Evolution of Genetic Techniques: Past, Present, and Beyond.

Genetics is the study of heredity, which means the study of genes and factors related to all aspects of genes. The scientific history of genetics began with the works of Gregor Mendel in the mid-19th century. Prior to Mendel, genetics was primarily theoretical whilst, after Mendel, the science of genetics was broadened to include experimental genetics. Developments in all fields of genetics and genetic technology in the first half of the 20th century provided a basis for the later developments. In the second half of the 20th century, the molecular background of genetics has become more understandable. Rapid technological advancements, followed by the completion of Human Genome Project, have contributed a great deal to the knowledge of genetic factors and their impact on human life and diseases. Currently, more than 1800 disease genes have been identified, more than 2000 genetic tests have become available, and in conjunction with this at least 350 biotechnology-based products have been released onto the market. Novel technologies, particularly next generation sequencing, have dramatically accelerated the pace of biological research, while at the same time increasing expectations. In this paper, a brief summary of genetic history with short explanations of most popular genetic techniques is given.

Molecular genetics of schizophrenia

1. Schizophrenia is a chronic, disabling brain disease that affects approxmately 1% of the world's population. It is characterized by delusions, hallucinations and formal thought disorder, together with a decline in socio-occupational functioning. While the causes for schizophrenia remain unknown, evidence from family, twin and adoption studies clearly demonstrates that it aggregates in families, with this clustering largely attributable to genetic rather than cultural or environmental factors. Identifying the genes involved, however, has proven to be a difficult task because schizophrenia is a complex trait characterized by an imprecise phenotype, the existence of phenocopies and the presence of low disease penetrance, 2. The current working hypothesis for schizophrenia causation is that multiple genes of small to moderate effect confer compounding risk through interactions with each other and with non-genetic risk factors, The same genes may be commonly involved in conferring risk across populations or they may vary in number and strength between different populations. To search for evidence of such genetic loci, both candidate gene and genome-wide linkage studies have been used in clinical cohorts collected from a variety of populations. Collectively, these works provide some evidence for the involvement of a number of specific genes (e.g. the 5-hydroxytryptamine (5-HT) type 2a receptor (5-HT2a) gene and the dopamine D-3 receptor gene) and as yet unidentified factors localized to specific chromosomal regions, including 6p, 6q, 8p, 13q and 22q, These data provide suggestive, but no conclusive, evidence for causative genes. 3. To enable further progress there is a need to: (i) collect fine-grained clinical datasets while searching the schizophrenia phenotype for subgroups or dimensions that may provide a more direct route to causative genes; and (ii) integrate recent refinements in molecular genetic technology, including modern composite marker maps, DNA expression assays and relevant animal models, while using the latest analytical techniques to extract maximum information in order to help distinguish a true result from a false-positive finding.

Rôle du test génétique dans la cardiomyopathie arythmogène du ventricule droit. Étude sur une cohorte prospective unicentrique.

La cardiomyopathie/dysplasie arythmogène du ventricule droit (ARVC/D) est un désordre d’origine génétique caractérisé par le remplacement du myocarde par du tissus fibro-adipeux dans le ventricule droit. Ce désordre est responsable d’un grand pourcentage de mort subite, spécialement chez les plus jeunes. ARVC/D est difficile à diagnostiquer avec les outils cliniques actuels. Elle est causée en grande majorité par des mutations dans les protéines desmosomales. ARVC/D a donc des implications d’une grande importance chez les membres de la famille, qui peuvent sans le savoir, être aussi à risque de mort subite. Dans le but d’améliorer le diagnostique, un nouvel outil, le test génétique, est de plus en plus utilisé. Hypothèses: Dans le but d’évaluer la valeur du test génétique en complément du test clinique classique chez ARVC/D nous avons effectué une investigation clinique et génétique chez 23 cas-index atteints. Méthodes: Les cas-index sont diagnostiqué après une mort subite dans la famille ou après un examen clinique poussé pour arythmies. Le diagnostique d’ARVC/D a été fait avec les outils cliniques selon les critères. L’analyse génétique des protéines desmosomales associées à la maladie a été effectuée en séquençant leurs exons ainsi que les régions introniques nécessaires à l’épissage alternatif. Résultats: Le diagnostique clinique était clair dans 18/23 et incertain dans 5/23 des individus. Nous avons identifié 15 différentes mutations chez 10 cas-index. 64% des mutations n’avaient jamais été décrites. De plus, nous avons observé la présence de double ou triple mutant dans 40% des cas-index positifs. Les individus avec mutations sont plus jeunes et ont plus de symptômes que les individus sans mutation. Conclusion: Les tests génétiques sont positifs dans 43% des patients avec ARVC/D. L’utilisation de la technologie génétique basée sur l’identification de mutations connues a une valeur limitée vu le haut pourcentage des mutations nouvelles dans la maladie. La présence de double, même de triple mutant n’est pas associé avec un phénotype plus sévère, mais renforce l’idée de la nécessité d’un test génétique pour tous les gènes. Le test génétique est un outil fort utile à ajouter aux tests cliniques pour le diagnostique des patients qui ne remplissent pas tous les critères cliniques de la maladie. Mots clés: génétique, ARVC/D, mort subite, desmosome

Les enjeux de la translation des technologies : le cas des tests de pharmacogénétique au Québec

Problématique : L’arrivée des tests de pharmacogénétique a été annoncée dans les médias et la littérature scientifique telle une révolution, un tournant vers la médecine personnalisée. En réalité, cette révolution se fait toujours attendre. Plusieurs barrières législatives, scientifiques, professionnelles et éthiques sont décrites dans la littérature comme étant la cause du délai de la translation des tests de pharmacogénétique, du laboratoire vers la clinique. Cet optimisme quant à l’arrivée de la pharmacogénétique et ces barrières existent-elles au Québec? Quel est le contexte de translation des tests de pharmacogénétique au Québec? Actuellement, il n’existe aucune donnée sur ces questions. Il est pourtant essentiel de les évaluer. Alors que les attentes et les pressions pour l’intégration rapide de technologies génétiques sont de plus en plus élevées sur le système de santé québécois, l’absence de planification et de mécanisme de translation de ces technologies font craindre une translation et une utilisation inadéquates. Objectifs : Un premier objectif est d’éclairer et d’enrichir sur les conditions d’utilisation et de translation ainsi que sur les enjeux associés aux tests de pharmacogénétique dans le contexte québécois. Un deuxième objectif est de cerner ce qui est véhiculé sur la PGt dans différentes sources, dont les médias. Il ne s’agit pas d’évaluer si la pharmacogénétique devrait être intégrée dans la clinique, mais de mettre en perspective les espoirs véhiculés et la réalité du terrain. Ceci afin d’orienter la réflexion quant au développement de mécanismes de translation efficients et de politiques associées. Méthodologie : L’analyse des discours de plusieurs sources documentaires (n=167) du Québec et du Canada (1990-2005) et d’entretiens avec des experts québécois (n=19) a été effectuée. Quatre thèmes ont été analysés : 1) le positionnement et les perceptions envers la pharmacogénétique; 2) les avantages et les risques reliés à son utilisation; 3) les rôles et les tensions entre professionnels; 4) les barrières et les solutions de translation. Résultats : L’analyse des représentations véhiculées sur la pharmacogénétique dans les sources documentaires se cristallise autour de deux pôles. Les représentations optimistes qui révèlent une fascination envers la médecine personnalisée, créant des attentes (« Génohype ») en regard de l’arrivée de la pharmacogénétique dans la clinique. Les représentations pessimistes qui révèlent un scepticisme (« Génomythe ») envers l’arrivée de la pharmacogénétique et qui semblent imprégnés par l’historique des représentations médiatiques négatives de la génétique. Quant à l’analyse des entretiens, celle-ci a permis de mettre en lumière le contexte actuel du terrain d’accueil. En effet, selon les experts interviewés, ce contexte comporte des déficiences législatives et un dysfonctionnement organisationnel qui font en sorte que l’utilisation des tests de pharmacogénétique est limitée, fragmentée et non standardisée. S’ajoute à ceci, le manque de données probantes et de dialogue entre des acteurs mal ou peu informés, la résistance et la crainte de certains professionnels. Discussion : Plusieurs changements dans la réglementation des systèmes d’innovation ainsi que dans le contexte d’accueil seront nécessaires pour rendre accessibles les tests de pharmacogénétique dans la pratique clinique courante. Des mécanismes facilitateurs de la translation des technologies et des facteurs clés de réussite sont proposés. Enfin, quelques initiatives phares sont suggérées. Conclusion : Des efforts au niveau international, national, provincial et local sont indispensables afin de résoudre les nombreux obstacles de la translation des tests de pharmacogénétique au Québec et ainsi planifier l’avenir le plus efficacement et sûrement possible.

Le passé eugénique canadien et ses leçons au regard des nouvelles technologies génétiques

L'eugénisme fascine. L'eugénisme fait peur. D'ailleurs, le spectre de cette idéologie, lié à un passé riche en histoire, revient en force et suscite des craintes de dérives quant à l'avancement des connaissances scientifiques et de leurs applications principalement dans le débat sur le diagnostic préimplantatoire. Alors que nous nous intéressons à son encadrement normatif, une approche historique permet de guider le législateur afin de ne pas répéter des erreurs passées et de mieux en comprendre les enjeux. Or, une loi eugénique a déjà existé au Canada en matière de stérilisation des personnes mentalement handicapées. À la lumière de celle-ci et de son histoire, l'auteur s'interroge sur les leçons que nous pouvons appliquer au diagnostic préimplantatoire, une technologie génétique permettant de sélectionner un enfant créé in vitro en fonction de son profil génétique.

Desperately seeking donors: The 'saviour siblings' decision in quintaville v human fertilisation embryology authority (UK)

The recent House of Lords decision in Quintavalle v Human Fertilisation and Embryology Authority has raised difficult and complex issues regarding the extent to which embryo selection and reproductive technology can be used as a means of rectifying genetic disorders and treating critically ill children. This comment outlines the facts of Quintavalle and explores how the House of Lords approached the legal, ethical and policy issues that arose out of the Human Fertilisation and Embryology Authority's (UK) decision to allow reproductive and embryo technology to be used to produce a 'saviour sibling' whose tissue could be used to save the life of a critically ill child. Particular attention will be given to the implications of the decision in Quintavalle for Australian family and medical law and policy. As part of this focus, the comment explores the current Australian legislative and policy framework regarding the use of genetic and reproductive technology as a mechanism through which to assist critically ill siblings. It is argued that the present Australian framework would appear to impose significant limits on the medical uses of genetic technology and, in this context, would seem to reflect many of the principles that were articulated by the House of Lords in Quintavalle.

Genetic screening and the handling of high-risk groups in the workplace [microform] : hearings before the Subcommittee on Investigations and Oversight of the Committee on Science and Technology, U.S. House of Representatives, Ninety-seventh Congress, first session, October 14, 15, 1981.

"No. 53."

Genetic screening of workers [microform] : hearing before the Subcommittee on Investigations and Oversight of the Committee on Science and Technology, U.S. House of Representatives, Ninety-seventh Congress, June 22, 1982.

"No. 119."

Human genetic engineering [microform] : hearings before the Subcommittee on Investigations and Oversight of the Committee on Science and Technology, U.S. House of Representatives, Ninety-seventh Congress, second session, November 16, 17, 18, 1982.

"No. 170."

Enterotoxigenic and genetic profiles of Bacillus cereus strains of food origin in Brazil

In Brazil. the incidence of Bacillus cereus outbreaks is unknown, and there is little information about B. cereus occurrence in food. In addition, data on toxin production and genetic characterization of the B. cereus isolates cannot be found. This pathogen causes two distinct types of toxin-mediated foodborne illnesses known as diarrheal and emetic syndromes. Diarrheal syndrome has been linked to three different enterotoxins: two protein complexes, hemolysin BL (HBL) and nonhemolytic enterotoxin (NHE); and an enterotoxic protein, cytotoxin K (cytK). Emetic syndrome is related to cereulide, a toxin encoded by the ces gene. In this study, NHE and HBL production capacities of 155 strains of B. cereus isolated from Brazilian food products were evaluated with an immunoassay. Strains were also tested for the presence of the genes of the HBL and NHE complexes, cytK, cytK-1, cytK-2, and ces, using PCR. HBL was detected in 105 (67.7%) strains and NHE in 154 (99.4%) strains. All the strains harbored at least one gene of the NHE complex, while 96.1% of them were positive for at least one of those of the HBL complex. Genes cytK1 and ces were not detected. All strains showed toxigenic capacity and could represent a risk for consumers if good practices are not followed. This is the first report on toxigenic and genetic profiles of B. cereus strains isolated in Brazil.

Evaluation of nutritional and genetic determinants of total homocysteine, methylmalonic acid and S-adenosylmethionine/S-adenosylhomocysteine values in Brazilian childbearing-age women

Background: Cobalamin (Cbl) and folate deficiencies and gene polymorphism of key enzymes or carriers can impair homocysteine metabolism and may change the serum values of S-adenosylmethionine (SAM) and S-adenosylhomocysteine (SAH). We investigated the nutritional and genetic determinants for total homocysteine (tHcy), methylmalonic acid (MMA) and SAM/SAH in healthy Brazilian childbearing-age women. Methods: Serum concentrations of Cbl, folate, red blood cell folate, ferritin, tHcy, MMA, SAM, SAH and other metabolites were measured in 102 healthy unrelated women. The genotypes for MTHFR C677T, MTHFR A1298C, MTR A2756G, MTRR A66G, TC2 C776G, TC2 A67G and RFCI A80G gene polymorphisms were identified by PCR-RFLP. Results: Serum folate and Cbl were inversely correlated with tHcy and serum MMA, respectively. Cbl deficiency was associated with increased MMA and reduced alpha-aminobutyrate, serine and N-methylglycine concentrations. No variable was associated with SAM/SAH ratio. In addition, gene polymorphisms were not selected as determinants for tHcy, MMA and SAM/SAH ratio. Iron, Cbl and folate deficiencies were found respectively in 30.4%, 22.5% and 2.0% of individuals studied. Conclusions: There was a high frequency of Cbl and iron deficiency in this group of childbearing-age women. Serum folate and Cbl were the determinants of serum tHcy and MMA concentration, respectively. (c) 2007 Elsevier B.V. All rights reserved.

Control of vector-borne disease by genetic manipulation of insect populations: technological requirements and research priorities

The possibility of controlling vector-borne disease through the development and release of transgenic insect vectors has recently gained popular support and is being actively pursued by a number of research laboratories around the world. Several technical problems must be solved before such a strategy could be implemented: genes encoding refractory traits (traits that render the insect unable to transmit the pathogen) must be identified, a transformation system for important vector species has to be developed, and a strategy to spread the refractory trait into natural vector populations must be designed. Recent advances in this field of research make it seem likely that this technology will be available in the near future. In this paper we review recent progress in this area as well as argue that care should be taken in selecting the most appropriate disease system with which to first attempt this form of intervention. Much attention is currently being given to the application of this technology to the control of malaria, transmitted by Anopheles gambiae in Africa. While malaria is undoubtedly the most important vector-borne disease in the world and its control should remain an important goal, we maintain that the complex epidemiology of malaria together with the intense transmission rates in Africa may make it unsuitable for the first application of this technology. Diseases such as African trypanosomiasis, transmitted by the tsetse fly, or unstable malaria in India may provide more appropriate initial targets to evaluate the potential of this form of intervention.

Low genetic diversities of rabies virus populations within different hosts in Brazil

The low rates of nonsynonymous evolution observed in natural rabies virus (RABV) isolates are suggested to have arisen in association with the structural and functional constraints operating on the virus protein and the infection strategies employed by RABV within infected hosts to avoid strong selection by the immune response. In order to investigate the relationship between the genetic characteristics of RABV populations within hosts and the virus evolution, the present study examined the genetic heterogeneities of RABV populations within naturally infected dogs and foxes in Brazil, as well as those of bat RABV populations that were passaged once in suckling mice. Sequence analyses of complete RABV glycoprotein (G) genes showed that RABV populations within infected hosts were genetically highly homogeneous whether they were infected naturally or experimentally (nucleotide diversities of 0-0.95 x 10(-3)). In addition, amino acid mutations were randomly distributed over the entire region of the G protein, and the nonsynonymous/synonymous rate ratios (d(N)/d(S)) for the G protein gene were less than 1. These findings suggest that the low genetic diversities of RABV populations within hosts reflect the stabilizing selection operating on the virus, the infection strategies of the virus, and eventually, the evolutionary patterns of the virus. (C) 2009 Elsevier B.V. All rights reserved.

Development of a genetic method to estimate effective spawner numbers in the NPF and Queensland tiger prawn fisheries

OBJECTIVES: 1. To critically evaluate a variety of mathematical methods of calculating effective population size (Ne) by conducting comprehensive computer simulations and by analysis of empirical data collected from the Moreton Bay population of tiger prawns. 2. To lay the groundwork for the application of the technology in the NPF. 3. To produce software for the calculation of Ne, and to make it widely available.