«За коренные различия отвечает всего 0,1% генома». Ученые впервые составили пангеном человека — что это и почему оно настолько важно

Разыгрываем четыре iPhone 14 за покупки по карте Клевер

«Набор инструкций, помогающих организму развиваться и функционировать»

О пангеноме в немного упрощенной форме также пишут на сайте Национального института здравоохранения США. Международный консорциум по изучению референсного пангенома (да, существует целая организация) уже собрал 47 геномов, а также собирается отсеквенировать еще 350 от доноров разного происхождения к середине следующего года. «Так как каждый человек несет парный набор хромосом, текущий эталон фактически включает 94 различные геномные последовательности, а к завершению проекта планируется достичь 700 различных последовательностей», — добавляется в сообщении.

Звучит чересчур сложно? Упростим. Геном — это совокупность наследственного материала, заключенного в клетке организма. То есть геном содержит биологическую информацию, необходимую для построения и поддержания организмов живых существ, в том числе человека.

В материале на сайте Национального института здравоохранения США приводится хороший пример: геном — это набор инструкций ДНК, помогающих каждому живому организму развиваться и функционировать. Последовательности генома у представителей одного вида, как правило, лишь слегка различаются. Так, известно, что геномы двух людей, никак не связанных между собой, окажутся идентичными более чем на 99%. «Но именно эта оставшаяся 0,1% различий вносит основной вклад в уникальность каждого из нас», — уточняют исследователи.

Геном влияет на проявление аутизма, иммунных заболеваний и ишемическую болезнь сердца?

Первую полную последовательность генома человека завершили 20 лет назад, в 2003-м. Но она основана на ДНК только одного испытуемого. Позже добавили фрагменты еще от двух десятков людей, но факт остался фактом: порядка 70% последовательностей, использующихся для оценки генетической изменчивости, были от одного «носителя». Проще говоря, созданный стандарт не учитывал генетического разнообразия людей и не включал в себя множество возможных вариаций.

Зачем это вообще нужно изучать? Генетики используют так называемый эталонный геном для секвенирования (определения аминокислотной и/или нуклеотидной последовательности) фрагментов генетического кода людей с дальнейшим сопоставлением его с недавно расшифрованными фрагментами ДНК. Другими словами, эталонный геном нужен для определения версий генов, отличающихся друг от друга у одних и тех же организмов.

Речь про цвет глаз и рост, а также целый перечень заболеваний: аутизм, шизофрению, иммунные расстройства, ишемическую болезнь сердца. Пангеном позволит сравнить различия между людьми с подобными (зачастую хроническими) болезнями и без них, что сделает возможным более точное прогнозирование риска развития осложнений в зависимости от вариантов гена.

Исследователи старались добиться максимального разнообразия и подсчитали генетическое расстояние между 2504 образцами в получившийся выборке. В нее вошли представители каждой субпопуляции, расположенные дальше всего от других субпопуляций. В итоге в пангеном попали представители Африканского континента, а также Европы и обеих Америк. Особое внимание также уделили жителям Юго-Восточной Азии и Ближнего Востока — регионов, традиционно охваченных такими исследованиями меньше всего.

Что именно предприняли ученые

В новой работе исследователи смогли удвоить количество больших вариантов генома (его структурных вариантов), доведя их число до 18 тыс. Эксперты также добавили порядка 119 млн новых пар оснований, составляющих последовательность ДНК, и больше 1,1 тыс. новых мутаций дупликации генов к предыдущей версии генома человека. Кроме того, в каждом случае применяли секвенсы генома сразу обоих родителей, чтобы точнее восстановить последовательности.

В проекте задействовали метод так называемого длинного секвенирования, захватывающего большие сегменты ДНК одновременно. Преимущество такой технологии в следующем: этот способ секвенирования выявляет куда большее количество генетических вариаций. Его недостаток — стоимость: на один геном уходит $10 тыс. (короткое секвенирование оценивается примерно в $500 за геном). Но, вероятно, снизить цену в будущем все же получится.

Вторая статья в Nature посвящена изучению так называемых сегментных дупликаций, то есть мутаций, при которых большие фрагменты ДНК удваиваются и мигрируют. Эксперты нашли способ создать карту донорных и акцепторных участков, в которых это происходит, а заодно сумели посчитать, точечные мутации какого рода возникают в повторах. В третьей статье рассказывается про акроцентрические хромосомы. Результаты такие: в последних есть практически идентичные участки, из-за которых хромосомы продолжают рекомбинировать и обмениваться последовательностями.

Также известно, что до 90% таких областей лежат в области центромер — участков хромосом, играющих важную роль в делении клеточного ядра и контроле экспрессии генов (процесса, при котором наследственная информация от гена преобразуется в РНК или белок). Если коротко, расшифровать центромеры чрезвычайно сложно. Это один из следующих этапов, на который нацелились биологи.

К чему могут привести дальнейшие исследования

«Эталон человеческого пангенома позволит нам представить десятки тысяч новых геномных вариантов в областях, которые были недоступны ранее. Благодаря изучению пангенома мы сможем ускорить клинические исследования, улучшив наше понимание связи между генами и признаками болезни», — заключает один из авторов работы из Йельского университета.

Вместе с тем консорциум столкнулся с некоторыми юридическими (или даже этическими) сложностями. Исследователям предстоит найти новых участников, чтобы заполнить оставшиеся пробелы в разнообразии пангенома. Но зачастую подобная информация считается весьма конфиденциальной, а обмен данными такого рода требует дополнительной регламентации в разных странах — единый процесс передачи пока не выработан.

Наш канал в Телеграмма. Присоединяйтесь!

Есть о чем рассказать? Пишите в наш телеграм-бот. Это анонимно и быстро

Перепечатка текста и фотографий Onlíner без разрешения редакции запрещена. [email protected]