人類基因組計(jì)劃產(chǎn)生了DNA中30億對(duì)化學(xué)字母的幾乎完整的序列，體現(xiàn)了人類遺傳密碼 - 但這個(gè)藍(lán)圖的工作方式卻很少。現(xiàn)在，經(jīng)過全球32個(gè)實(shí)驗(yàn)室的440多名研究人員多年的共同努力，更加動(dòng)態(tài)的圖片首次全面展示了人類基因組實(shí)際上如何發(fā)揮作用。

在這項(xiàng)新研究中，研究人員將超過80%的人類基因組序列與特定的生物學(xué)功能聯(lián)系起來，并繪制了400多個(gè)調(diào)控區(qū)域，其中蛋白質(zhì)與DNA特異性相互作用。這些發(fā)現(xiàn)代表了在理解細(xì)胞內(nèi)遺傳信息表達(dá)的精確和復(fù)雜控制方面的重大進(jìn)展。研究結(jié)果使得持續(xù)活躍的基因組變得更加清晰，在這種基因組中，蛋白質(zhì)通常使用有時(shí)距離基因本身很遠(yuǎn)的位點(diǎn)來打開和關(guān)閉基因。他們還確定了DNA的化學(xué)修飾影響基因表達(dá)的位置，以及各種功能形式的RNA(一種與DNA相關(guān)的核酸形式)有助于調(diào)節(jié)整個(gè)系統(tǒng)的位置。

“在關(guān)于人類基因組計(jì)劃的早期辯論中，研究人員預(yù)測(cè)只有百分之幾的人類基因組序列編碼蛋白質(zhì)，細(xì)胞的主力，其余的都是垃圾。我們現(xiàn)在知道這個(gè)結(jié)論是錯(cuò)誤的，” Eric D. Green博士，國家人類基因組研究所(NHGRI)主任，國立衛(wèi)生研究院的一部分主任。“ENCODE揭示了大多數(shù)人類基因組參與了將遺傳信息轉(zhuǎn)化為活細(xì)胞和生物體所需的復(fù)雜分子編排。”

NHGRI組織了研究項(xiàng)目，產(chǎn)生了這些結(jié)果; 它被稱為的Enc yclopedia ø ?F d NA ëlements或ENCODE。ENCODE于2003年推出，旨在識(shí)別所有基因組功能元件的目標(biāo)與第一個(gè)人類基因組的測(cè)序一樣令人生畏。ENCODE是作為一個(gè)試點(diǎn)項(xiàng)目啟動(dòng)的，旨在開發(fā)產(chǎn)生結(jié)果所需的方法和策略，并通過僅關(guān)注人類基因組的1%來實(shí)現(xiàn)。到2007年，NHGRI得出的結(jié)論是，該技術(shù)已經(jīng)為一個(gè)全面的項(xiàng)目進(jìn)行了充分的發(fā)展，該研究所在五年內(nèi)投入了大約1.23億美元。此外，自2003年以來，NHGRI為ENCODE試點(diǎn)項(xiàng)目投入了大約4,000萬美元，加上大約1.25億美元用于ENCODE相關(guān)技術(shù)開發(fā)和模式生物研究。

努力的規(guī)模非常顯著。來自美國，英國，西班牙，新加坡和日本的數(shù)百名研究人員在147種組織上進(jìn)行了1,600多組實(shí)驗(yàn)，并在該聯(lián)盟中實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)。這些實(shí)驗(yàn)依賴于下一代DNA測(cè)序技術(shù)的創(chuàng)新用途，這種技術(shù)僅在大約五年前推出，這在很大程度上歸功于NHGRI DNA測(cè)序技術(shù)開發(fā)計(jì)劃所帶來的進(jìn)步。總的來說，ENCODE生成了超過15萬億字節(jié)的原始數(shù)據(jù)，耗費(fèi)了相當(dāng)于300多年的計(jì)算機(jī)時(shí)間進(jìn)行分析。

“我們已經(jīng)走過了漫長的道路，”英國歐洲生物信息學(xué)研究所的Ewan Birney博士說，他是ENCODE項(xiàng)目的首席分析協(xié)調(diào)員。“通過精心拼接各種簡單的數(shù)據(jù)，我們已經(jīng)證明人類基因組只是通過開關(guān)活著，打開和關(guān)閉我們的基因并控制蛋白質(zhì)產(chǎn)生的時(shí)間和地點(diǎn).ENCODE將我們對(duì)基因組的了解帶到了下一個(gè)層次，所有這些知識(shí)都是公開分享的。“

ENCODE聯(lián)盟在發(fā)布之前，一旦在互聯(lián)網(wǎng)上的任何人都可以自由訪問的幾個(gè)數(shù)據(jù)庫中驗(yàn)證了準(zhǔn)確性，就會(huì)對(duì)結(jié)果數(shù)據(jù)集進(jìn)行放置。

“ENCODE目錄就像人類基因組的谷歌地圖一樣，”NHGRI計(jì)劃主管Elise Feingold博士說道，他幫助啟動(dòng)了ENCODE項(xiàng)目。“只需在谷歌地圖中選擇放大倍率，您就可以看到國家，州，城市，街道，甚至是單個(gè)交叉路口，通過選擇不同的功能，您可以獲取路線，查看街道名稱和照片，并獲取有關(guān)交通甚至天氣的信息ENCODE圖允許研究人員以同樣的方式檢查人類基因組中的染色體，基因，功能元件和單個(gè)核苷酸。“

協(xié)調(diào)出版物集包括“ 自然 ”雜志中的一篇主要綜合論文和五篇相關(guān)論文; 基因組研究論文18篇; 和基因組生物學(xué)的六篇論文。ENCODE數(shù)據(jù)非常復(fù)雜，三種期刊已經(jīng)開發(fā)出一種開創(chuàng)性的方式，以一種他們稱之為線程的集成形式呈現(xiàn)信息。

“由于ENCODE產(chǎn)生了如此多的數(shù)據(jù)，我們與ENCODE聯(lián)盟一起，引入了一種新方法，使研究人員能夠?yàn)g覽數(shù)據(jù)，” 自然生產(chǎn)的高級(jí)編輯Magdalena Skipper博士說道。互聯(lián)網(wǎng)上可用的發(fā)布平臺(tái)。

由于相同的主題在不同的論文中以不同的方式得到解決，將允許任何人通過點(diǎn)擊相關(guān)的主題，在ENCODE出版物集中的所有論文中關(guān)注主題。自然ENCODE資源管理器頁面。例如，第一個(gè)線程從幾篇論文中匯編與遺傳變異和疾病相關(guān)的數(shù)字，表格和文本，并將它們?nèi)匡@示在一頁上。ENCODE科學(xué)家認(rèn)為，這將闡明分析中出現(xiàn)的許多生物學(xué)主題。

除了螺紋論文，六篇評(píng)論文章被發(fā)表在生物化學(xué)雜志，并在兩個(gè)相關(guān)的論文科學(xué)，一個(gè)在細(xì)胞。

ENCODE數(shù)據(jù)正迅速成為研究人員幫助了解人類生物學(xué)和疾病的基本資源。已有超過100篇使用ENCODE數(shù)據(jù)的論文由不屬于ENCODE項(xiàng)目的研究人員發(fā)表，但他們已將這些數(shù)據(jù)用于疾病研究。例如，人類基因組中不含蛋白質(zhì)編碼基因的許多區(qū)域與疾病有關(guān)。相反，與疾病相關(guān)的遺傳變化似乎發(fā)生在ENCODE已經(jīng)鑒定出許多調(diào)節(jié)位點(diǎn)的基因之間的大量序列中。需要進(jìn)一步研究以了解這些基因組區(qū)域中的特定變體如何導(dǎo)致疾病。

“我們對(duì)與疾病相關(guān)的遺傳變異不在蛋白質(zhì)編碼區(qū)域感到驚訝，”參與ENCODE工作的NHGRI項(xiàng)目負(fù)責(zé)人Mike Pazin博士說。“我們期望發(fā)現(xiàn)引起疾病的許多遺傳變化都在調(diào)節(jié)區(qū)域或開關(guān)內(nèi)，影響蛋白質(zhì)的產(chǎn)生量或產(chǎn)生蛋白質(zhì)的時(shí)間，而不是影響蛋白質(zhì)本身的結(jié)構(gòu)。醫(yī)療條件將會(huì)發(fā)生，因?yàn)樵摶虍惓ｉ_啟或關(guān)閉或蛋白質(zhì)的異常數(shù)量。這種調(diào)節(jié)DNA遠(yuǎn)非垃圾DNA，顯然對(duì)人類健康和疾病做出了重要貢獻(xiàn)。“

識(shí)別監(jiān)管區(qū)域也將有助于研究人員解釋為什么不同類型的細(xì)胞具有不同的特性。例如，為什么肌肉細(xì)胞產(chǎn)生力量而肝細(xì)胞分解食物?科學(xué)家們知道，肌肉細(xì)胞會(huì)打開一些只在肌肉中起作用的基因，但以前無法檢查控制這一過程的調(diào)控因素。ENCODE通過檢查人體中發(fā)現(xiàn)的數(shù)百種細(xì)胞類型中的140種以及鑒定許多細(xì)胞類型特異性控制元素，為這些類型的研究奠定了基礎(chǔ)。

盡管這一歷史性出版物集中描述的數(shù)據(jù)集非常龐大，但它并未全面描述人體中所有不同類型細(xì)胞中的所有功能基因組元素。NHGRI計(jì)劃至少再投資另外四年與ENCODE相關(guān)的研究。在下一階段，ENCODE將根據(jù)所研究的功能元素和細(xì)胞類型的類型增加目錄的深度。它還將開發(fā)用于更復(fù)雜的數(shù)據(jù)分析的新工具。

國家人類基因組研究所是構(gòu)成國立衛(wèi)生研究院的27個(gè)研究所和中心之一。NHGRI校外研究計(jì)劃支持開發(fā)資源和技術(shù)，加速基因組研究及其在人類健康中的應(yīng)用。

美國國立衛(wèi)生研究院(NIH)是全國首屈一指的醫(yī)學(xué)研究機(jī)構(gòu)，由27個(gè)研究所和中心組成，是美國衛(wèi)生與公眾服務(wù)部的一個(gè)組成部分。NIH是主要的聯(lián)邦機(jī)構(gòu)，負(fù)責(zé)開展和支持基礎(chǔ)，臨床和轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)研究，并正在研究常見和罕見疾病的病因，治療方法和治療方法。