دانشنامه اجزای دی ان ای

انگیزه و اهمیت

برآورد شده که انسان‌ها در حدود ۲۰٫۰۰۰ ژن کد کنندهٔ پروتئین دارند، که در حدود ۱٫۵٪ از دی‌ان‌ای در ژنوم انسان را تشکیل می‌دهد. هدف اصلی پروژهٔ ان‌کد تعیین نقش مولفه‌های باقی مانده از ژنوم است؛ که بسیاری از آن‌ها؛ به شیوهٔ سنتی، به عنوان "دی‌ان‌ایِ ناخواسته" یا ("junk DNA") «آشغال» در نظر گرفته شده‌اند. فعالیت و بیان ژن‌های کد کنندهٔ پروتئین را می‌توان با گونه‌های اجزای دی‌ان‌ای، مانند پروموتر، توالی‌های تنظیمی رونویسی، و مناطق ساختاری کروماتین، و اصلاح هیستون آن‌ها تلفیق کرد. تصور می‌شود که دگرگونی‌ها در تنظیم فعالیت ژن می‌تواند تولید فرایندهای پروتئین و یاخته (سلول) را مختل و منجر به بیماری شود. (ان‌کد: سابقه و هدف پروژه). تعیین محل این عناصر نظارتی و چگونه آنها رونویسی ژن را تحت تأثیر قرار می‌دهند می‌تواند پیوند بین تغییرات در بیان ژنهای خاص و شکل‌گیری بیماری را نشان دهد.
همچنین، رمزگذاری ان‌کد؛ به عنوان یک منبع جامع، اجازه می‌دهد تا جامعهٔ علمی برای درک بهتری از این که چگونه ژنوم می‌تواند سلامت انسان را تحت تأثیر قرار دهد، و برای «برانگیختن توسعهٔ درمان‌های جدید برای پیشگیری و درمان این بیماری‌ها» در مد نظر قرار داشته است.

پروژهٔ ان‌کد

ان‌کد هم‌اکنون در سه مرحله در حال انجام است: فاز آزمایشی و فناوری مرحلهٔ توسعه، که به طور هم‌زمان آغاز شدند. و فاز تولید. مرحله چهارم در فوریه سال ۲۰۱۷ آغاز خواهد گردید.
هدف از فاز آزمایشی شناسایی مجموعه‌ای از روش‌هایی بود که در ترکیب، می‌توانند برای اعمال مقرون به صرفهٔ دقیق و به طور جامع و مشخص مناطق گستردهٔ ژنوم انسان به کار گرفته شوند. فاز آزمایشی برای آشکارسازی شکاف‌ها و کمبودها در مجموعهٔ ابزار موجود روز، برای تشخیص توالی کاربردی، و همچنین برای آزمودن این که آیا برخی از روش‌های مورد استفادهٔ موجود برای استفاده در مقیاس‌های بزرگ ناکارآمد یا نامناسب نباشند. برخی از این دشواری‌ها می‌بایست در مرحلهٔ توسعهٔ تکنولوژی رمزگذاری مورد توجه قرار می‌گرفتند، که تاکنون؛ با ایجاد آزمایشگاه جدید و روش‌های محاسباتی که توانایی برای شناسایی توالی کاربردی شناخته شده یا با کشف عناصر ژنومی کاربردی جدید، به آن‌ها توجه و رسیدگی شده‌است. نتایج حاصل از دو مرحلهٔ اول بهترین مسیر پیش‌رفت را برای تجزیه و تحلیل ۹۹٪ باقی مانده از ژنوم انسان در مرحلهٔ تولید جامع به صورت مقرون به صرفه و کارآمد تعیین کرد.

فاز نخست پروژهٔ ان‌کد: پروژهٔ آزمایشی

فاز آزمایشی با روش‌های موجود توالی ژنوم انسان را به دقت تست و آن را در مقایسه با بخش تعریف شده‌ای از توالی ژنوم انسان تجزیه و تحلیل کرد. این کار به صورت یک کنسرسیوم باز برگزار شد و پژوهش‌گران با پیشینه‌های گوناگون و کارشناسی‌های مختلفی را؛ برای ارزیابی شایستگی نسبی هر یک از مجموعه‌های متنوع از تکنیک‌ها، فناوری‌ها، و استراتژی‌ها، به دور هم آورد. هم‌زمان فاز توسعهٔ فناوری این پروژه با هدف توسعهٔ روش‌های جدید با توان بالا برای شناسایی عناصر عملکردی به کار پرداخت. هدف از این تلاش شناسایی مجموعه‌ای از روش‌هایی بود که شناسایی جامع از تمام عناصر عملکردی در ژنوم انسان را امکان‌پذیر می‌سازد. از طریق پروژهٔ آزمایشی ان‌کد، مؤسسه ملی تحقیقات ژنوم انسانی (NHGRI ان‌اچ‌جی‌آرآی) ارزیابی توانایی‌های روش‌های مختلف برای تلاش برای تجزیه و تحلیل کل ژنوم انسان و برای پیدا کردن شکاف‌ها در توانایی شناسایی اجزای عملکردی در توالی ژنی را بررسی کرد.
روند پروژهٔ آزمایشی رمزگذاری شامل تعاملات نزدیک میان دانشمندان محاسباتی و تجربی برای ارزیابی تعدادی از روش‌ها برای تدوین ژنوم انسان است. مجموعه‌ای از حوزه‌ها که در حدود ۱٪ (۳۰ مگابایت) از ژنوم انسان را نمایندگی می‌کرد به عنوان هدف برای پروژهٔ آزمایشی انتخاب شد و توسط همهٔ پژوهش‌گران ان‌کد پروژه آزمایشی ان‌کد بررسی شد. همهٔ داده‌های تولید شده توسط شرکت کنندگان ان‌کد در این حوزه‌ها به سرعت در پایگاه داده‌های عمومی منتشر شد.

انتخاب هدف

برای استفاده در پروژهٔ آزمایشی ان‌کد، حوزه‌های تعریف شده از ژنوم انسان - مربوط به ۳۰ مگابیت، تقریباً ۱٪ از کل ژنوم انسان - انتخاب شدند. این حوزه‌ها به عنوان پایه و اساسی که در آن به آزمایش و ارزیابی اثربخشی و کارایی مجموعه‌ای متنوع از روش‌ها و فناوری‌ها برای پیدا کردن عناصر مختلف عملکردی در DNA انسان به کار گرفته شده است.
قبل از شروع به انتخاب هدف، تصمیم گرفته شد که ۵۰ درصد از ۳۰ مگابیت از پی‌گیری را به صورت دستی انتخاب شوند در حالی که دنباله باقی مانده به طور تصادفی انتخاب شده‌اند. دو معیار اصلی برای نتخاب حوزه‌ها در نظر گرفته شده بودند: ۱) حضور «ژن به خوبی مطالعه شده» یا به عبارت دیگر «عناصر توالی شناخته شده»، و ۲) وجود مقدار قابل توجهی از داده‌های توالی نسبی. در مجموع ۱۴٫۸۲ مگابیت از توالی با شیوهٔ دستی با استفاده از این رویکرد جمع‌آوری شد، که متشکل از ۱۴ هدف بودند و اندازه‌های محدودهٔ آن‌ها از ۵۰۰ کیلوبایت تا ۲ مگابایت بود.
۵۰٪ باقی مانده از ۳۰ مگابایت متشکل از سی هدف، از حوزه‌های ۵۰۰ کیلوبایتی با توجه به یک استراتژی تصادفی نمونه گیری طبقه‌ای و بر اساس تراکم ژن و سطح حفاظت از غیر اگزونی انتخاب شده بودند. تصمیم به استفاده از این معیارهای ویژه به منظور اطمینان یابی از نمونه‌برداری خوبی از؛ نواحی ژنومی با تقاوت‌های گسترده‌ای در محتوای آنها، از ژن‌ها، و دیگر عناصر عملکردی که ازآن ساخته شده‌اند بود.
در مجموع از نه قشر، از هر طبقه، سه منطقه به صورت تصادفی برای پروژه آزمایشی انتخاب شدند. برای کسانی که قشرها کمتر توسط می‌دارد کتابچه راهنمای کاربر، یک منطقه چهارم، انتخاب شد و در نتیجه در مجموع ۳۰ منطقه. برای همه قشرها، یک «پشتیبان» منطقه برای استفاده در صورت بروز مشکل فنی پیش بینی نشده تعیین شد.