私たちの体を構成する何兆もの細胞のうち、脳全体にシグナルを中継するニューロンから、絶え間ない外部攻撃から私たちの体を守るのを助ける免疫細胞まで、ほぼすべての細胞がヒトゲノムを構成する同じ30億のDNA塩基対を含んでいます。 体内の200以上の細胞型のそれぞれが、私たちを生き続けるために必要な機能を実行するために、この同一の情報を非常に異なって解釈することは これは、生物とその細胞がどのように機能するかを理解するために、DNA自体の配列を超えて見る必要があることを示しています。
ゲノム全体を研究する
それでは、ゲノム全体を理解するにはどうすればよいですか？ 2000年には、ヒトゲノムプロジェクトは、ヒトゲノムの最初の完全なシーケンスを提供しました。 すべてのゲノムを構成するDNAは、アデニン（A）、グアニン（G）、シトシン（C）、およびチミン（T）–核酸と呼ばれる四つの関連化学物質で構成されています。 DNAの配列は、直線的に「読み出される」AGATTCAGのように、互いに化学的に結合しているこれらの核酸（「塩基」または「塩基対」とも呼ばれる）の列である。 DNAの配列を決定するための実験的方法は、いくつかの強力なコンピュータからの助けと一緒に、最終的に科学者にA、G、C、Tの完全な配列を3億文字の長さにした。 当時、研究者は、DNAがゲノムの機能単位（遺伝子として知られている）を検索するためにどのように機能するかについて十分に知っていると考えました。 遺伝子は、タンパク質を作るために必要な情報をコードするDNAの文字列であり、その後、私たちの細胞内でいくつかの機能を実行するために行く。
ヒトゲノムプロジェクトの後、科学者たちはゲノム内に約20,000個の遺伝子があることを発見しました。 驚くべきことに、これらの遺伝子は、30億塩基対のDNAの約1〜2％のみを構成する。 これは、私たちのゲノム全体の98–99％のどこからでも、タンパク質のコーディング以外の何かをしなければならないことを意味します-科学者は、この非コー スペースの残りの部分は解釈できないランダムな文字や文字の片言を含んでいた100ページごとに英語で一貫した文を含む百科事典の複数のボリュームを与えられていることを想像してみてください。 あなたはおそらく、すべてのこれらのランダムな文字や文字が何十年もの科学者を悩ませてきた正確な問題である、最初の場所であった理由を疑問
なぜ私たちのゲノムの多くはタンパク質のコード化に使われていないのですか？ この余分なDNAは、任意の機能的な目的を果たしていますか？ この余分なDNAがすべて必要かどうかを知るためには、ゲノムサイズが大きく異なる密接に関連する種を見ることができます。 例えば、タマネギ、エシャロット、ニンニクを含むアリウム属は、10億から20億塩基対の範囲のゲノムサイズを持っています。 このような大量の余分なDNAが、おそらくゲノムの多くが有用ではないと主張して、ある種では有用であり、その遺伝的いとこでは有用ではないとは さらに、これらのゲノムはヒトゲノムよりもはるかに大きく、タマネギが非常に複雑であるか、ゲノムのサイズが生物がどれほど複雑であるか、それがどのように機能するかについて何も述べていない可能性が高いことを示しています。
ゲノムのどの部分が機能しているのか？
DNAの配列決定と、その結果得られる配列（総称してバイオインフォマティクスと呼ばれる）を解析するためのコンピュータの使用における驚くべき技術的進歩により、ヒトゲノムプロジェクトと同様の大規模なプロジェクトがヒトゲノムの複雑さと大きさを解明し始めている。 一つの特定のプロジェクト、エンコード、またはDNA要素の百科事典は、ヒトゲノムの全体の機能を見つけるために着手しました。 言い換えれば、ヒトゲノムプロジェクトは、人間の生命の青写真を読むために着手したが、エンコードの目標は、これらの青いプリントのどの部分が実際に機能的な何かを行うかを調べることでした。 2003年に開始され、国立ヒトゲノム研究所によって資金提供されているENCODEプロジェクトには、世界中の研究室のグループが取り組んでいます。 ちょうど今月、コンソーシアムは30以上の科学雑誌の記事にその主な結果を発表し、それはメディアによって注目のかなりの量を与えられています。
図1. ヒトゲノム全体を構成する46の染色体（上）。 各染色体（中央）は、タンパク質を作るために必要な情報をコードする遺伝子を振りかけたDNAの長い、連続的なストレッチです。 遺伝子はゲノムのわずかな割合を占めており、残りはタンパク質をコードしない遺伝子間領域（底部）で構成されています。 これらは、エンコードが研究に最も興味を持っている地域です。 (Image Credit:Wikimedia Commons;User–Plociam)
エンコードの目標をよりよく理解するために、「機能的」とは何を意味するのかを理解することが最初に役立ちます。”遺伝子は、細胞内で機能を果たす分子であるタンパク質を作るために必要な情報をコードすることを忘れないでください。 与えられた遺伝子が最終的にどのくらいのタンパク質を産生するか、またはそれが全く作られることが許されるかどうかは、その遺伝子発現によ ゲノムの場合、機能的である任意の非タンパク質コード配列は、おそらく遺伝子がどのように発現されるかに何らかの影響を有するであろう;すなわち、機能的な配列は、何らかの方法で与えられたコードDNA配列からどのくらいのタンパク質が作られるかを調節する。 細胞にその同一性を与えるのに役立つのは、タンパク質の組成の違いです。 すべての細胞にはまったく同じDNAとゲノムが含まれているため、細胞がニューロン、皮膚、または免疫細胞であるかどうかを決定するのは遺伝子発現のレ
ヒトゲノムプロジェクトでは、主にヒトゲノムを読み取るためにDNA配列決定の技術を使用していましたが、実際にこれらのDNA塩基に役割を割り当 ENCODEプロジェクトは、ゲノム内の特定の配列に機能を割り当てるのに役立つ6つのアプローチを使用しました。 これらのアプローチには、とりわけ、RNA、タンパク質を作るための指示を運ぶDNAと同様の分子を配列決定し、タンパク質によって化学的に修飾または結合され得るDNAの領域を同定することが含まれていた。 研究者らは、与えられた配列が機能的であるかどうか（すなわち、それが遺伝子発現に影響を与えるかどうか）についての手がかりを与えるため、これらの方法を選択した。 細胞がDNAからRNAを作るためにエネルギーを消費しているならば、それはおそらく何かのために使われているでしょう。 さらに、ＤＮＡに結合するタンパク質は、遺伝子が発現されるかどうかに影響を及ぼし、ＤＮＡの化学的修飾もまた、遺伝子発現を防止または増強することがで
これらの各アプローチは、ある種の生化学的活性を有するゲノム内の配列を同定することができ、このプロジェクトの有用性に加えて、研究室は自然変動を説明するために、複数の細胞型でこれらの技術を実施した。 だから、彼らは最終的に何を見つけましたか？ この6つのアプローチを用いて、このプロジェクトはゲノム中の塩基の80％の生化学的活性を同定することができました。 これは必ずしもそれらの予測された機能領域のすべてが実際に目的を果たすことを意味するわけではありませんが、遺伝子を形成するDNAの1％以 多くの科学者はすでにこれを疑っていましたが、ENCODEを使用すると、これらの潜在的な機能領域を調べるために個々のラボで使用できる大規模で標準化されたデータセットが得られました。 同様に、それは厳密な品質管理を持つような大規模なプロジェクトだったので、我々はデータが再現性と信頼性があることを確認することができます。
有用性と論争
このプロジェクトに起因する主な利点は、（ヒトゲノムプロジェクトと同様に）いくつかの年のために実現されないかもしれないが、現時点では、この巨大なデータセットが有用であるいくつかの領域が既に存在する。 遺伝子変異に関連していると思われる疾患は数多くありますが、発見された変異の多くは実際の遺伝子内にないため、変異がどのような機能的変化を ENCODEプロジェクトのデータを使用すると、研究者はencodeデータベースにある機能的配列と変異を関連付けることができるため、疾患を引き起こす突然変異をよ これら2つを一致させることにより、研究者と医師は、特定の突然変異が病気を引き起こす理由を理解し始めることができ、適切な治療法の開発に役
ENCODEプロジェクトは科学的協力の顕著な偉業でしたが、プロジェクトを取り巻く論争はまだあります。 一部の科学者は、このプロジェクトに費やされたお金（upwards200-300万ドル以上）が個々の研究者に助成金を供給する上でより有用であった可能性があるという懸念を表明している。 一部の生物学者はまた、プロジェクトを取り巻く誇大宣伝と結果そのものの両方の面で、プロジェクトの結果がどのように公衆に提示されたかに関 これらのタイプの研究の費用と複雑さのために、科学者が公平な視点を提示することが重要です。 一般の人々への慎重な提示の必要性は、以前に観察されたことのない方法でヒ素を使用することができる細菌についてNASAの科学者によって出版された最近の論文を取り巻く誇大宣伝によって実証されました。 彼らが何か新しいものを発見したと発表した後、記者会見を呼ぶ点までさえ、自己生成された誇大宣伝は、最終的に結果が最終的に反論された後に、最終的に内破された。 新しい大規模プロジェクトと同様に、プロジェクトの真の利益が実現できるまで、科学者と国民の両方が価値を割り当てることに忍耐強くなければ
エンコード-グループが発表した論文に対するもう一つの大きな批判は、”生物学的機能”というフレーズの意味に焦点を当てた。”主なエンコードジャーナル論文では、著者らは、ヒトゲノムの約80％に生物学的機能を割り当てていたと述べた。 他の人が指摘したように、所与のＤＮＡ配列がタンパク質に結合するか、または何らかの化学的修飾に関連しているからといって、必ずしもそれが機能的 多くのタンパク質結合イベントはランダムで重要ではありません。 また、非コーディング”ジャンク”DNAの多くは、実際にはジャンクではないことをいくつかの時間のために知られているので、一部の研究者は、エンコードの結 これらの懸念のすべては確かに正当化され、実際には、プロジェクトを取り巻く会話は、科学がどのように機能することになっているかを正確に示
エンコードが科学界をどのように助けてきたかを完全に理解するには何年もかかるでしょうが、このプロジェクトは、ゲノム全体を研究することがいかに重要であるかを強調しています。
Jonathan Henningerは、ハーバード大学の生物-生物医学プログラムの大学院生です。
詳細情報
Video–ENCODEのリードコーディネーター Ewan Birneyがプロジェクトの主な目標について説明します。
ヒトゲノムプロジェクトホームページ<http://www.ornl.gov/sci/techresources/Human_Genome/home.shtml>
エンコードホームページ<http://www.genome.gov/10005107>
Natureに掲載された記事をエンコードする<http://www.nature.com/encode/>
“”ジャンク”から遠く離れた謎のDNAのビットは、重要な役割を果たしている、”ジーナKolata、ニューヨーク-タイムズ<http://www.nytimes.com/2012/09/06/science/far-from-junk-dna-dark-matter-proves-crucial-to-health.html?pagewanted=all>
reddit.com ENCODEプロジェクトの貢献者と”私に何かを尋ねる”<http://www.reddit.com/r/askscience/comments/znlk6/askscience_special_ama_we_are_the_encyclopedia_of/>
“大きな科学に盲目にされた: 私がENCODEから学んだ教訓は、Encodeのようなプロジェクトは良いアイデアではないということです”Michael Eisen著<http://www.michaeleisen.org/blog/?p=1179>
“エンコードは何を言いますか？”ショーン-エディ著<http://selab.janelia.org/people/eddys/blog/?p=683>
“新しい科学論文は、NASAがそうではなかったと思われる地球を揺るがす発見を促進する上で大きな時間を失敗したことを証明する”マシュー-ハーパー<http://www.forbes.com/sites/matthewherper/2012/07/08/new-science-papers-prove-nasa-failed-big-time-in-promoting-supposedly-earth-shaking-discovery-that-wasnt/>
“いくつかの栽培されたアリウム種にわたるゲノムサイズの進化。”Ricroch et al.、ゲノム2005年。 <http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/16121247>
“ヒトゲノムのDNA要素の統合された百科事典。 2012年には”Nature”（ネイチャー）を発表した。 <http://www.nature.com/nature/journal/v489/n7414/full/nature11247.html>