Alter der Entschlüsselung des Genoms des Homo sapiens

"PLASTICS. "Wenn ein Freund der Familie, flüsterte dieses Wort Charakter Dustin Hoffman im Film 1967Die Reifeprüfung er befürwortet nicht nur eine neue Berufswahl, sondern eine ganz andere Art des Lebens. Wenn den Film gemacht wurden heute, im Zeitalter der Entschlüsselung des Genoms des Homo sapiens, könnte das Zauberwort wohl "Bioinformatik".

Unternehmen und von der Regierung geführt haben Wissenschaftler bereits kompiliert die drei Gigabyte der gekoppelten A, C-, T und G, dass eine Verdeutlichung des Homo sapiens genetischen codea Menge der Informationen, die mehr als 2000 Standard-Computer-Disketten füllen könnte. Aber das ist nur die erste Rinnsal von der Flut von Informationen aus dem Genom des Homo sapiens erschlossen werden soll. Forscher erzeugen riesige Datenbanken mit den Angaben, wann und in welcher Gewebe des Körpers verschiedene Gene eingeschaltet sind, die Formen der Gene kodieren für Proteine, die, wie diese Proteine miteinander interagieren und welche Rolle spielen die Wechselwirkungen in Krankheit. Add to the mix die Daten über die Abfüllung in den Genomen von sogenannten Modellorganismen wie Fruchtfliege und Maus, und du hast was Gene Mayers, Jr., Vice President der Informatik Forschung an Celera Genomics in Rockville, Md., Fordert "ein Tsunami von Informationen." Die neue Disziplin der bioinformaticsa Ehe zwischen Informatik und biologyseeks den Sinn des Ganzen zu machen. Dabei ist es bestimmt, verändern das Gesicht der Biomedizin.

"Für die nächsten zwei bis drei Jahren wird die Menge an Informationen, phänomenal, und jeder wird von ihm überwältigt zu werden", sagt Myers. "Das Rennen und der Wettbewerb werde sein, kann es mir am besten. Es wird eine solche Fülle des Reichtums. "

Eine ganze Reihe von Unternehmen wetteifern um ihren Anteil des Goldes. Jason Reed der Investmentbank Oscar Gruss & Son in New York City schätzt, dass Bioinformatik könnte ein $ 2-Mrd. Geschäft bis 2005. Er hat Informationen über mehr als 50 eingehalten private und öffentlich gehandelte Unternehmen, die Bioinformatik Produkte und Dienstleistungen. Diese Unternehmen Stecker in die Bemühungen an verschiedenen Stellen bei der Erhebung und Speicherung von Daten, Benutzer-Datenbanken und der Interpretation der Daten. Die meisten verkaufen Zugang zu den Informationen für pharmazeutische und Biotechnologie-Unternehmen für einen kräftigen Bezugspreis, dass geht in die Millionen von Dollar kann.

Der Grund Pharmaunternehmen sind so bereit, Line-Up und zahlen für diese servicesor ihre eigenen teuren Ressourcen in Entwicklung houseis Bioinformatik, dass die Aussicht, besser Targets weiter oben in der Arzneimittelentwicklung bietet. Diese Effizienz konnte die Zahl der potentiellen Therapeutika Bewegen durch klinische Erprobung eines Unternehmens Pipeline trimmen, deutlich niedrigere Gesamtkosten. Es könnten auch zusätzliche Gewinne für die Pharmaunternehmen von schnitzte die Zeit, die der Forschung und ein Medikament zu entwickeln, damit eine Verlängerung der Zeit ein Medikament auf dem Markt, bevor das Patent abläuft.

"Angenommen, ich bin ein Pharma-Unternehmen und jemand kann [meiner] Medikament auf dem Markt ein Jahr früher bekommen", erklärt Stelios Papadopoulos, Geschäftsführer des Gesundheitswesens an der New Yorker Investmentbank SG Cowen. "Es könnte bedeuten, könnten Sie vielleicht $ 500 Mio. Umsatz hättest du es nicht wieder zu greifen."

Bevor eine unerwartete finanzielle auftreten können, müssen jedoch Bioinformatik-Unternehmen mit der aktuellen Fülle von genomischen Daten zu kämpfen, während er ständig ihre Technologie-, Forschungs-Ansätze und Geschäftsmodelle Raffination. Sie müssen auch auf die eigentliche Herausforderung konzentrieren und opportunityfinding, wie all die Scherben von Informationen zu einer anderen und macht Sinn für das große Bild beziehen.

"Die Methoden haben bis zu dem Punkt, dass Sie viele Informationen generieren können entwickelt", kommentiert Michael R. Fannon, Vice President und Chief Information Officer von Human Genome Sciences, auch in Rockville. "Aber wir wissen nicht, wie wichtig diese Informationen."

Wünschelrute, die Bedeutung ist die Aufgabe der Bioinformatik. Das Feld hat seinen Start in den frühen 1980er Jahren mit einer Datenbank namens GenBank, die vom US Department of Energy entstanden war, die kurze Abschnitte der DNA-Sequenz, die Wissenschaftler waren gerade erst aus einer Reihe von Organismen erlangen zu halten. In den frühen Tagen der GenBank einen Raum der Techniker an der Tastatur, die nur die vier Buchstaben A, C, T und G SA, mühsam in die DNA-Sequenz-Informationen in wissenschaftlichen Zeitschriften veröffentlicht. Im Laufe der Jahre auf, aktiviert neue Protokolle Forscher Einwahl GenBank und werfen in ihrer Reihenfolge die Daten direkt, und die Verwaltung der GenBank war es, die National Institutes of Health übertragen NationalCenter for Biotechnology Information (NCBI). Nach dem Aufkommen des World Wide Web konnten die Forscher Zugriff auf die Daten in GenBank kostenlos aus der ganzen Welt.

Sobald das Human Genome Project (HGP) offiziell in Gang gekommen im Jahre 1990, begann die Menge von DNA-Sequenzdaten in der GenBank exponentiell wachsen. Mit der Einführung in den 1990er Jahren von High-Throughput-sequencingan Ansatz mit der Robotik bis zur automatisierten DNA-Sequenzierung Maschinen und computersadditions GenBank Höhe geschnellt. GenBank hielt die Sequenzdaten auf mehr als sieben Milliarden Stück der DNA von Juli 2000.

Um die Zeit des HGP nahm ab, begann privaten Unternehmen parallel Sequenzierung Vorhaben und großen proprietären Datenbanken ihrer eigenen. Heute Unternehmen wie Incyte Genomics in Palo Alto, KalifornienKann die Reihenfolge von rund 20 Millionen DNA-Basenpaare bestimmen, in nur einem Tag. Celera Genomics und sagt, dass es 50 Terabyte Datenspeicher hat. Das rund 80.000 Compact Discs, was in ihrer plastischen Fällen nehmen fast eine halbe Meile von Regalfläche gleichwertig ist.

Aber GenBank und seine Corporate Cousins sind nur ein Teil der Bioinformatik-Bild. Anderen öffentlichen und privaten Datenbanken enthalten Informationen über Genexpression (wann und wo Gene eingeschaltet sind), winzige genetische Unterschiede zwischen den Individuen als "Single-Nukleotid-Polymorphismen (SNP), die Strukturen der verschiedenen Proteine und Karten, wie Proteine interagieren.

Misch-und Matching

Eine der grundlegenden Operationen in der Bioinformatik geht die Suche nach Ähnlichkeiten oder Homologien zwischen einem neu sequenzierten DNA-Stück und zuvor sequenzierten DNA-Abschnitte aus verschiedenen Organismen. Finden fast entsprechen können die Forscher die Art der Proteine wird die neue Sequenz kodiert. Dies führt nicht nur die Erträge für Targets frühen Entwicklung von Medikamenten, sondern auch Unkraut aus, dass viele Ziele würden sich haben sich als Sackgassen.

Über eine Reihe von Software-Programmen für den Vergleich von DNA-Sequenzen ist BLAST (für Basic Local Alignment Search Tool), das erste entstand im Jahr 1990. BLAST ist Teil einer Reihe von DNA-und Protein-Sequenz-Suche in verschiedenen Werkzeugen zugänglich sind angepasste Versionen von vielen Datenbank-Anbieter oder direkt über ncbi. Ncbi bietet auch Entrez, eine so genannte Meta-Tool, dass die meisten von Datenbanken ncbi deckt, einschließlich derjenigen, Gehäuse dreidimensionalen Proteinstrukturen, die komplette genomoes von Organismen wie Hefe, und Verweise auf wissenschaftliche Zeitschriften, die eine Sicherungskopie der Datenbank-Einträge.

Ein frühes Beispiel für den Nutzen der Bioinformatik ist Cathepsin K, ein Enzym, das sich als ein wichtiges Ziel für die Behandlung von Osteoporose, eine lähmende Krankheit, die durch den Abbau von Knochen hätte führen können. Im Jahr 1993 basierten die Forscher bei SmithKline Beecham, in Philadelphia, Fragte Wissenschaftler von Human Genome Sciences zu helfen, sie zu analysieren einige genetische Material, das sie hatte von den Osteoklasten Zellen von Menschen mit Knochentumoren isoliert. (Osteoklasten sind Zellen, die Knochen brechen im Rahmen der normalen Auffüllung von Knochen, sie sind gedacht, um bei Patienten mit Osteoporose haben, überaktiv.)

Human Genome Sciences sequenziert Wissenschaftler die Probe und durchgeführt Datenbank Homologie Suche nach Übereinstimmungen, dass würde ihnen einen Hinweis auf die Proteine, die der Probe Gen-Sequenzen kodiert suchen. Sobald sie gefunden in der Nähe-Spiele für die Sequenzen, führten sie weiter analysiert und herausgefunden, dass eine Sequenz, insbesondere durch die Osteoklasten Zellen überexprimiert wurde und ergab, dass es denen eines zuvor identifizierten Klasse von Molekülen: Cathepsine.

Für SmithKline Beecham, dass in der Bioinformatik Übung ergab in wenigen Wochen ein versprechenden Angriffspunkt für Medikamente, die Standard-Laborversuchen nicht ohne Jahr gefunden haben, und eine Prise Glück. Company Forscher versuchen nun zu einem potenziellen Medikament, das die Cathepsin K Ziel zu finden. Sucht nach Substanzen, binden und die gewünschte Wirkung auf Drug Targets noch stattfinden, vor allem in den traditionellen "nassen" Biochemiker-Labor, in denen Bewertungen für die Tätigkeit, Toxizität und Absorption kann Jahre dauern. Doch mit der neuen Werkzeuge der Bioinformatik und wachsende Datenmengen auf Protein-Strukturen und molekularbiologische Wege, sagen einige Forscher, diesen Aspekt der Entwicklung von Medikamenten wird auch auf Computer verschieben, was sie Ausdruck "in silico" Biologie.

Ein Artikel eingereicht von Donis F.

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