Геном человека (почти) завершен – вот что осталось сделать

Выпуск проект последовательности генома человека 2001 год стал поворотным моментом в нашем понимании генома человека и проложил путь к прогрессу в нашем понимании геномной основы человеческой биологии и болезней.

Но разделы остались неупорядоченными, и некоторая информация о последовательности была неверной. Теперь, два десятилетия спустя, у нас есть гораздо более полная версия, опубликовано в виде препринта (который еще не прошел экспертную оценку) международным консорциумом исследователей.

Технологические ограничения означали, что первоначальный проект последовательности генома человека охватывал только «эухроматическую» часть генома – 92% нашего генома, где обнаружено большинство генов и которое наиболее активно участвует в создании генных продуктов, таких как РНК и белки.

Недавно обновленная последовательность заполняет большинство оставшихся пробелов, полностью обеспечивая 3,055 миллиарда пар оснований («букв») нашего кода ДНК. Эти данные были обнародованы в надежде, что другие исследователи будут использовать их в своих исследованиях.

Почему потребовалось 20 лет?

Большая часть вновь секвенированного материала – это «гетерохроматическая» часть генома, которая более «плотно упакована», чем эухроматический геном, и содержит много очень повторяющихся последовательностей, которые очень сложно читать точно.

Когда-то считалось, что эти области не содержат какой-либо важной генетической информации, но теперь известно, что они содержат гены, которые участвуют в фундаментально важных процессах, таких как формирование органов во время эмбрионального развития. Среди 200 миллионов недавно секвенированных пар оснований, согласно оценкам, 115 генов участвуют в производстве белков.

Два ключевых фактора сделали возможным завершение генома человека:

1. Выбор особого типа ячейки

Недавно опубликованная последовательность генома была создана с использованием человеческих клеток, полученных из очень редкого типа ткани, называемого полным пузырный занавес, который происходит, когда оплодотворенная яйцеклетка теряет весь генетический материал, переданный ей матерью.

Большинство клеток содержат по две копии каждой хромосомы, по одной от каждого родителя и хромосомы каждого из родителей, вносящих различную последовательность ДНК. Клетка от полного пузырного заноса имеет только две копии отцовских хромосом, и генетическая последовательность каждой пары хромосом идентична. Это значительно упрощает сборку всей последовательности генома.

2. Достижения в технологии секвенирования

После десятилетий ледникового прогресса проект «Геном человека» совершил прорыв в 2001 году, впервые применив метод под названием «дробовое секвенирование», который включал разбиение генома на очень маленькие фрагменты примерно из 200 пар оснований, клонирование их внутри бактерий, расшифровывая их последовательности, а затем собирая их вместе, как гигантскую головоломку.

Это было основной причиной, по которой первоначальный проект охватывал только эухроматические области генома – только эти области можно было надежно секвенировать с помощью этого метода.

Последняя последовательность была получена с использованием двух дополнительных технологий секвенирования ДНК. Один был разработан PacBio и позволяет секвенировать более длинные фрагменты ДНК с очень высокой точностью. Второй, разработанный Oxford Nanopore, производит сверхдлинные участки непрерывной последовательности ДНК. Эти новые технологии позволяют составлять части головоломки длиной в тысячи или даже миллионы пар оснований, что упрощает сборку.

Новая информация может улучшить наше понимание биологии человека, в том числе того, как хромосомы функционируют и поддерживают свою структуру. Это также улучшит наше понимание генетических состояний, таких как синдром Дауна, в основе которых лежит хромосомная аномалия.

Полностью ли секвенирован геном?

Ну нет. Очевидным упущением является Y-хромосома, потому что полные клетки пузырного заноса, использованные для составления этой последовательности, содержали две идентичные копии X-хромосомы. Однако эта работа продолжается, и исследователи ожидают, что их метод также может точно секвенировать Y-хромосому, несмотря на то, что она имеет очень повторяющиеся последовательности.

Несмотря на то, что секвенирование (почти) полного генома человеческой клетки является чрезвычайно впечатляющей вехой, это лишь один из нескольких важных шагов на пути к полному пониманию генетического разнообразия человека.

Следующей задачей будет изучение геномов различных популяций (полные клетки пузырного заноса были европейскими). Как только новая технология станет достаточно зрелой, чтобы ее можно было регулярно использовать для секвенирования множества различных человеческих геномов из разных популяций, она сможет оказать более значительное влияние на наше понимание истории, биологии и здоровья человека.

Необходимы как забота, так и технологическое развитие, чтобы гарантировать, что это исследование проводится с полным пониманием разнообразия генома человека, чтобы предотвратить усугубление неравенства в состоянии здоровья за счет ограничения открытий конкретными группами населения.

Статья автора Мелисса Саути, Кафедра прецизионной медицины, Университет Монаша а также Ту Нгуен-Дюмон, Старший научный сотрудник, Университет Монаша

Эта статья переиздана Разговор по лицензии Creative Commons. Прочтите оригинальная статья.

READ  A1954 Обход Icloud

Leave a Comment