Naukowcy twierdzą, że zsekwencjonowali cały ludzki genom

zaMiędzynarodowy zespół naukowców twierdzi, że zsekwencjonował cały genom człowieka, w tym części, których nie znaleziono w pierwszych sekwencjach genomu człowieka dwie dekady temu.

To twierdzenie, jeśli zostanie potwierdzone, wykracza poza wyczyn, który liderzy Human Genome Project i Celera Genomics przedstawili na trawniku Białego Domu w 2000 roku, kiedy ogłosili sekwencjonowanie pierwszego szkicu ludzkiego genomu. Ten historyczny projekt, a następnie sekwencjonowanie ludzkiego DNA, wszystkie pominęły około 8% genomu.

Nowe sekwencjonowanie genomu wypełnia te luki przy użyciu nowej technologii. Ma jednak różne ograniczenia, w tym rodzaj linii komórkowej, którą naukowcy wykorzystali, aby przyspieszyć swoje wysiłki.

Reklamy

praca była Szczegółowe 27 maja w przygotowalni, co oznacza, że ​​nie została jeszcze zrecenzowana.

„Po prostu próbujesz zbadać tę ostatnią niewiadomą ludzkiego genomu” – powiedziała Karen Mega, naukowiec z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Santa Cruz, która współkierowała międzynarodowym konsorcjum, które stworzyło sekwencjonowanie. „Nie było tego wcześniej, a powodem, dla którego nie zostało to zrobione wcześniej, jest to, że jest to trudne”.

Reklamy

Mega potwierdziła, że ​​nie uzna ogłoszenia za oficjalne, dopóki artykuł nie zostanie przejrzany i opublikowany w czasopiśmie medycznym.

Naukowcy twierdzą, że nowy genom jest krokiem naprzód, możliwym dzięki nowym technologiom sekwencjonowania DNA opracowanym przez dwie prywatne firmy: Pacific Biosciences w Menlo Park w Kalifornii, znany również jako BacBio, oraz Oxford Nanopore z Oxford Science Park w Wielkiej Brytanii. Ich techniki odczytywania DNA mają bardzo konkretne zalety w porównaniu z narzędziami, które od dawna uważane są za złoty standard dla badaczy.

Euan Birney, zastępca dyrektora generalnego Europejskiego Laboratorium Biologii Molekularnej, określił wynik jako „silną rundę techniczną”. Zauważył, że oryginalne dokumenty genomowe zostały starannie wykonane, ponieważ nie sekwencjonowały każdej cząsteczki DNA od jednego końca do drugiego. „To, co zrobiła ta grupa, to pokazanie, że mogą to robić od początku do końca”. Powiedział, że jest to ważne dla przyszłych badań, ponieważ pokazuje, co jest możliwe.

George Church, biolog z Harvardu i pionier sekwencjonowania, określił tę pracę jako „bardzo ważną”. Powiedział, że lubi zauważać w swoich rozmowach, że do tej pory nikt nie zsekwencjonował całego genomu kręgowca – co nie jest już prawdą, jeśli nowe prace się potwierdzą.

Jedno ważne pytanie bez odpowiedzi: Jak ważne są te brakujące elementy ludzkiej układanki? Konsorcjum poinformowało, że zwiększyło liczbę baz DNA z 2,92 miliarda do 3,05 miliarda, co stanowi wzrost o 4,5%. Jednak liczba genów wzrosła tylko o 0,4%, do 19 669. Nie oznacza to, że praca nie może również prowadzić do innych nowych spostrzeżeń, w tym dotyczących sposobu regulacji genów, podkreślają naukowcy.

Użyta sekwencja DNA nie pochodziła od osoby, ale z pieprzyka groniastego, wyrostka w kobiecej macicy, który pojawia się, gdy plemnik zapładnia komórkę jajową, która nie zawiera jądra. Oznacza to, że ma 23 chromosomy, jak plemnik lub komórka jajowa, a nie 46.

Naukowcy wybrali te komórki, które zostały zachowane w laboratorium, ponieważ ułatwiło to obliczenia w celu stworzenia sekwencji DNA. Pierwotny projekt Genome ustanowiony w 2003 r. również zawierał tylko 23 chromosomy, ale ponieważ techniki sekwencjonowania DNA stały się tańsze i prostsze, naukowcy dążyli do sekwencjonowania wszystkich 46 chromosomów.

Allen Mardis, współdyrektor wykonawczy Instytutu Medycyny Genomowej w Ogólnopolskim Szpitalu Dziecięcym, obawia się, że nowa informacja genetyczna może ulec zmianie z powodu zatrzymywania tych linii komórkowych w laboratorium.W dużej mierze jest to pozostałość, która gromadzi się, gdy linia komórkowa rozprzestrzenia się przez wiele lat w hodowli”.

Mega powiedział, że badania linii komórkowej wykazały, że przypomina ona ludzkie komórki i że naukowcy używali komórek, które przez wiele lat były zamrożone, a nie krążące. Zgodziła się, że następnym krokiem będzie próba uporządkowania przez grupę wszystkich 46 chromosomów, znanych jako genom diploidalny.

Dlaczego zsekwencjonowanie ostatnich 8% genomu zajęło 20 lat, mimo że koszt sekwencjonowania reszty genomu spadł z 300 milionów dolarów do 300 dolarów? Odpowiedź ma związek ze sposobem działania technologii sekwencjonowania DNA.

Obecne sekwencery DNA, stworzone przez Illumina, pobierają małe kawałki DNA, dekodują je i ponownie składają powstałą zagadkę. Działa to dobrze w przypadku większości genomów, ale nie w regionach, w których kod DNA jest wynikiem długich wzorców powtórzeń. Jeśli superkomputer zawiera tylko małe części, jak może złożyć sekwencję DNA, która powtarza zasadę „AGAGAGA” na zasadach? Tak wyglądało 8% brakującego genomu.

Wśród tych „niesparowanych” obszarów znajduje się jedna z najbardziej znanych struktur w biologii. Jeśli kiedykolwiek patrzyłeś na chromosomy (pomyśl o biologii w szkole średniej), wyglądają one jak połączone nitki. Te węzły to centriole, które są wiązkami DNA, które łączą ze sobą chromosomy. Odgrywają ważną rolę w podziale komórek. Jest pełen powtórzeń.

W rzeczywistości to planety przyciągnęły Mega do chęci zobaczenia tych brakujących regionów.

„Dlaczego regiony, które są tak fundamentalne dla życia, tak fundamentalne dla funkcjonowania komórki, są umieszczone nad częściami naszego genomu, które powtarzają te gigantyczne tandemowe morza?” Pamięta, że ​​pytała, kiedy była na pierwszym roku.

To właśnie to pytanie skłoniło ją, w rozmowie z badaczem NIH, Adamem Phillippe, do zasugerowania rozpoczęcia w 2019 r. swojej obecnej inicjatywy, nazwanej Telomere 2 Telomere Consortium, od telomerów, które są końcami chromosomu. Podpisali Evana Eichlera, biolog z Uniwersytetu Waszyngtońskiego, który od lat jest zaniepokojony brakującymi częściami genomu, jako współautor.

Praca była możliwa, ponieważ technologie Oxford Nanopore i PacBio nie tną DNA na małe kawałki układanki. Technologia Oxford Nanopore wprowadza cząsteczkę DNA przez mały otwór, co skutkuje bardzo długą sekwencją. Technologia PacBio wykorzystuje lasery do skanowania tej samej sekwencji DNA w kółko, dzięki czemu odczyt może być bardzo dokładny. Oba są droższe niż obecna technologia Illumina.

Firmy w gorącym wyścigu. Naukowcy twierdzą, że w przypadku tego projektu dokładność technologii PacBio okazała się nieoceniona, a do wykończenia niektórych obszarów użyli Oxford Nanopore. Ale Oxford Nanopore już obiecywał nową, bardziej użyteczną technologię. „Na razie PacBio ma przewagę, ale nie jest jasne, jak długo będą w stanie ją utrzymać” – powiedział Michael Schatz, adiunkt na Uniwersytecie Johnsa Hopkinsa.

Wszyscy badacze mówili o wizji przyszłości, w której zamiast pojedynczego genomu referencyjnego zgromadziliby setki różnych, kompletnych, wzajemnie powiązanych i zróżnicowanych etnicznie genomów, które można by wykorzystać jako odniesienia. Mega pomaga również prowadzić ten biznes. To tylko krok w tym kierunku.

Ale do tej pory, mówi Schatz, zawsze były pytania o to, czego brakuje. Teraz w końcu mamy prawidłowe dane. „Mamy odpowiednią technologię”.