาสตร์คลินิกจากวิทยาลัยการแพทย์แห่งวิสคอนซิน สหรัฐอเมริกา กล่าว อย่างไรก็ตาม การจัดลำดับจีโนมจะให้ข้อมูลที่ยากต่อการตีความจำนวนมาก ซึ่งต่างจากผลการทดสอบทางการแพทย์ส่วนใหญ่ ซึ่งข้อมูลทั้งหมดนี้ไม่จำเป็นในการวินิจฉัยหรือรักษาโรคของผู้ป่วย นอกจากนี้ผู้ป่วยจะได้รับข้อมูลที่ไม่พึงประสงค์เกี่ยวกับแนวโน้มที่จะเกิดโรคอื่นๆ บางชนิดด้วย”.
“การวิเคราะห์จีโนมและการให้คำปรึกษาแก่ผู้ป่วยและครอบครัวของพวกเขาสามารถสร้างภาระให้กับแพทย์ได้มากเกินไป สิ่งที่ได้รับการทดสอบกับผู้ป่วยบางรายไม่สามารถนำไปใช้ทางคลินิกในวงกว้างได้ในทันที“” เอริค กรีน ผู้อำนวยการสถาบันวิจัยจีโนมมนุษย์แห่งชาติ (NHGRI) ในเมืองเบเธสดา (สหรัฐอเมริกา) กล่าว “ แม้ว่าบางกรณีจะบ่งบอกได้มากก็ตาม”.
Nicholas Volker เกิดมาพร้อมกับโรคลำไส้ที่ไม่ได้รับการวินิจฉัย ซึ่งส่งผลให้มีริดสีดวงทวารเป็นระยะๆ และต้องได้รับการผ่าตัดอย่างต่อเนื่อง เมื่อโวลเกอร์อายุ 3 ขวบ เขาได้รับการผ่าตัดมากกว่า 100 ครั้ง แพทย์สันนิษฐานว่าเด็กมีภูมิคุ้มกันบกพร่อง และการปลูกถ่ายไขกระดูกแดงจะเป็นวิธีแก้ปัญหาที่ถูกต้อง แต่การทดสอบจำนวนมาก รวมถึงการเรียงลำดับยีนหลายตัว ไม่ได้ยืนยันการวินิจฉัย หลังจากการพูดคุยกันมากมาย ทีมนักวิทยาศาสตร์จากวิทยาลัยการแพทย์แห่งวิสคอนซินได้ตัดสินใจจัดลำดับเอ็กโซมของมัน ซึ่งเป็นลำดับที่เข้ารหัสโมเลกุลอาร์เอ็นเอโดยตรงและประกอบขึ้นเป็น 1-2% ของจีโนม
หลังจากตรวจสอบลำดับโดยใช้โปรแกรมพิเศษ นักวิทยาศาสตร์ได้ระบุการกลายพันธุ์ของโครโมโซม X ในยีน เซียป(ตัวยับยั้งเอ็กซ์ลิงค์ของอะพอพโทซิส) เป็นที่ทราบกันดีว่าการขาดโปรตีนที่เข้ารหัสโดยยีนนี้จะกำหนดความเสี่ยงสูงในการเกิดโรคภูมิคุ้มกันที่ร้ายแรง และการปลูกถ่ายไขกระดูกแดงก็เป็นสิ่งจำเป็นในกรณีนี้
โปรแกรมการจัดลำดับจีโนมทั้งหมดเชิงเปรียบเทียบครั้งแรกก่อตั้งขึ้นที่วิทยาลัยการแพทย์แห่งวิสคอนซิน ปัจจุบัน นักพันธุศาสตร์ทางคลินิกของวิทยาลัยกำลังมุ่งความสนใจไปที่ผู้ป่วยโรคทางพันธุกรรมที่หายาก ซึ่งการระบุความบกพร่องทางพันธุกรรมสามารถช่วยแนะนำการรักษาได้ สำหรับผู้ป่วยบางรายที่เข้าร่วมโครงการ บริษัทประกันภัยตกลงที่จะจ่ายค่าใช้จ่าย “เหตุผลของพวกเขาค่อนข้างง่าย Tina Hambuch หัวหน้านักพัฒนาจากห้องปฏิบัติการทางคลินิกของบริษัทกล่าว อิลลูมินา, - การหาลำดับจีโนมทั้งหมดอาจมีราคาถูกกว่าการทดสอบทางพันธุกรรมแบบแบตเตอรี และยังสามารถช่วยชี้แจงได้ว่าจำเป็นต้องใช้การรักษาที่มีราคาแพงหรือไม่".
สถาบันอื่นๆ ทำตามตัวอย่างของวิทยาลัยการแพทย์แห่งวิสคอนซิน ศูนย์พันธุศาสตร์มนุษย์แห่งสหราชอาณาจักร ศูนย์ Wellcome Trust สำหรับพันธุศาสตร์มนุษย์(อ็อกซ์ฟอร์ด) วางแผนที่จะจัดลำดับจีโนมของคนจำนวน 500 คน โครงการ Undiagnosed Diseases Program ที่สถาบันสุขภาพแห่งชาติในเมืองเบเธสดา (สหรัฐอเมริกา) ได้จัดลำดับผู้ป่วยมาตั้งแต่ปี 2551 มีการวิเคราะห์ตัวอย่างมากกว่า 140 รายการ และ 5 จีโนม เพื่อค้นหาพื้นฐานระดับโมเลกุลของโรคที่วินิจฉัยยาก
ยังไม่เข้าใจพื้นฐานทางพันธุกรรมของโรคหลายชนิด แหล่งข้อมูลออนไลน์ OMIM (Online Mendelian Inheritance in Man) มีคุณลักษณะของโรคในมนุษย์มากกว่า 7,000 ชนิด และมีเพียงครึ่งหนึ่งเท่านั้นที่มีกลไกระดับโมเลกุลที่อธิบายไว้ จากข้อมูลของเอริค กรีน สถาบันวิจัยจีโนมมนุษย์แห่งชาติจะออกทุนสนับสนุนให้กับศูนย์จัดลำดับหลายแห่งเพื่อศึกษาสาเหตุระดับโมเลกุลของโรคในเร็วๆ นี้
ตามที่นักวิทยาศาสตร์ระบุว่า ผลการจัดลำดับจะง่ายต่อการนำไปใช้ในการวินิจฉัยและการรักษาโรคมะเร็ง แทนที่จะเป็นโรคทางพันธุกรรมที่พบได้ยาก แพทย์กำลังดำเนินการวิเคราะห์มะเร็งบางชนิดโดยละเอียดเพื่อปรับการรักษาให้เหมาะกับลักษณะทางพันธุกรรมของผู้ป่วย ตัวอย่างเช่น ข้อบกพร่องในวิถีการส่งสัญญาณทางเคมีบางครั้งสามารถตรวจพบได้ในจีโนมของเซลล์มะเร็งจำเพาะ โดยขึ้นอยู่กับว่ายาชนิดใดชนิดหนึ่งที่สามารถเลือกได้ ไม่สามารถทำได้ด้วยวิธีการวินิจฉัยมาตรฐาน
ในปี 2550 ชายชาวแคนาดาวัย 78 ปีที่เป็นมะเร็งลิ้น ซึ่งมีการแพร่กระจายไปเกือบทั่วร่างกาย ได้รับการรักษาที่ศูนย์มะเร็ง British Columbia Cancer Agency (แวนคูเวอร์ แคนาดา) ไม่มีการรักษาที่ได้รับการอนุมัติสำหรับมะเร็งประเภทนี้ ดังนั้นแพทย์จึงโน้มน้าวให้นักวิทยาศาสตร์ของศูนย์มะเร็งจัดลำดับจีโนมของเซลล์เนื้องอก นักวิทยาศาสตร์ยังได้วิเคราะห์ทรานสคริปโตม ซึ่งทำให้สามารถศึกษาไม่เพียงแต่ลำดับดีเอ็นเอเท่านั้น แต่ยังรวมถึงปริมาณของ RNA ที่ผลิตโดยเซลล์เนื้องอกด้วย หลังจากเปรียบเทียบข้อมูลกับข้อมูลเกี่ยวกับเนื้องอกมะเร็งอื่นๆ และลำดับจีโนมของเซลล์ปกติ นักวิทยาศาสตร์มุ่งความสนใจไปที่ยีนดังกล่าว รีตซึ่งทำซ้ำในจีโนมของเซลล์มะเร็งและถ่ายทอดเป็นโมเลกุล mRNA จำนวนมาก เป็นที่ทราบกันว่ามียาหลายชนิดที่ยับยั้งโปรตีนที่ถูกเข้ารหัสโดยยีนนี้ ตามที่ Marco Marra ผู้อำนวยการศูนย์มะเร็งกล่าว หลังจากไตร่ตรองอย่างรอบคอบแล้ว ยาที่เลือกใช้คือยาซูนิทินิบ การพัฒนาของมะเร็งหยุดลงเป็นเวลาหลายเดือน หลังจากนั้นเนื้องอกก็เริ่มแพร่กระจายอีกครั้ง การวิเคราะห์เนื้องอกที่เพิ่งเกิดขึ้นใหม่แสดงให้เห็นว่าวิถีการส่งสัญญาณที่ก่อให้เกิดมะเร็งถูกกระตุ้นในเซลล์เนื้อร้าย ทำให้เนื้องอกต้านทานต่อยาตัวแรก แต่อาจมีความไวต่อยาตัวอื่น แต่น่าเสียดายที่มันสายเกินไป ผู้ป่วยเสียชีวิต
ขณะนี้ทีมวิจัยของ Marr กำลังทำงานในโครงการปรับปรุงการวินิจฉัยโรคมะเร็งชนิดอื่น ซึ่งได้แก่ มะเร็งเม็ดเลือดขาวชนิดเฉียบพลันแบบไมอีลอยด์ โดยใช้ลำดับจีโนมและทรานสคริปต์โตม แรงบันดาลใจจากตัวอย่างของ Marr นักพันธุศาสตร์จากมหาวิทยาลัยวอชิงตันในเมืองเซนต์หลุยส์ (สหรัฐอเมริกา) กำลังจัดลำดับจีโนมของผู้ป่วยโรคมะเร็งเพื่อเลือกการรักษาต้านมะเร็งที่มีประสิทธิผล
อย่างไรก็ตาม การแปลลำดับจีโนมทั้งหมดจากการวิจัยไปสู่การปฏิบัติทางคลินิกต้องเผชิญกับอุปสรรคบางประการ ต่างจากกิจกรรมการวิจัย การจัดลำดับดีเอ็นเอที่มีไว้เพื่อการวินิจฉัยจะต้องดำเนินการในห้องปฏิบัติการที่ได้รับการรับรอง เช่น อิลลูมินา- คณะกรรมการพิจารณาของสถาบันที่ดูแลการวิจัยในมนุษย์ยังไม่ได้รับความเห็นพ้องต้องกันว่าการจัดลำดับทางคลินิกจำเป็นต้องได้รับการอนุมัติหรือไม่ และสำนักงานคณะกรรมการอาหารและยาของสหรัฐอเมริกายังไม่ได้ตัดสินใจว่าจะควบคุมคลื่นความถี่ของการจัดลำดับทางคลินิกที่ใกล้เข้ามาอย่างไร
นักวิทยาศาสตร์และแพทย์หลายคนกลัวว่ามีคนในระบบการดูแลสุขภาพที่มีความเข้าใจอย่างลึกซึ้งเกี่ยวกับจีโนมิกส์และชีวสารสนเทศศาสตร์ไม่เพียงพอที่จะตีความข้อมูลจำนวนมหาศาลที่ไหลเข้ามาอย่างเพียงพอ ตามที่ผู้เชี่ยวชาญระบุ ข้อมูลเกี่ยวกับโรคในมนุษย์กระจัดกระจายอยู่ในบทความและฐานข้อมูลทางวิทยาศาสตร์จำนวนมาก ซึ่งบางครั้งก็ยากที่จะเข้าใจ นอกจากนี้ การวิเคราะห์ลำดับยังเป็นงานที่ต้องใช้แรงงานมาก ตามข้อมูลของ Hamback ในโครงการวิจัยไม่กี่โครงการที่บริษัทมีส่วนร่วม อิลลูมินาการระบุตัวแปรโพลีมอร์ฟิกทั้งหมดของจีโนมใช้เวลา 2-3 สัปดาห์ “นี่เป็นงานที่ต้องใช้แรงงานเข้มข้นสำหรับผู้เชี่ยวชาญที่มีทักษะสูง”, - ความคิดเห็นแฮมแบ็ค
ข้อมูลบางอย่างอาจไม่จำเป็นสำหรับผู้ป่วย นักพันธุศาสตร์การแพทย์และนักจริยธรรมมีความกังวลมานานแล้วในการค้นหาเครื่องหมายทางพันธุกรรมที่เกี่ยวข้องกับความเสี่ยงของโรคที่ไม่สามารถรักษาให้หายขาดได้ การมีลำดับจีโนมที่สมบูรณ์ ความเป็นไปได้ที่จะได้รับข้อมูล "พิเศษ" ดังกล่าวจะพุ่งสูงขึ้น สถานการณ์ก็ยากสำหรับผู้ป่วยอายุน้อยเช่นกัน ผู้ปกครองมีสิทธิ์ตัดสินใจให้บุตรหลานทราบข้อมูลใดบ้างที่พวกเขาควรรู้และสิ่งใดที่พวกเขาไม่ควรรู้?
ด้วยเหตุผลเหล่านี้ Stephen Kingsmore ซึ่งทำงานที่ Children's Mercy Hospital ในแคนซัสซิตี้ (สหรัฐอเมริกา) ให้เหตุผลว่าลำดับทางคลินิกควรถูกจำกัด ขณะนี้กลุ่มวิจัยของเขากำลังพัฒนาวิธีการตรวจหากลุ่มการกลายพันธุ์ที่เกี่ยวข้องกับการด้อยค่ามากกว่า 600 รายการพร้อมกัน โรคต่างๆ
แต่นักพันธุศาสตร์บางคนเชื่อว่า “รถไฟไม่สามารถหยุดได้” “เมื่อมีการแสดงเนื้อหาข้อมูลของเทคโนโลยีนี้แล้ว ฉันคิดว่ามันจะถูกนำไปใช้อย่างกว้างขวาง”ฮาคอน ฮาโกนาร์สัน ซึ่งปัจจุบันดำเนินโครงการจัดลำดับทางคลินิกที่โรงพยาบาลเด็กในฟิลาเดลเฟีย สหรัฐอเมริกา กล่าว
ครอบครัวจอร์ดยังคงไตร่ตรองถึงสิ่งที่ลำดับเปิดเผยแก่พวกเขา แม้ว่าผลลัพธ์ยังคงไม่ส่งผลกระทบต่อการบำบัด แต่หากเด็บบีและลินน์ทราบเกี่ยวกับปัญหาปอดของเด็กก่อนหน้านี้ การผ่าตัดที่อันตรายของเฮเทอร์และโลแกนต้องได้รับก็สามารถหลีกเลี่ยงได้ เพื่อลดโอกาสที่จะเกิดโรคปอดบวมซ้ำ
ลินน์กล่าวว่าการจัดลำดับทางคลินิกจะประสบความสำเร็จ “แต่ฉันเป็นคนมองโลกในแง่ดีโดยกำเนิด”เขาเสริม
ข้อความต้นฉบับ: เบรนแดน เมเฮอร์
“วันนี้ สิบปีหลังจากโครงการจีโนมมนุษย์เสร็จสิ้น เราสามารถพูดได้ว่าชีววิทยามีความซับซ้อนมากกว่าที่นักวิทยาศาสตร์เคยจินตนาการไว้มาก” Erica Check Hayden เขียนใน Nature News ฉบับวันที่ 31 มีนาคม และ Nature.1 ฉบับวันที่ 1 เมษายน
โครงการถอดความ จีโนมมนุษย์กลายเป็นหนึ่งในความสำเร็จทางวิทยาศาสตร์ที่ยิ่งใหญ่ที่สุดในช่วงปลายศตวรรษที่ 20 บางส่วนเปรียบเทียบกับโครงการแมนฮัตตัน (โครงการพัฒนาอาวุธนิวเคลียร์ของสหรัฐฯ) หรือโครงการอพอลโล (เที่ยวบินอวกาศบรรจุมนุษย์ของ NASA) ก่อนหน้านี้ การอ่านลำดับจากตัวละคร DNA ถือเป็นงานที่น่าเบื่อและต้องใช้ความอุตสาหะ ปัจจุบันนี้ การถอดรหัสจีโนมเป็นเรื่องธรรมชาติ แต่ด้วยการเกิดขึ้นของข้อมูลใหม่เกี่ยวกับจีโนมของสิ่งมีชีวิตหลากหลายตั้งแต่ยีสต์ไปจนถึงมนุษย์ยุคหินมันก็ชัดเจน: “ในขณะที่การจัดลำดับและเทคโนโลยีขั้นสูงอื่นๆ ทำให้เราได้รับข้อมูลใหม่ ความซับซ้อนของชีววิทยาก็เพิ่มมากขึ้นต่อหน้าต่อตาเรา”เฮย์เดนเขียน
การค้นพบบางอย่างนั้นเรียบง่ายอย่างน่าประหลาดใจ นักพันธุศาสตร์คาดว่าจะพบยีน 100,000 ยีนในจีโนมมนุษย์ แต่กลับกลายเป็นว่ามีประมาณ 21,000 ยีน แต่นักวิทยาศาสตร์ยังค้นพบโมเลกุลเสริมอื่น ๆ เช่น ปัจจัยการถอดรหัส RNA ขนาดเล็ก โปรตีนควบคุมที่แข็งขันและ เชื่อมโยงกันดำเนินการตามโครงการ ซึ่งไม่พอดีกับหัวของฉันเฮย์เดนเปรียบเทียบพวกมันกับแมนเดลบรอตที่อยู่ในเรขาคณิตแฟร็กทัล ซึ่งแสดงให้เห็นถึงความซับซ้อนในระบบทางชีววิทยาในระดับที่ลึกลงไปอีก
“ในตอนแรก เราคิดว่าเส้นทางการส่งสัญญาณนั้นค่อนข้างเรียบง่ายและตรงไปตรงมา Tony Pawson นักชีววิทยาจากมหาวิทยาลัยโตรอนโตในออนแทรีโอกล่าว -ตอนนี้เราเข้าใจแล้วว่าการถ่ายโอนข้อมูลในเซลล์เกิดขึ้นผ่านเครือข่ายข้อมูลทั้งหมด ไม่ใช่ตามเส้นทางที่เรียบง่ายและแยกจากกัน เครือข่ายนี้ซับซ้อนกว่าที่เราคิดไว้มาก"
เฮย์เดนยอมรับว่าแนวคิดเรื่อง "DNA ขยะ" ถูกทำลายจนพังทลายลง- แนวคิดที่ว่าการควบคุมยีนนั้นเป็นกระบวนการทางตรงและเป็นเส้นตรง กล่าวคือ ยีนเข้ารหัสโปรตีนควบคุมที่ควบคุมการถอดรหัส เธอตั้งข้อสังเกตว่า: “เพียงสิบปีเข้าสู่ยุคหลังจีโนมทางชีววิทยาได้ขจัดแนวคิดนี้ออกไป” “ความเข้าใจใหม่ทางชีววิทยาเกี่ยวกับโลกของ DNA ที่ไม่เข้ารหัส ซึ่งครั้งหนึ่งเคยเรียกว่า 'DNA ขยะ' นั้นทั้งน่าหลงใหลและน่างงงวย”ถ้า DNA นี้เป็นขยะ แล้วทำไมร่างกายมนุษย์ถึงถอดเสียงระหว่าง 74% ถึง 93% ของ DNA นี้? RNA ขนาดเล็กจำนวนมากที่ผลิตโดยภูมิภาคที่ไม่มีการเข้ารหัสเหล่านี้ และวิธีที่พวกมันมีปฏิสัมพันธ์ซึ่งกันและกัน ทำให้เราประหลาดใจอย่างยิ่ง
การทำความเข้าใจทั้งหมดนี้จะช่วยขจัดความไร้เดียงสาเริ่มแรกของโครงการถอดรหัสออกไป จีโนมมนุษย์- ผู้วิจัยตั้งใจว่า “ไขปริศนาทุกสิ่งตั้งแต่วิวัฒนาการไปจนถึงต้นกำเนิดของโรค”- นักวิทยาศาสตร์หวังว่าจะสามารถหาวิธีรักษาโรคมะเร็งและติดตามเส้นทางวิวัฒนาการผ่านรหัสพันธุกรรม นี่เป็นกรณีในปี 1990 นักชีววิทยา-นักคณิตศาสตร์จากมหาวิทยาลัยเพนซิลเวเนีย (ฟิลาเดลเฟีย) Joshua Plotkin กล่าวว่า: “การมีอยู่จริงของโปรตีนควบคุมพิเศษเหล่านี้แสดงให้เห็นว่าความเข้าใจของเราเกี่ยวกับกระบวนการพื้นฐานนั้นไร้เดียงสาอย่างไม่น่าเชื่ออย่างไม่น่าเชื่อ เช่น วิธีที่เซลล์เริ่มต้นและหยุด”- Leonid Kruglyak นักพันธุศาสตร์แห่งมหาวิทยาลัยพรินซ์ตัน (นิวเจอร์ซีย์) กล่าวว่า: “เป็นเรื่องไร้เดียงสาที่จะคิดว่าการเข้าใจกระบวนการใดๆ (ไม่ว่าจะเป็นชีววิทยา การพยากรณ์อากาศ หรือสิ่งอื่นใด) คุณเพียงแค่ต้องใช้ข้อมูลจำนวนมหาศาล เรียกใช้ผ่านโปรแกรมวิเคราะห์ข้อมูล และทำความเข้าใจว่าเกิดอะไรขึ้นระหว่างกระบวนการ”.
อย่างไรก็ตาม นักวิทยาศาสตร์บางคนยังคงแสวงหาความเรียบง่ายในระบบที่ซับซ้อน หลักการวิเคราะห์จากบนลงล่างพยายามสร้างแบบจำลองที่มีจุดอ้างอิงพื้นฐานเข้าที่
สาขาวิชาใหม่ของชีววิทยาระบบได้รับการออกแบบมาเพื่อช่วยให้นักวิทยาศาสตร์เข้าใจความซับซ้อนของระบบที่มีอยู่ นักชีววิทยาหวังว่าการแสดงรายการปฏิสัมพันธ์ทั้งหมดในโปรตีน p53 เซลล์ หรือระหว่างกลุ่มเซลล์ แล้วแปลเป็นแบบจำลองการคำนวณ พวกเขาจะสามารถเข้าใจได้ว่าระบบทางชีววิทยาทั้งหมดทำงานอย่างไร
ในช่วงหลังยุคจีโนมิกส์อันวุ่นวาย นักชีววิทยาด้านระบบได้เปิดตัวโครงการจำนวนมากที่สร้างขึ้นจากกลยุทธ์นี้ พวกเขาได้พยายามที่จะสร้างแบบจำลองทางชีววิทยาของระบบต่างๆ เช่น เซลล์ยีสต์ อี. โคไล ตับ และแม้แต่ "มนุษย์เสมือนจริง" ” ในปัจจุบัน ความพยายามทั้งหมดเหล่านี้ประสบอุปสรรคเดียวกัน: เป็นไปไม่ได้ที่จะรวบรวมข้อมูลที่เกี่ยวข้องทั้งหมดเกี่ยวกับทุกปฏิสัมพันธ์ที่รวมอยู่ในแบบจำลอง
วงจรโปรตีน p53 ที่เฮย์เดนอธิบายเป็นตัวอย่างที่น่าทึ่งของความซับซ้อนที่ไม่คาดคิด p53 ถูกค้นพบในปี 1979 ในตอนแรกถือว่าเป็นสารก่อมะเร็งมากกว่าที่จะยับยั้งมะเร็ง "มีการศึกษาโปรตีนอื่น ๆ เพียงไม่กี่ชนิดอย่างละเอียดมากกว่า p53"นักวิทยาศาสตร์ตั้งข้อสังเกต “อย่างไรก็ตาม ประวัติความเป็นมาของโปรตีน p53 กลับกลายเป็นว่ามีความซับซ้อนมากกว่าที่เราคิดไว้ในตอนแรก”- เธอเปิดเผยรายละเอียดบางอย่าง:
“ตอนนี้นักวิจัยรู้แล้วว่า p53 เชื่อมโยงกับ หลายพันแปลง DNA และบางส่วนของส่วนเหล่านี้ก็เป็นคู่เบสของยีนอื่นๆ หลายพันคู่ โปรตีนนี้มีอิทธิพลต่อการเติบโตของเซลล์ ความตาย และโครงสร้าง เช่นเดียวกับการซ่อมแซม DNA นอกจากนี้ยังจับกับโปรตีนอื่นๆ หลายชนิดที่สามารถเปลี่ยนแปลงการทำงานของมันได้ และปฏิกิริยาระหว่างโปรตีนกับโปรตีนเหล่านี้สามารถปรับได้โดยการเติมตัวดัดแปลงทางเคมี เช่น หมู่ฟอสเฟตและเมทิล โดยผ่านกระบวนการที่เรียกว่าการต่อรอยทางเลือก โปรตีน p53 สามารถรับได้ เก้ารูปทรงที่แตกต่างกันซึ่งแต่ละอย่างมีกิจกรรมและตัวดัดแปลงทางเคมีของตัวเอง ขณะนี้นักชีววิทยาเข้าใจแล้วว่า p53 เกี่ยวข้องกับกระบวนการที่ไม่ใช่มะเร็ง เช่น ภาวะเจริญพันธุ์และการพัฒนาของตัวอ่อนในระยะเริ่มแรก อย่างไรก็ตาม การพยายามเข้าใจโปรตีน p53 เพียงอย่างเดียวนั้นไม่รู้หนังสือเลย ในเรื่องนี้ นักชีววิทยาได้เปลี่ยนมาศึกษาปฏิกิริยาของโปรตีน p53 ดังที่แสดงในภาพวาดพร้อมกล่อง วงกลม และลูกศรที่แสดงถึงการเชื่อมต่อเขาวงกตที่ซับซ้อนในเชิงสัญลักษณ์”
ทฤษฎีปฏิสัมพันธ์เป็นกระบวนทัศน์ใหม่ที่เข้ามาแทนที่โครงร่างเชิงเส้นทิศทางเดียว "ยีน - อาร์เอ็นเอ - โปรตีน" โครงการนี้ก่อนหน้านี้เรียกว่า “ความเชื่อหลัก” ของพันธุศาสตร์ ตอนนี้ ทุกสิ่งดูมีชีวิตชีวาและมีพลังอย่างเหลือเชื่อ ด้วยโปรโมเตอร์ ตัวบล็อกและการโต้ตอบ ลูปคำติชม กระบวนการฟีดไปข้างหน้า และ "เส้นทางการส่งสัญญาณที่ซับซ้อนอย่างไม่อาจเข้าใจได้" “เรื่องราวของโปรตีน p53 ถือเป็นอีกตัวอย่างหนึ่งที่แสดงให้เห็นว่าความเข้าใจของนักชีววิทยาเปลี่ยนแปลงไปอย่างไรเมื่อมีการเข้ามาของเทคโนโลยีในยุคจีโนม”เฮย์เดนตั้งข้อสังเกต “มันขยายความเข้าใจของเราเกี่ยวกับปฏิกิริยาระหว่างโปรตีนที่เป็นที่รู้จัก และขัดขวางความคิดเก่าๆ เกี่ยวกับวิถีการส่งสัญญาณ ซึ่งโปรตีนอย่าง p53 กระตุ้นให้เกิดลำดับต่อเนื่องที่เฉพาะเจาะจง”
นักชีววิทยาเคยทำผิดพลาดโดยคิดว่าข้อมูลที่มากขึ้นจะทำให้เกิดความเข้าใจมากขึ้น นักวิทยาศาสตร์บางคนยังคงทำงานแบบ "ล่างขึ้นบน" โดยเชื่อว่าพื้นฐานของทุกสิ่งคือความเรียบง่าย ซึ่งไม่ช้าก็เร็วจะถูกเปิดเผย “ผู้คนคุ้นเคยกับการทำให้สิ่งต่าง ๆ ซับซ้อน”นักวิจัยคนหนึ่งจากเมืองเบิร์กลีย์ตั้งข้อสังเกต ในเวลาเดียวกันนักวิทยาศาสตร์อีกคนที่วางแผนจะเปิดเผยจีโนมของเชื้อรายีสต์และความสัมพันธ์ของมันภายในปี 2550 ถูกบังคับให้เลื่อนแผนการของเขาออกไปหลายสิบปีเป็นที่ชัดเจนว่าความเข้าใจของเรายังคงผิวเผินมาก เฮย์เดนสรุป: "โครงสร้างที่สวยงามและลึกลับของความซับซ้อนทางชีวภาพ (เช่นที่เราเห็นในชุด Mandelbrot) แสดงให้เห็นว่าพวกมันยังห่างไกลจากการแก้ปัญหามากนัก".
แต่มีด้านสว่างในการเปิดเผยความซับซ้อน มินา บิสเซลล์ นักวิจัยด้านมะเร็งจากห้องปฏิบัติการแห่งชาติ Lawrence Berkeley ในแคลิฟอร์เนียยอมรับว่า “การคาดการณ์ว่าโครงการนี้ ถอดรหัสจีโนมมนุษย์จะช่วยให้นักวิทยาศาสตร์ไขปริศนาทั้งหมดได้ ทำให้ฉันสิ้นหวัง” เฮย์เดน พูดว่า: “คนมีชื่อเสียงบอกว่าหลังจากโปรเจ็กต์นี้ทุกอย่างจะชัดเจนสำหรับพวกเขา”- แต่ในความเป็นจริงแล้ว โครงการเพียงช่วยให้เข้าใจเรื่องนั้นเท่านั้น “ชีววิทยาเป็นวิทยาศาสตร์ที่ซับซ้อน และนั่นคือสิ่งที่ทำให้มันสวยงาม”.
ลิงค์:
- เอริกา เช็ค เฮย์เดน, "จีโนมมนุษย์ในสิบปี: ชีวิตซับซ้อนมาก" นิตยสาร ธรรมชาติ 464, 664-667 (1 เมษายน 2553) | ดอย:10.1038/464664a.
ใครเป็นผู้ทำนายความซับซ้อน: ชาวดาร์วินหรือผู้เสนอการออกแบบที่ชาญฉลาด คุณรู้คำตอบสำหรับคำถามนี้แล้ว นักดาร์วินได้แสดงให้เห็นครั้งแล้วครั้งเล่าว่าพวกเขาคิดผิดในประเด็นนี้ ในความเห็นของพวกเขา ชีวิตมีต้นกำเนิดที่เรียบง่าย (สระน้ำอุ่นเล็กๆ ที่ซึ่งความฝันของดาร์วินล่องลอย) ก่อนหน้านี้ พวกเขาเชื่อว่าโปรโตพลาสซึมเป็นเรื่องธรรมดา และโปรตีนเป็นโครงสร้างที่เรียบง่าย และพันธุกรรมเป็นวิทยาศาสตร์ง่ายๆ (จำตับยีนของดาร์วินได้ไหม) พวกเขาเชื่อว่าการถ่ายโอนข้อมูลทางพันธุกรรมและการถอดรหัส DNA เป็นกระบวนการง่ายๆ (ความเชื่อหลัก) และไม่มีอะไรซับซ้อนเกี่ยวกับที่มาของรหัสพันธุกรรม (โลก RNA หรือสมมติฐาน "กรณีแช่แข็ง" ของ Crick) พวกเขาเชื่อว่าจีโนมเปรียบเทียบเป็นสาขาง่ายๆ ของพันธุศาสตร์ที่ช่วยให้เราสามารถติดตามวิวัฒนาการของสิ่งมีชีวิตผ่านยีน ในความเห็นของพวกเขา ชีวิตคือกองขยะของการกลายพันธุ์และการคัดเลือกโดยธรรมชาติ (อวัยวะพื้นฐาน, DNA ขยะ) มันง่ายเรียบง่ายเรียบง่าย ซิมเพิลตัน...
เมื่อวันที่ 26 มิถุนายน พ.ศ. 2543 ในงานแถลงข่าวร่วมกับประธานาธิบดีแห่งสหรัฐอเมริกาและนายกรัฐมนตรีแห่งบริเตนใหญ่ ตัวแทนของกลุ่มวิจัยสองกลุ่ม ได้แก่ International Human Genome Sequencing Consortium (IHGSC) และ Celera Genomics ได้ประกาศว่า งานถอดรหัสจีโนมมนุษย์เสร็จสมบูรณ์ และได้มีการรวบรวมเวอร์ชันร่างไว้แล้ว การพัฒนามนุษย์ครั้งใหม่ได้เริ่มต้นขึ้นแล้ว - ยุคหลังจีโนม2010 – การทดสอบทางพันธุกรรม มาตรการป้องกันที่ช่วยลดความเสี่ยงของโรค และยีนบำบัดสำหรับโรคทางพันธุกรรมสูงสุด 25 โรค พยาบาลกำลังเริ่มทำหัตถการทางพันธุกรรมทางการแพทย์ การวินิจฉัยก่อนการปลูกถ่ายมีอยู่อย่างแพร่หลาย และมีการพูดคุยถึงข้อจำกัดของวิธีนี้อย่างจริงจัง สหรัฐอเมริกามีกฎหมายเพื่อป้องกันการเลือกปฏิบัติทางพันธุกรรมและเคารพความเป็นส่วนตัว ทุกคนไม่สามารถเข้าถึงการประยุกต์ใช้จีโนมิกส์ในทางปฏิบัติได้ โดยเฉพาะในประเทศกำลังพัฒนา
2020 – ยาสำหรับโรคเบาหวาน ความดันโลหิตสูง และโรคอื่นๆ ที่พัฒนาบนพื้นฐานของข้อมูลจีโนม จะปรากฏในตลาด การรักษาโรคมะเร็งกำลังได้รับการพัฒนาโดยมุ่งเป้าไปที่คุณสมบัติของเซลล์มะเร็งในเนื้องอกที่เฉพาะเจาะจงโดยเฉพาะ เภสัชพันธุศาสตร์กำลังกลายเป็นแนวทางทั่วไปในการพัฒนายาหลายชนิด การเปลี่ยนวิธีการวินิจฉัยโรคทางจิต การเกิดขึ้นของวิธีการรักษาแบบใหม่ การเปลี่ยนทัศนคติของสังคมต่อโรคดังกล่าว การประยุกต์จีโนมิกส์เชิงปฏิบัติยังไม่สามารถใช้ได้ในทุกที่
2030 – การกำหนดลำดับนิวคลีโอไทด์ของจีโนมทั้งหมดของแต่ละบุคคลจะกลายเป็นขั้นตอนปกติซึ่งมีราคาต่ำกว่า 1,000 ดอลลาร์ ยีนที่เกี่ยวข้องกับกระบวนการชราได้รับการจัดหมวดหมู่ไว้แล้ว กำลังดำเนินการทดลองทางคลินิกเพื่อเพิ่มอายุขัยสูงสุดของมนุษย์ การทดลองในห้องปฏิบัติการเกี่ยวกับเซลล์ของมนุษย์ถูกแทนที่ด้วยการทดลองในแบบจำลองคอมพิวเตอร์ การเคลื่อนไหวจำนวนมากของฝ่ายตรงข้ามของเทคโนโลยีขั้นสูงกำลังทวีความรุนแรงมากขึ้นในสหรัฐอเมริกาและประเทศอื่น ๆ
2040 – มาตรการด้านสุขภาพทั่วไปทั้งหมดอิงจากจีโนมิกส์ มีการพิจารณาความโน้มเอียงต่อโรคส่วนใหญ่ (ก่อนเกิด) มียาป้องกันที่มีประสิทธิภาพซึ่งปรับให้เหมาะกับแต่ละบุคคล โรคต่างๆ จะถูกตรวจพบในระยะแรกผ่านการตรวจติดตามระดับโมเลกุล ยีนบำบัดใช้ได้กับหลายโรค การแทนที่ยาด้วยผลิตภัณฑ์ยีนที่ร่างกายผลิตขึ้นเพื่อตอบสนองต่อการบำบัด อายุขัยเฉลี่ยจะอยู่ที่ 90 ปี เนื่องจากสภาพเศรษฐกิจและสังคมที่ดีขึ้น มีการถกเถียงกันอย่างจริงจังเกี่ยวกับความสามารถของมนุษย์ในการควบคุมวิวัฒนาการของตนเอง ความไม่เท่าเทียมกันในโลกยังคงมีอยู่ ทำให้เกิดความตึงเครียดในระดับนานาชาติ
ดังที่เห็นได้จากการคาดการณ์ ข้อมูลจีโนมในอนาคตอันใกล้นี้อาจกลายเป็นพื้นฐานในการรักษาและป้องกันโรคต่างๆ ได้ หากไม่มีข้อมูลเกี่ยวกับยีนของเขา (และพอดีกับดีวีดีมาตรฐาน) บุคคลในอนาคตจะสามารถรักษาอาการน้ำมูกไหลจากผู้รักษาในป่าเท่านั้น
สิ่งนี้ดูน่าอัศจรรย์ไหม? แต่กาลครั้งหนึ่ง การฉีดวัคซีนป้องกันไข้ทรพิษสากลหรืออินเทอร์เน็ตก็ยอดเยี่ยมไม่แพ้กัน (โปรดทราบว่าไม่มีในยุค 70)! ในอนาคตจะมีการมอบรหัสพันธุกรรมของเด็กให้กับผู้ปกครองในโรงพยาบาลคลอดบุตร ตามทฤษฎีแล้วการรักษาและการป้องกันโรคใด ๆ ของแต่ละบุคคลจะกลายเป็นเรื่องเล็ก ๆ น้อย ๆ ด้วยดิสก์ดังกล่าว
แพทย์ผู้เชี่ยวชาญจะสามารถวินิจฉัยโรคได้ในเวลาอันสั้น กำหนดวิธีการรักษาที่มีประสิทธิภาพ และแม้กระทั่งระบุโอกาสของโรคต่างๆ ที่อาจเกิดขึ้นในอนาคต ตัวอย่างเช่น การทดสอบทางพันธุกรรมสมัยใหม่สามารถระบุระดับความโน้มเอียงของผู้หญิงที่จะเป็นมะเร็งเต้านมได้อย่างแม่นยำอยู่แล้ว เกือบจะแน่นอนในอีก 40-50 ปีข้างหน้า ไม่มีแพทย์คนใดที่เคารพตนเองโดยไม่มีรหัสพันธุกรรมคนใดที่ต้องการ "รักษาแบบสุ่มสี่สุ่มห้า" เช่นเดียวกับที่การผ่าตัดในปัจจุบันไม่สามารถทำได้หากไม่มีรังสีเอกซ์
ลองถามตัวเองดูว่าสิ่งที่พูดนั้นเชื่อถือได้หรือไม่ หรือบางทีในความเป็นจริงแล้วทุกอย่างจะกลับกัน? ในที่สุดผู้คนจะสามารถเอาชนะโรคภัยไข้เจ็บทั้งหมดและพวกเขาจะมีความสุขแบบสากลได้หรือไม่?
อนิจจา. เริ่มจากความจริงที่ว่าโลกมีขนาดเล็กและไม่มีความสุขเพียงพอสำหรับทุกคน ในความเป็นจริง ประชากรเพียงครึ่งหนึ่งของประเทศกำลังพัฒนายังไม่เพียงพออีกด้วย “ความสุข” มีจุดมุ่งหมายเพื่อรัฐที่ได้รับการพัฒนาในด้านวิทยาศาสตร์เป็นหลัก โดยเฉพาะด้านวิทยาศาสตร์ชีวภาพ ตัวอย่างเช่น เทคนิคที่คุณสามารถ "อ่าน" รหัสพันธุกรรมของบุคคลใดๆ ได้รับการจดสิทธิบัตรมานานแล้ว นี่เป็นเทคโนโลยีอัตโนมัติที่ได้รับการพัฒนามาอย่างดี แม้ว่าจะมีราคาแพงและละเอียดอ่อนมากก็ตาม หากคุณต้องการให้ซื้อใบอนุญาตหรือคิดหาเทคนิคใหม่ แต่ไม่ใช่ทุกประเทศที่มีเงินเพียงพอสำหรับการพัฒนาดังกล่าว!
เป็นผลให้รัฐจำนวนหนึ่งจะมียารักษาโรคที่ล้ำหน้ากว่าประเทศอื่นๆ ทั่วโลกอย่างมีนัยสำคัญ โดยปกติแล้วในประเทศที่ด้อยพัฒนา กาชาดจะสร้างโรงพยาบาลเพื่อการกุศล โรงพยาบาล และศูนย์จีโนม และสิ่งนี้จะค่อยๆ นำไปสู่ความจริงที่ว่าข้อมูลทางพันธุกรรมของผู้ป่วยในประเทศกำลังพัฒนา (ซึ่งส่วนใหญ่เป็นส่วนใหญ่) จะกระจุกตัวอยู่ในอำนาจสองหรือสามอำนาจที่ให้ทุนสนับสนุนการกุศลนี้ เป็นการยากที่จะจินตนาการว่าข้อมูลดังกล่าวสามารถทำอะไรได้บ้าง บางทีมันอาจจะไม่เป็นไร อย่างไรก็ตาม ผลลัพธ์อีกอย่างก็เป็นไปได้เช่นกัน การต่อสู้เพื่อลำดับความสำคัญที่มาพร้อมกับการจัดลำดับจีโนมแสดงให้เห็นถึงความสำคัญของความพร้อมของข้อมูลทางพันธุกรรม มารำลึกถึงข้อเท็จจริงบางประการจากประวัติความเป็นมาของโครงการจีโนมมนุษย์กัน
ฝ่ายตรงข้ามของการถอดรหัสจีโนมถือว่างานนี้ไม่สมจริงเพราะ DNA ของมนุษย์นั้นยาวกว่าโมเลกุล DNA ของไวรัสหรือพลาสมิดหลายหมื่นเท่า ข้อโต้แย้งหลักคือ: “โครงการนี้ต้องใช้เงินหลายพันล้านดอลลาร์ ซึ่งวิทยาศาสตร์สาขาอื่นจะพลาด ดังนั้นโครงการจีโนมจะทำให้การพัฒนาวิทยาศาสตร์โดยรวมช้าลง แต่หากพบเงินและถอดรหัสจีโนมมนุษย์แล้วข้อมูลที่ได้จะไม่สมเหตุสมผลกับต้นทุน…” อย่างไรก็ตาม เจมส์ วัตสัน หนึ่งในผู้ค้นพบโครงสร้างของ DNA และนักอุดมการณ์ของโปรแกรมอ่านค่าพันธุกรรมทั้งหมด ข้อมูลก็โต้กลับอย่างมีไหวพริบว่า “อย่าจับปลาใหญ่จะดีกว่า” ทำไมไม่จับปลาตัวเล็กล่ะ? ได้ยินข้อโต้แย้งของนักวิทยาศาสตร์ผู้กล้าหาญ - ปัญหาจีโนมถูกหยิบยกขึ้นมาเพื่อหารือในรัฐสภาคองเกรสแห่งสหรัฐอเมริกา และเป็นผลให้โครงการจีโนมมนุษย์ระดับชาติถูกนำมาใช้
ในเมืองเบเธสดาของอเมริกา ซึ่งอยู่ไม่ไกลจากวอชิงตัน มีศูนย์ประสานงานแห่งหนึ่งของฮิวโก (องค์การจีโนมมนุษย์) ศูนย์ประสานงานการทำงานทางวิทยาศาสตร์ในหัวข้อ “จีโนมมนุษย์” ใน 6 ประเทศ ได้แก่ เยอรมนี อังกฤษ ฝรั่งเศส ญี่ปุ่น จีน และสหรัฐอเมริกา งานนี้เกี่ยวข้องกับนักวิทยาศาสตร์จากหลายประเทศทั่วโลก โดยรวมตัวกันเป็นสามทีม: สองทีมระหว่างรัฐ - American Human Genome Project และทีมอังกฤษจาก Wellcome Trust Sanger Institute - และบริษัทเอกชนจาก Maryland ซึ่งเข้าร่วมเกมนี้ในเวลาต่อมาเล็กน้อย - เซเลรา จีโนมิกส์ " นี่อาจเป็นครั้งแรกในด้านชีววิทยาที่บริษัทเอกชนแข่งขันกับองค์กรระหว่างรัฐบาลในระดับสูงเช่นนี้
การต่อสู้เกิดขึ้นโดยใช้วิธีการและความสามารถมหาศาล ดังที่ผู้เชี่ยวชาญชาวรัสเซียกล่าวไว้เมื่อนานมาแล้ว Celera ยืนอยู่บนไหล่ของโครงการจีโนมมนุษย์ นั่นคือใช้สิ่งที่ได้ทำไปแล้วเป็นส่วนหนึ่งของโครงการระดับโลก อันที่จริง Celera Genomics ไม่ได้เข้าร่วมโครงการในตอนแรก แต่เมื่อโครงการดำเนินไปอย่างเต็มที่แล้ว อย่างไรก็ตาม ผู้เชี่ยวชาญจาก Celera ได้ปรับปรุงอัลกอริธึมการเรียงลำดับ นอกจากนี้ ซูเปอร์คอมพิวเตอร์ยังถูกสร้างขึ้นตามลำดับ ซึ่งทำให้สามารถเพิ่ม "ส่วนประกอบ" ของ DNA ที่ระบุลงในลำดับผลลัพธ์ได้เร็วและแม่นยำยิ่งขึ้น แน่นอนว่าทั้งหมดนี้ไม่ได้ทำให้ Celera ได้เปรียบอย่างไม่มีเงื่อนไข แต่มันบังคับให้ได้รับการพิจารณาว่าเป็นผู้เข้าร่วมการแข่งขันเต็มรูปแบบ
การเกิดขึ้นของ Celera Genomics เพิ่มความตึงเครียดอย่างมาก เนื่องจากผู้ที่เกี่ยวข้องในโครงการของรัฐบาลรู้สึกถึงการแข่งขันที่รุนแรง นอกจากนี้ หลังจากการก่อตั้งบริษัท คำถามเกี่ยวกับประสิทธิภาพของการใช้การลงทุนภาครัฐก็เริ่มรุนแรงขึ้น เซเลรานำโดยศาสตราจารย์เครก เวนเตอร์ ซึ่งมีประสบการณ์กว้างขวางในงานทางวิทยาศาสตร์ในโครงการ "จีโนมมนุษย์" ของรัฐบาล เขาเป็นคนที่บอกว่าโปรแกรมสาธารณะทั้งหมดไม่ได้ผล และบริษัทของเขาจัดลำดับจีโนมได้เร็วและถูกกว่า แล้วอีกปัจจัยหนึ่งก็ปรากฏขึ้น - บริษัทยาขนาดใหญ่ติดอยู่
ความจริงก็คือหากข้อมูลทั้งหมดเกี่ยวกับจีโนมเป็นสาธารณสมบัติ พวกเขาจะสูญเสียทรัพย์สินทางปัญญา และจะไม่มีอะไรให้จดสิทธิบัตร ด้วยความกังวลเกี่ยวกับเรื่องนี้ พวกเขาจึงลงทุนหลายพันล้านดอลลาร์ใน Celera Genomics (ซึ่งอาจเจรจาได้ง่ายกว่า) สิ่งนี้ทำให้ตำแหน่งของเธอแข็งแกร่งยิ่งขึ้น เพื่อตอบสนองต่อสิ่งนี้ ทีมงานของกลุ่มความร่วมมือระหว่างรัฐจึงต้องเพิ่มประสิทธิภาพของการถอดรหัสจีโนมอย่างเร่งด่วน ในตอนแรกงานไม่พร้อมเพรียงกัน แต่แล้วการอยู่ร่วมกันบางรูปแบบก็บรรลุผลสำเร็จ และการแข่งขันก็เริ่มเพิ่มมากขึ้น
ตอนจบสวยงามมาก - องค์กรที่แข่งขันกันประกาศความสำเร็จของการถอดรหัสจีโนมมนุษย์ตามข้อตกลงร่วมกันพร้อมกัน สิ่งนี้เกิดขึ้นดังที่เราเขียนไปแล้วเมื่อวันที่ 26 มิถุนายน พ.ศ. 2543 แต่ความแตกต่างของเวลาระหว่างอเมริกาและอังกฤษทำให้สหรัฐอเมริกาเป็นที่หนึ่ง
“การแข่งขันเพื่อจีโนม” ซึ่งบริษัทระหว่างรัฐบาลและเอกชนเข้าร่วม จบลงด้วยการ “เสมอกัน” อย่างเป็นทางการ: นักวิจัยทั้งสองกลุ่มเผยแพร่ความสำเร็จของพวกเขาเกือบจะพร้อมกัน Craig Venter หัวหน้าบริษัทเอกชน Celera Genomics ตีพิมพ์ผลงานของเขาในวารสาร Science โดยร่วมมือกับนักวิทยาศาสตร์ประมาณ 270 คนที่ทำงานภายใต้การดูแลของเขา งานวิจัยนี้ดำเนินการโดย International Human Genome Sequencing Consortium (IHGSC) ได้รับการตีพิมพ์ในวารสาร Nature และรายชื่อผู้เขียนทั้งหมดประกอบด้วยคนประมาณ 2,800 คนที่ทำงานอยู่ในศูนย์เกือบ 34 แห่งทั่วโลก
การวิจัยกินเวลารวม 15 ปี การสร้างจีโนมมนุษย์เวอร์ชัน "ร่าง" ครั้งแรกใช้เงินลงทุน 300 ล้านดอลลาร์ อย่างไรก็ตาม มีการจัดสรรเงินประมาณสามพันล้านดอลลาร์สำหรับการวิจัยทั้งหมดในหัวข้อนี้ รวมถึงการวิเคราะห์เปรียบเทียบและการแก้ปัญหาด้านจริยธรรมหลายประการ Celera Genomics ลงทุนไปในปริมาณเท่ากัน แม้ว่าจะใช้เวลาเพียงหกปีก็ตาม ราคานั้นมหาศาล แต่จำนวนนี้ไม่มีนัยสำคัญเลยเมื่อเปรียบเทียบกับผลประโยชน์ที่ประเทศกำลังพัฒนาจะได้รับจากชัยชนะครั้งสุดท้ายเหนือโรคร้ายแรงหลายสิบโรคที่คาดว่าจะเกิดขึ้นในไม่ช้า และในปี 2550 ดร.เจมส์ วัตสัน หนึ่งในผู้ค้นพบโครงสร้างของ DNA ได้รับดีวีดีสองแผ่นซึ่งมีจีโนมของเขามูลค่ารวม 1 ล้านเหรียญสหรัฐ ดังที่เราเห็นราคากำลังลดลง
ในการให้สัมภาษณ์กับ BBC เมื่อเดือนตุลาคม พ.ศ. 2545 Craig Venter ประธาน Celera Genomics กล่าวว่าหนึ่งในองค์กรไม่แสวงผลกำไรของเขาวางแผนที่จะผลิตซีดีที่มีข้อมูลมากที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้เกี่ยวกับ DNA ของลูกค้าภายในเวลาประมาณ 10 ปี ค่าใช้จ่ายโดยประมาณของคำสั่งซื้อดังกล่าวคือมากกว่า 700,000 ดอลลาร์ ผู้พัฒนาโครงการ Revolutionary Genome Sequencing ซึ่งได้รับทุนจากสถาบันสุขภาพแห่งชาติของสหรัฐอเมริกา ตั้งเป้าที่จะลดต้นทุนในการจัดลำดับจีโนมมนุษย์ลงเหลือ 100,000 ดอลลาร์ภายในปี 2552 และลดเหลือ 1,000 ดอลลาร์ภายในปี 2557
ชื่อเสียงที่แพร่หลายและเงินทุนจำนวนมากถือเป็นดาบสองคม เนื่องจากงานดำเนินไปอย่างง่ายดายและรวดเร็วด้วยเงินทุนที่ไม่จำกัด แต่ในทางกลับกัน ผลการวิจัยมักจะต้องเป็นไปตามที่สั่งไว้ ภายในต้นปี 2544 มีการระบุยีนมากกว่า 20,000 ยีนในจีโนมมนุษย์อย่างแน่นอน 100% ตัวเลขนี้น้อยกว่าที่คาดการณ์ไว้เมื่อสองปีก่อนถึงสามเท่า ทีมนักวิจัยชุดที่สองจากสถาบันวิจัยจีโนมแห่งชาติของสหรัฐอเมริกา นำโดยฟรานซิส คอลลินส์ ได้รับผลลัพธ์เดียวกันโดยอิสระ โดยมียีนอยู่ระหว่าง 20 ถึง 25,000 ยีนในจีโนมของเซลล์มนุษย์แต่ละเซลล์
อย่างไรก็ตาม โครงการวิจัยความร่วมมือระหว่างประเทศอีกสองโครงการมีส่วนทำให้เกิดความไม่แน่นอนในการประมาณการขั้นสุดท้าย ดร. วิลเลียม เฮเซลไทน์ (หัวหน้าฝ่ายการศึกษาจีโนมมนุษย์) ยืนยันว่าธนาคารของพวกเขามีข้อมูลเกี่ยวกับยีน 140,000 ยีน และเขาจะไม่เปิดเผยข้อมูลนี้กับประชาคมโลกในตอนนี้ บริษัทของเขาได้ลงทุนเงินในสิทธิบัตรและวางแผนที่จะสร้างรายได้จากข้อมูลที่ได้รับเนื่องจากเกี่ยวข้องกับยีนของโรคในมนุษย์ที่แพร่หลาย อีกกลุ่มหนึ่งคือสถาบันวิจัยจีโนม เมืองร็อกวิลล์ รัฐแมริแลนด์ สหรัฐอเมริกา อ้างว่ามียีนที่ระบุถึง 120,000 ยีน และยังยืนยันว่าตัวเลขนี้สะท้อนถึงจำนวนยีนทั้งหมดของมนุษย์
มีความจำเป็นต้องชี้แจงในที่นี้ว่านักวิจัยเหล่านี้มีส่วนร่วมในการถอดรหัสลำดับ DNA ไม่ใช่ของจีโนมเอง แต่เป็นสำเนา DNA ของข้อมูล (เรียกอีกอย่างว่าเทมเพลต) RNA (mRNA หรือ mRNA) กล่าวอีกนัยหนึ่ง ไม่ใช่การศึกษาจีโนมทั้งหมด แต่เพียงส่วนหนึ่งของจีโนมที่เซลล์เข้ารหัสใหม่เป็น mRNA และควบคุมการสังเคราะห์โปรตีน เนื่องจากยีนหนึ่งสามารถทำหน้าที่เป็นแม่แบบสำหรับการผลิต mRNA หลายประเภท (ซึ่งถูกกำหนดโดยปัจจัยหลายประการ: ประเภทของเซลล์ ระยะการพัฒนาของสิ่งมีชีวิต ฯลฯ) ดังนั้นจำนวนรวมของลำดับ mRNA ที่แตกต่างกันทั้งหมดสามารถ ( และนี่คือสิ่งที่การศึกษาจดสิทธิบัตรจีโนมมนุษย์") จะมีขนาดใหญ่ขึ้นอย่างเห็นได้ชัด เป็นไปได้มากว่าการใช้ตัวเลขนี้เพื่อประมาณจำนวนยีนในจีโนมนั้นไม่ถูกต้อง
แน่นอนว่าข้อมูลทางพันธุกรรมที่ "แปรรูป" อย่างเร่งรีบจะได้รับการตรวจสอบอย่างรอบคอบในอีกไม่กี่ปีข้างหน้า จนกว่าจำนวนยีนที่แน่นอนจะเป็นที่ยอมรับโดยทั่วไปในที่สุด แต่ที่น่าตกใจก็คือความจริงที่ว่าในกระบวนการ "การรับรู้" ทุกสิ่งที่สามารถจดสิทธิบัตรได้นั้นได้รับการจดสิทธิบัตรแล้ว มันไม่ใช่แม้แต่ผิวหนังของหมีที่ตายแล้ว แต่โดยทั่วไปแล้วทุกสิ่งที่อยู่ในถ้ำก็ถูกแบ่งออก!
อย่างไรก็ตาม วันนี้การอภิปรายได้ชะลอตัวลง และจีโนมมนุษย์มีเพียง 21,667 ยีนอย่างเป็นทางการ (NCBI เวอร์ชัน 35 ลงวันที่ตุลาคม 2548) ควรสังเกตว่าขณะนี้ข้อมูลส่วนใหญ่ยังคงเปิดเผยต่อสาธารณะ ขณะนี้มีฐานข้อมูลที่รวบรวมข้อมูลเกี่ยวกับโครงสร้างของจีโนมไม่เพียงแต่ของมนุษย์เท่านั้น แต่ยังรวมไปถึงจีโนมของสิ่งมีชีวิตอื่น ๆ อีกมากมาย (เช่น EnsEMBL) อย่างไรก็ตาม ความพยายามที่จะได้รับสิทธิ์แต่เพียงผู้เดียวในการใช้ยีนหรือลำดับใดๆ เพื่อวัตถุประสงค์ทางการค้ายังคงเป็นอยู่ในปัจจุบัน และจะดำเนินการต่อไป
วันนี้เป้าหมายหลักของส่วนโครงสร้างของโปรแกรมได้บรรลุผลไปมากแล้ว - จีโนมมนุษย์ถูกอ่านเกือบทั้งหมดแล้ว ซีเควนซ์เวอร์ชัน "ร่าง" เวอร์ชันแรกซึ่งตีพิมพ์เมื่อต้นปี พ.ศ. 2544 ยังห่างไกลจากความสมบูรณ์แบบ ลำดับจีโนมหายไปประมาณ 30% โดยรวม โดยประมาณ 10% เป็นลำดับที่เรียกว่ายูโครมาติน ซึ่งเป็นบริเวณที่อุดมไปด้วยยีนและแสดงออกอย่างแข็งขันของโครโมโซม
ตามการประมาณการล่าสุด ยูโครมาตินคิดเป็นประมาณ 93.5% ของจีโนมทั้งหมด ส่วนที่เหลืออีก 6.5% เป็นเฮเทอโรโครมาติน - บริเวณของโครโมโซมเหล่านี้มียีนไม่ดีและมีการทำซ้ำจำนวนมาก ซึ่งก่อให้เกิดปัญหาร้ายแรงสำหรับนักวิทยาศาสตร์ที่พยายามอ่านลำดับของพวกเขา ยิ่งไปกว่านั้น DNA ในเฮเทอโรโครมาตินถือว่าไม่ทำงานและไม่แสดงออก (สิ่งนี้อาจอธิบาย "การไม่ตั้งใจ" ของนักวิทยาศาสตร์ต่อเปอร์เซ็นต์ "เล็กน้อย" ที่เหลือของจีโนมมนุษย์)
แต่แม้แต่ลำดับยูโครมาติกเวอร์ชัน "ร่าง" ที่มีจำหน่ายในปี 2544 ก็ยังมีจุดแตกหัก ข้อผิดพลาด และชิ้นส่วนที่เชื่อมต่อและกำหนดทิศทางไม่ถูกต้องจำนวนมาก โดยไม่เบี่ยงเบนความสำคัญของร่างนี้สำหรับวิทยาศาสตร์และการประยุกต์ แต่อย่างใดเป็นที่น่าสังเกตว่าการใช้ข้อมูลเบื้องต้นนี้ในการทดลองขนาดใหญ่เพื่อวิเคราะห์จีโนมโดยรวม (ตัวอย่างเช่นเมื่อศึกษาวิวัฒนาการของยีนหรือ การจัดระเบียบทั่วไปของจีโนม) เผยให้เห็นความไม่ถูกต้องและสิ่งประดิษฐ์มากมาย ดังนั้นการทำงานที่ต้องใช้ความอุตสาหะเพิ่มเติมและไม่น้อยไปกว่า "ขั้นตอนสุดท้าย" จึงจำเป็นอย่างยิ่ง
การถอดรหัสให้เสร็จสิ้นใช้เวลาหลายปีและมีค่าใช้จ่ายเกือบสองเท่าของโครงการทั้งหมด อย่างไรก็ตาม ในปี 2004 มีการประกาศว่ายูโครมาตินอ่านค่าได้ 99% โดยมีความแม่นยำโดยรวมที่ข้อผิดพลาด 1 รายการต่อคู่เบส 100,000 คู่ จำนวนการหยุดพักลดลง 400 เท่า การอ่านที่แม่นยำและครบถ้วนนั้นเพียงพอสำหรับการค้นหายีนที่รับผิดชอบต่อโรคทางพันธุกรรมบางชนิดอย่างมีประสิทธิผล (เช่น โรคเบาหวานหรือมะเร็งเต้านม) ในทางปฏิบัติ หมายความว่านักวิจัยไม่จำเป็นต้องผ่านกระบวนการที่ใช้แรงงานเข้มข้นในการยืนยันลำดับของยีนที่พวกเขากำลังทำงานด้วยอีกต่อไป เนื่องจากพวกเขาสามารถพึ่งพาลำดับที่เฉพาะเจาะจงและเปิดเผยต่อสาธารณะของจีโนมทั้งหมดได้
ดังนั้นจึงเกินแผนโครงการเดิมอย่างมีนัยสำคัญ สิ่งนี้ช่วยให้เราเข้าใจว่าจีโนมของเรามีโครงสร้างและทำงานอย่างไร? ไม่ต้องสงสัยเลย ผู้เขียนบทความใน Nature ซึ่งมีการตีพิมพ์จีโนมเวอร์ชัน "สุดท้าย" (ณ ปี 2547) ได้ทำการวิเคราะห์หลายครั้งโดยใช้จีโนมดังกล่าว ซึ่งจะไม่มีความหมายอย่างยิ่งหากมีเพียงลำดับ "แบบร่าง" เท่านั้น ปรากฎว่ามียีนมากกว่าหนึ่งพันยีนที่ "เกิด" เมื่อไม่นานมานี้ (ตามมาตรฐานวิวัฒนาการ) - อยู่ในกระบวนการเพิ่มยีนดั้งเดิมเป็นสองเท่าและการพัฒนายีนลูกสาวและยีนผู้ปกครองอย่างอิสระในเวลาต่อมา และเมื่อไม่นานมานี้ ยีนเพียงไม่ถึงสี่สิบยีนก็ "ตาย" โดยมีการกลายพันธุ์สะสมซึ่งทำให้พวกมันไม่ทำงานโดยสิ้นเชิง
บทความอื่นที่ตีพิมพ์ในฉบับเดียวกันของ Nature ชี้ให้เห็นโดยตรงถึงข้อบกพร่องของวิธีการที่นักวิทยาศาสตร์ Celera ใช้ ผลที่ตามมาของข้อบกพร่องเหล่านี้คือการละเว้นการทำซ้ำหลายครั้งในลำดับดีเอ็นเอที่อ่าน และเป็นผลให้ความยาวและความซับซ้อนของจีโนมทั้งหมดประเมินต่ำไป เพื่อหลีกเลี่ยงไม่ให้เกิดข้อผิดพลาดที่คล้ายกันซ้ำอีกในอนาคต ผู้เขียนบทความเสนอให้ใช้กลยุทธ์แบบผสม ซึ่งเป็นการผสมผสานระหว่างวิธีการที่มีประสิทธิภาพสูงที่นักวิทยาศาสตร์จาก Celera ใช้ และวิธีการที่ค่อนข้างช้าและใช้แรงงานมาก แต่ยังเชื่อถือได้มากกว่าที่นักวิจัยใช้ จาก IHGSC
การศึกษาจีโนมมนุษย์ที่ไม่เคยมีมาก่อนจะดำเนินต่อไปที่ไหน? ตอนนี้มีบางอย่างที่สามารถพูดได้ สมาคมระหว่างประเทศ ENCODE (ENCyclopaedia Of DNA Elements) ก่อตั้งขึ้นในเดือนกันยายน พ.ศ. 2546 โดยมีเป้าหมายในการค้นพบและศึกษา "องค์ประกอบควบคุม" (ลำดับ) ในจีโนมมนุษย์ แท้จริงแล้ว คู่เบส 3 พันล้านคู่ (กล่าวคือ ความยาวของจีโนมมนุษย์) มีเพียง 22,000 ยีนที่กระจัดกระจายอยู่ในมหาสมุทรแห่งดีเอ็นเอในลักษณะที่เราไม่สามารถเข้าใจได้ อะไรควบคุมการแสดงออกของพวกเขา? ทำไมเราถึงต้องการ DNA ส่วนเกินเช่นนี้? มันเป็นบัลลาสต์จริงๆ หรือเปล่า หรือยังปรากฏให้เห็น โดยมีฟังก์ชันบางอย่างที่ไม่รู้จัก?
เริ่มต้นด้วยโครงการนำร่อง นักวิทยาศาสตร์ของ ENCODE ได้ "มองอย่างใกล้ชิด" ในลำดับที่คิดเป็น 1% ของจีโนมมนุษย์ (30 ล้านคู่เบส) โดยใช้อุปกรณ์ล่าสุดสำหรับการวิจัยชีววิทยาระดับโมเลกุล ผลลัพธ์ถูกเผยแพร่ใน Nature ในเดือนเมษายนปีนี้ ปรากฎว่าจีโนมมนุษย์ส่วนใหญ่ (รวมถึงบริเวณที่ก่อนหน้านี้ถือว่า "เงียบ") ทำหน้าที่เป็นแม่แบบสำหรับการผลิต RNA ต่างๆ ซึ่งหลายแห่งไม่ได้ให้ข้อมูลเนื่องจากไม่ได้เข้ารหัสโปรตีน RNA ที่ "ไม่เข้ารหัส" เหล่านี้จำนวนมากซ้อนทับกับยีน "คลาสสิก" (ส่วนของ DNA ที่สร้างรหัสสำหรับโปรตีน)
ผลลัพธ์ที่ไม่คาดคิดอีกประการหนึ่งคือการที่บริเวณควบคุมของ DNA นั้นอยู่อย่างไรโดยสัมพันธ์กับยีนที่พวกมันควบคุมการแสดงออก ลำดับของบริเวณต่างๆ เหล่านี้เปลี่ยนแปลงเพียงเล็กน้อยในระหว่างการวิวัฒนาการ ในขณะที่บริเวณอื่นๆ ที่ถือว่ามีความสำคัญต่อการควบคุมเซลล์มีการกลายพันธุ์และเปลี่ยนแปลงในระหว่างการวิวัฒนาการในอัตราที่สูงอย่างไม่คาดคิด การค้นพบทั้งหมดนี้ทำให้เกิดคำถามใหม่จำนวนมาก ซึ่งเป็นคำตอบที่สามารถหาได้ในการวิจัยเพิ่มเติมเท่านั้น
ภารกิจอีกประการหนึ่งซึ่งจะเป็นการแก้ปัญหาในอนาคตอันใกล้นี้ คือการกำหนดลำดับของเปอร์เซ็นต์ “เล็กน้อย” ที่เหลือของจีโนมที่ประกอบเป็นเฮเทอโรโครมาติน กล่าวคือ ส่วน DNA ที่มียีนไม่ดีและมีปริมาณซ้ำซ้อนซึ่งจำเป็นสำหรับ โครโมโซมเพิ่มขึ้นสองเท่าระหว่างการแบ่งเซลล์ การมีอยู่ของการทำซ้ำทำให้งานในการถอดรหัสลำดับเหล่านี้ทำได้ยากสำหรับแนวทางที่มีอยู่ ดังนั้นจึงจำเป็นต้องมีการประดิษฐ์วิธีการใหม่ ดังนั้นอย่าแปลกใจเมื่อมีการตีพิมพ์บทความอื่นในปี 2010 ที่ประกาศ "การสิ้นสุด" ของการถอดรหัสจีโนมมนุษย์ - มันจะพูดถึงว่าเฮเทอโรโครมาตินถูก "แฮ็ก" อย่างไร
แน่นอนว่าตอนนี้เรามีจีโนมมนุษย์รุ่น "เฉลี่ย" เท่านั้น วันนี้เรามีเพียงคำอธิบายทั่วไปที่สุดเกี่ยวกับการออกแบบรถยนต์: เครื่องยนต์, แชสซี, ล้อ, พวงมาลัย, เบาะนั่ง, สี, เบาะ, น้ำมันเบนซินและน้ำมัน ฯลฯ การตรวจสอบผลลัพธ์ที่ได้รับอย่างใกล้ชิดบ่งชี้ว่ามี การทำงานหลายปีในการปรับปรุงความรู้ของเราเกี่ยวกับจีโนมเฉพาะแต่ละอัน
โปรแกรมจีโนมมนุษย์ไม่ได้หยุดอยู่เพียงการเปลี่ยนทิศทางเท่านั้น: จากจีโนมเชิงโครงสร้างมีการเปลี่ยนแปลงไปสู่จีโนมเชิงฟังก์ชันซึ่งออกแบบมาเพื่อกำหนดวิธีควบคุมและทำงานของยีน ยิ่งไปกว่านั้น คนทุกคนมีความแตกต่างกันในระดับยีนในลักษณะเดียวกับที่รถรุ่นเดียวกันมีความแตกต่างกันในรุ่นต่างๆ ของรถรุ่นเดียวกัน ไม่เพียงแต่ฐานแต่ละฐานในลำดับยีนของคนสองคนจะแตกต่างกันเท่านั้น แต่จำนวนสำเนาของชิ้นส่วน DNA ขนาดใหญ่ ซึ่งบางครั้งอาจรวมถึงยีนหลายยีนด้วย ก็อาจแตกต่างกันอย่างมากเช่นกัน
ซึ่งหมายความว่าการทำงานในการเปรียบเทียบรายละเอียดของจีโนมของประชากรมนุษย์ กลุ่มชาติพันธุ์ต่างๆ และแม้แต่คนที่มีสุขภาพดีและป่วยกำลังมาถึงเบื้องหน้า เทคโนโลยีสมัยใหม่ทำให้สามารถทำการวิเคราะห์เปรียบเทียบได้อย่างรวดเร็วและแม่นยำ แต่เมื่อสิบปีที่แล้วไม่มีใครเคยฝันถึงสิ่งนี้ สมาคมวิทยาศาสตร์ระหว่างประเทศอีกแห่งกำลังศึกษาความแปรผันของโครงสร้างในจีโนมมนุษย์
ในสหรัฐอเมริกาและยุโรป มีการจัดสรรเงินทุนจำนวนมากเพื่อเป็นเงินทุนสำหรับชีวสารสนเทศศาสตร์ ซึ่งเป็นวิทยาศาสตร์รุ่นเยาว์ที่เกิดขึ้นที่จุดตัดของวิทยาการคอมพิวเตอร์ คณิตศาสตร์ และชีววิทยา โดยที่ไม่สามารถเข้าใจมหาสมุทรข้อมูลที่ไร้ขอบเขตที่สะสมในชีววิทยาสมัยใหม่ได้ วิธีการข้อมูลทางชีวภาพจะช่วยเราตอบคำถามที่น่าสนใจมากมาย - "วิวัฒนาการของมนุษย์เกิดขึ้นได้อย่างไร", "ยีนใดที่กำหนดลักษณะเฉพาะของร่างกายมนุษย์", "ยีนใดที่รับผิดชอบต่อความอ่อนแอต่อโรค"
คุณรู้ว่าภาษาอังกฤษพูดว่าอย่างไร: "นี่คือจุดสิ้นสุดของจุดเริ่มต้น" - "นี่คือจุดสิ้นสุดของจุดเริ่มต้น" นี่คือชื่อบทความของ Lincoln D. Stein จาก Cold Spring Harbor Laboratory (Nature (2004) 431, 915-916) และวลีนี้สะท้อนสถานการณ์ปัจจุบันได้อย่างถูกต้อง สิ่งที่สำคัญที่สุดเริ่มต้นขึ้น และฉันมั่นใจอย่างยิ่งว่าสิ่งที่น่าสนใจที่สุด: การสะสมผลลัพธ์ การเปรียบเทียบ และการวิเคราะห์เพิ่มเติม
“...วันนี้เรากำลังออกหนังสือแห่งชีวิตฉบับพิมพ์ครั้งแรกพร้อมคำแนะนำของเรา” ฟรานซิส คอลลินส์ กล่าวทางสถานีโทรทัศน์ Rossiya “เราจะหันไปหาเขาเป็นเวลาหลายสิบปีหลายร้อยปี และในไม่ช้าผู้คนจะสงสัยว่าพวกเขาสามารถจัดการได้อย่างไรหากไม่มีข้อมูลนี้”
อีกมุมมองหนึ่งสามารถอธิบายได้โดยการอ้างอิงจากนักวิชาการ V.A. คอร์ดีมา:
“...ความหวังว่าข้อมูลใหม่เกี่ยวกับการทำงานของจีโนมจะถูกเปิดเผยโดยสมบูรณ์นั้นเป็นเพียงสัญลักษณ์เท่านั้น สามารถคาดการณ์ได้ว่าศูนย์ขนาดมหึมาจะเกิดขึ้น (บนพื้นฐานของที่มีอยู่) ซึ่งจะสามารถเชื่อมต่อข้อมูลทั้งหมดให้เป็นหนึ่งเดียวที่สอดคล้องกันซึ่งเป็นเวอร์ชันอิเล็กทรอนิกส์ของมนุษย์และนำไปปฏิบัติจริง - ในยีนโปรตีนเซลล์ เนื้อเยื่อ อวัยวะ และอื่นๆ แต่อะไรล่ะ? น่ายินดีกับใคร? เพื่ออะไร? ในกระบวนการทำงานในโปรแกรม "จีโนมมนุษย์" วิธีการและอุปกรณ์ในการกำหนดลำดับดีเอ็นเอหลักได้รับการปรับปรุงอย่างรวดเร็ว ในศูนย์ที่ใหญ่ที่สุด สิ่งนี้กลายเป็นกิจกรรมแบบโรงงาน
แต่แม้ในระดับของอุปกรณ์ห้องปฏิบัติการแต่ละเครื่อง (หรือค่อนข้างซับซ้อน) อุปกรณ์ขั้นสูงดังกล่าวได้ถูกสร้างขึ้นแล้วซึ่งสามารถระบุลำดับ DNA ที่มีปริมาตรเท่ากับจีโนมมนุษย์ทั้งหมดได้ใน 3 เดือน ไม่น่าแปลกใจที่แนวคิดในการกำหนดจีโนมของแต่ละบุคคลเกิดขึ้น (และเริ่มนำไปใช้อย่างรวดเร็วในทันที) แน่นอนว่าเป็นเรื่องที่น่าสนใจมากที่จะเปรียบเทียบความแตกต่างของแต่ละบุคคลในระดับหลักการพื้นฐานของพวกเขา ประโยชน์ของการเปรียบเทียบดังกล่าวก็ไม่ต้องสงสัยเช่นกัน จะสามารถระบุได้ว่าใครมีความผิดปกติอะไรบ้างในจีโนม ทำนายผลที่ตามมา และกำจัดสิ่งที่อาจนำไปสู่โรคได้ รับประกันสุขภาพและอายุจะยืนยาวขึ้นอย่างมาก นี่คือด้านหนึ่ง
ในทางกลับกันทุกอย่างไม่ชัดเจนเลย การได้รับและวิเคราะห์พันธุกรรมทั้งหมดของบุคคลหมายถึงการได้รับเอกสารทางชีววิทยาที่สมบูรณ์และครอบคลุมเกี่ยวกับเขา หากผู้รู้ปรารถนาปรารถนา ก็จะยอมให้เขาทำทุกอย่างที่ต้องการร่วมกับบุคคลได้อย่างทั่วถึงเช่นเดียวกัน ตามสายโซ่ที่ทราบอยู่แล้ว: เซลล์เป็นเครื่องจักรระดับโมเลกุล บุคคลประกอบด้วยเซลล์ เซลล์ในการสำแดงทั้งหมดและในช่วงของการตอบสนองที่เป็นไปได้ทั้งหมดจะถูกบันทึกไว้ในจีโนม จีโนมสามารถถูกดัดแปลงได้แล้วในขอบเขตที่จำกัดในปัจจุบัน และในอนาคตอันใกล้นี้ จีโนมสามารถถูกดัดแปลงได้ในแทบทุกทาง…”
อย่างไรก็ตาม อาจยังเร็วเกินไปที่จะกลัวการคาดการณ์ที่มืดมนเช่นนี้ (แม้ว่าคุณจะต้องรู้เรื่องนี้อย่างแน่นอนก็ตาม) เพื่อนำไปปฏิบัติ จำเป็นต้องสร้างประเพณีทางสังคมและวัฒนธรรมขึ้นมาใหม่ทั้งหมด วิทยาศาสตรดุษฎีบัณฑิตมิคาอิล เกลฟานด์ ซึ่งทำหน้าที่รักษาการกล่าวได้ดีมากเกี่ยวกับเรื่องนี้ในการให้สัมภาษณ์ รองผู้อำนวยการสถาบันปัญหาการส่งข้อมูลของ Russian Academy of Sciences: “...ถ้าคุณมีหนึ่งในห้ายีนที่กำหนดล่วงหน้าการพัฒนาของโรคจิตเภทแล้วจะเกิดอะไรขึ้นหากข้อมูลนี้ - จีโนมของคุณ - ตกอยู่ในมือของนายจ้างที่มีศักยภาพของคุณซึ่งไม่มีส่วนเกี่ยวข้องใด ๆ ไม่เข้าใจจีโนมิกส์! (และด้วยเหตุนี้ พวกเขาอาจไม่จ้างคุณ เนื่องจากมีความเสี่ยง และแม้ว่าคุณจะไม่มีและจะไม่เป็นโรคจิตเภทก็ตาม - บันทึกของผู้เขียน)
อีกแง่มุมหนึ่ง: ด้วยการถือกำเนิดของการแพทย์เฉพาะบุคคลโดยอาศัยจีโนมิกส์ การแพทย์ประกันภัยจะเปลี่ยนแปลงไปอย่างสิ้นเชิง ท้ายที่สุดแล้ว การจัดหาความเสี่ยงที่ไม่ทราบสาเหตุเป็นอีกเรื่องหนึ่ง และเป็นอีกสิ่งหนึ่งที่ต้องจัดเตรียมให้กับความเสี่ยงที่แน่นอนอย่างแน่นอน พูดตามตรง สังคมตะวันตกโดยรวม ไม่เพียงแต่ในรัสเซียเท่านั้น ที่ยังไม่พร้อมสำหรับการปฏิวัติจีโนมในขณะนี้...”
จริงๆ แล้ว เพื่อที่จะใช้ข้อมูลใหม่อย่างชาญฉลาด คุณต้องเข้าใจข้อมูลนั้น และเพื่อที่จะเข้าใจจีโนม ไม่ใช่แค่อ่านเท่านั้น แต่ยังไม่เพียงพอ เราจะต้องใช้เวลาหลายทศวรรษ ภาพที่ซับซ้อนมากกำลังเกิดขึ้น และเพื่อที่จะเข้าใจ เราจะต้องเปลี่ยนทัศนคติแบบเหมารวมหลายอย่าง ดังนั้น ในความเป็นจริง การถอดรหัสจีโนมยังคงดำเนินต่อไปและจะดำเนินต่อไป และไม่ว่าเราจะยืนหยัดหรือกลายเป็นผู้เข้าร่วมการแข่งขันครั้งนี้ในที่สุดนั้นก็ขึ้นอยู่กับเรา
