Genom człowieka odkodowany. To wielkie odkrycie genetyki
Kompletny ludzki genom w końcu poznany. Międzynarodowy zespół naukowców wypełnił luki pozostawione przez wcześniejsze badania, co pomoże lepiej zrozumieć zmienność genetyczną i to, jak wpływa ona na rozwój niektórych chorób.
W oryginalnej sekwencji ludzkiego genomu, opublikowanej w 2001 r., pominięto ok. 8 proc. DNA. Wśród tych obszarów znalazły się niemal identyczne duplikaty zawierające funkcjonalne geny, a także centromery i telomery, znajdujące się odpowiednio w środku i na końcu chromosomów. Zawierają one długie ciągi powtarzających się sekwencji. Są to ważne regiony, ale trudne do oznaczania.
Konsorcjum Telomere-to-Telomere (T2T), w skład którego weszło wielu naukowców z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Davis, m.in. Megan Dennis, adiunkt biochemii i medycyny molekularnej czy Charles Langley, wybitny profesor ewolucji i ekologii, pokonało ostateczną granicę. Znamy kompletny ludzki genom!
Jak zsekwencjonować genom?
Sekwencjonowanie genomu przypomina podzielenie książki na fragmenty tekstu, a następnie próbę odtworzenia książki poprzez złożenie fragmentów w całość. Te części, które zawierają wiele wspólnych lub powtarzających się słów i zwrotów, trudniej jest umieścić na właściwym miejscu niż unikalne fragmenty. Poprzednie technologie sekwencjonowania DNA pozwalały na odczytanie dość krótkich sekwencji.
- Dużym skokiem technologicznym było sekwencjonowanie z długim odczytem. Sekwenatory nowszej generacji mogą dekodować znacznie dłuższe fragmenty, nawet do miliona par zasad lub "liter" DNA. Oznacza to, że fragmenty są znacznie większe i łatwiej je złożyć z powrotem w oryginalną sekwencję. To zmienia postać rzeczy - powiedziała Megan Dennis.
Naukowcy z UC Davis przyczynili się do realizacji projektu, przeprowadzając część sekwencjonowania długich odczytów za pomocą maszyn w Centrum Genomowym oraz analizując warianty i zduplikowane sekwencje.
Warto wspomnieć, że nowy genom referencyjny pochodzi od pojedynczej próbki człowieka, choć nie jest to żadna osoba. DNA wywodzi się z linii komórkowej uzyskanej z pęczka komórek zwanego zaśniadem groniastym. Jest to niezłośliwa postać ciążowej choroby trofoblastycznej - powstaje w wyniku nieprawidłowego zapłodnienia komórki jajowej, która zagnieżdża się w macicy. Mimo nietypowego pochodzenia, nic nie wskazuje na to, by genom tej linii komórkowej był czymś niezwykłym.
Oryginalny genom referencyjny (sprzed 21 lat) pochodził z genomów kilku osób, co spowodowało powstanie błędów i artefaktów.
Strzeż się centromeru!
Około 90 proc. nowej sekwencji pochodzi z centromerów chromosomów. Ze względu na swoją strukturę i zawierające długie odcinki powtarzającego się DNA, regiony te są trudne do zbadania.
- Kiedyś ostrzegaliśmy młodych genetyków, by nie zapuszczali się w głąb centromeru, bo nigdy się stamtąd nie wydostaną - żartował prof. Langley.
Obecnie centromery są gorącym tematem w biologii. To właśnie tam przyczepiają się mechanizmy oddzielające sparowane chromosomy podczas mejozy - procesu tworzenia plemników i komórek jajowych - co jest podstawowym krokiem w dziedziczeniu. Zawiera on duże ilości heterochromatyny, czyli obszarów, w których DNA i białka wydają się być bardziej skondensowane.
Heterochromatyna, widoczna jako ciemne plamy w chromosomach, jest znana genetykom od dziesięcioleci. Najnowsze badania sugerują, że heterochromatyna odgrywa ważną rolę w procesie włączania i wyłączania genów, przesuwając fragmenty DNA w inne części chromosomu. W ten sposób w jądrze powstają niezależne przedziały.
Kolejną zagadką związaną z centromerami jest to, w jaki sposób i dlaczego powstają one zawsze w tym samym miejscu, ponieważ nie istnieje żaden specyficzny znacznik o tym decydujący. Położenie centromerów określa epigenom.
Naukowcy porównali sekwencje centromerowe z nowego genomu referencyjnego z innymi opublikowanymi sekwencjami, dostarczając dowodów na to, że centromery mogą się nieznacznie przemieszczać. Potwierdzono to już u innych gatunków zwierząt.
Co oznacza nowa sekwencja referencyjna?
Dzięki opracowaniu nowej sekwencji referencyjnej, naukowcom łatwiej będzie zrozumieć zmienność, zwłaszcza w tych obszarach, które wcześniej nie były dobrze zbadane lub zawierały błędy i artefakty.
- Już teraz wykorzystuje się go do ponownej analizy genomów zebranych w ramach projektu 1000 Genomes, odkrywając i weryfikując tysiące nowych wariantów - powiedziała Megan Dennis.
Projekt 1000 Genomes to międzynarodowa współpraca mająca na celu stworzenie katalogu zmienności genetycznej człowieka. Można je powiązać z różnymi chorobami, nie tylko tymi o podłożu genetycznym. To wielka chwila dla świata genetyki.
