基因功能圖譜

日期：2012-09-06 08:23:55

ENCODE項目(ENCyclopedia Of DNA Elements)研究組上百位研究人員近期公布了百科全書項目的最新成果——人類基因組中被稱為“垃圾DNA”實際上是一個龐大的控制面板，能調(diào)控數(shù)以百萬計基因的活性。如果沒有這些開關(guān)調(diào)控，基因?qū)⒉荒苷９ぷ鳎@些區(qū)域也許會導(dǎo)致人類換上疾病。由ENCODE公布的這一新數(shù)據(jù)信息非常全面，也很復(fù)雜，因此是以一種新型出版模式公布，這一模式中電子文檔和數(shù)據(jù)集是相互關(guān)聯(lián)的。

正如同人類基因組計劃帶給生物醫(yī)學研究領(lǐng)域的革新意義，ENCODE項目也將推動生物醫(yī)學的前進，開辟研究新道路。這一計劃是于2003年啟動，主要目的是建立人類基因組中生物功能關(guān)鍵性元素目錄。

最新這項由美國國家基因組研究院NHGRI，以及歐洲生物信息學研究所EMBL-EBI的科學家們領(lǐng)導(dǎo)的研究，公布了一份詳細的基因組功能圖譜，其中包含有四百萬基因的“開關(guān)”，這一重要的參考數(shù)據(jù)將有助于研究人員找到與人類疾病密切相關(guān)的區(qū)域。

目前這一相關(guān)研究成果將在Nature, Genome Biology和Genome Research雜志上，共計30篇開放性論文進行公布。

“我們的基因組就是簡單地通過無數(shù)的開關(guān)進行調(diào)控，這些上百萬的區(qū)域能決定基因是開還是關(guān)，”ENCODE項目領(lǐng)銜分析員Ewan Birney 說，“人類基因組計劃HGP表明，基因組中只有2%包含有基因，也就是說能編碼蛋白。從ENCODE項目中，我們可以看到，基因組中剩余的這約80%的區(qū)域其實并沒有閑著，我們發(fā)現(xiàn)基因組這個更大的部分——實際上是一個驚人的數(shù)量——調(diào)控了蛋白何時和何地生成，而不是簡單的其中產(chǎn)生，比簡單地作為構(gòu)建框架”。

“任何疾病的相關(guān)研究人員都可以利用ENCODE數(shù)據(jù)，分析他們可能會感興趣的相關(guān)病理，”重要的分析協(xié)調(diào)員Ian Dunham 說，“許多情況下，你可能已經(jīng)想到了哪些基因參與了你正在研究的疾病，但卻不知道其中涉及的開關(guān)。有時這些開關(guān)令人驚訝，因為它們的位置說明它們更有可能與一個完全不同的疾病相關(guān)。 ENCODE為我們提供了一組非常有價值的線索，讓我們能沿著這些線索，發(fā)現(xiàn)與健康和疾病有關(guān)的關(guān)鍵機制，這些將能被用來創(chuàng)建全新的藥物，或重新利用現(xiàn)有的治療方法。”

“ENCODE告訴我們，我們需要把眼光放得更遠一些，而不是局限于基因組整個網(wǎng)絡(luò)如何連接的線性結(jié)構(gòu)，”斯坦福大學教授，ENCODE首席科學家Michael Snyder評論道，“我們正開始了解全基因組關(guān)聯(lián)研究中所獲取的信息，不僅僅是某個基因定位在哪兒，還有哪些能調(diào)控它們。

因為我們的基因組即復(fù)雜的，又是三維立體的，這些調(diào)控元件有時遠離被調(diào)節(jié)基因，而是通過環(huán)繞得以接觸到。如果沒有ENCODE，我們可能永遠也不會看著這些區(qū)域，這項研究朝著深入了解人類運轉(zhuǎn)邁進了一大步。ENCODE可以幫助我們更深入探討監(jiān)控環(huán)路，這些環(huán)路能指揮所有的零件組裝成一個復(fù)雜的個體。”

近年來，生物醫(yī)學研究中獲取并存儲大量的數(shù)據(jù)成為了一項挑戰(zhàn)。現(xiàn)在，隨著基因組測序成本的下降和測序能力的提高，重點已轉(zhuǎn)移到分析上來——讓這些全基因組關(guān)聯(lián)研究產(chǎn)生的數(shù)據(jù)變得有意義。 ENCODE 合作伙伴已經(jīng)著手于利用全球各實驗室中相同的計算，網(wǎng)絡(luò)實驗室方法，以及試劑進行人類基因組系統(tǒng)分析。

從該項目的規(guī)模意義上來說——ENCODE聯(lián)合了來自英國，美國，西班牙，新加坡和日本的32個實驗室中442名科學家的努力，他們獲得并分析了超過15兆兆字節(jié)（15萬億字節(jié)）的原始數(shù)據(jù)，目前已經(jīng)全部公布，并可公開獲得。研究花費了約300年的計算機時間，對147個組織類型進行了分析，以確定哪些能打開和關(guān)閉特定的基因，以及不同類型細胞之間的“開關(guān)”存在什么差異。