Po raz pierwszy zsekwencjonowano cały ludzki genom

Międzynarodowy zespół prawie 100 naukowców odkrył kompletny, pozbawiony luk ludzki genom, rozszyfrowując pozostałe, dotychczas nieznane sekwencje, co otwiera drzwi nowym podejściom do leczenia różnych chorób. To wpływowe badanie historyczne zostało opublikowane w słynnym czasopiśmie wiedzieć.

Kompletne sekwencjonowanie ludzkiego genomu. Źródło zdjęcia: Gio.tto / Shutterstock

Już w 2003 roku historyczny Projekt kodu genetycznego człowieka Był w stanie zsekwencjonować 92% ludzkiego genomu. Były to zasadniczo kodony dla prawdziwej ludzkiej chromatyny, która zawiera wiele niepakowanych genów, które kodują wiele istotnych białek odgrywających kluczową rolę w naszej fizjologii.

Jednak przez prawie dwie dekady naukowcy z trudem rozszyfrowali pozostałe 8%, mniejszą, ciasno upakowaną część genomu znaną jako heterochromatyna. Jedną z jego najważniejszych cech jest to, że nie odpowiada za produkcję białek.

Był to jeden z powodów, dla których naukowcy początkowo zdecydowali się nadać priorytet prawdziwej chromatynie, ale także ze względu na fakt, że sekwencjonowanie heterochromatyny jest bardzo trudne. Innymi słowy, potrzebowaliśmy bardziej zaawansowanych narzędzi genomicznych, aby zagłębić się w tę część genomu.

Oznacza to, że przez długi czas mieliśmy ogromną lukę w naszej wiedzy na temat niektórych podstawowych funkcji komórkowych. Jeśli przyjrzymy się genomowi referencyjnemu, stwierdzimy, że istnieje wiele nieznanych długich zasad, a nawet nie wszystkie genomy homozygotyczne są odpowiednio zsekwencjonowane, ponieważ obserwuje się wiele błędów (np. duplikacji).

Teraz to się zmieniło w tym ważnym badaniu przeprowadzonym przez konsorcjum Telomere-to-Telomere (T2T), które dołączyło do naukowców z różnych instytucji akademickich i National Institutes of Health (NIH) w USA.

Korzystanie z metod Merfin i metod długiego czytania

Korzystając z najnowszych technologii i innowacyjnego projektu, ta grupa naukowców była w stanie pomóc dokończyć to, co Projekt kodu genetycznego człowieka Zacząłem z powodzeniem, przeglądając błędy znalezione w regionach heterogenicznych, ale także przedstawiając pełny obraz regionów heterogenicznych.

Jednym z najważniejszych narzędzi, jakich użyli w tym przedsięwzięciu, jest Merfin, który z łatwością czyści niektóre z najtrudniejszych sekwencji znalezionych w ludzkim genomie. Dokładniej, to narzędzie umożliwia testowanie dokładności sekwencji i znajdowanie potencjalnie niepoprawnego kodu, a tym samym korygowanie tych błędów.

Co więcej, w tym badaniu naukowcy wykorzystali również uzupełniające się aspekty ultradługich sekwencji odczytu PacBio HiFi i Oxford Nanopore, z których oba są wykorzystywane do rozwiązywania dużych i złożonych genomów z prawie 100% dokładnością. Obie metody są znane jako metody długiego czytania.

Ludzkie DNA bez luk

Podsumowując, prace w ramach tego badania obejmują skupienia między telomerami bez przerw (to znaczy od jednego końca chromosomu do drugiego) wszystkich 22 ludzkich chromosomów i chromosomu X, co daje 3 054 815 472 par zasad DNA – wraz z Razem z genomem mitochondrialnym o wielkości 16 569 pz.

Ukończone i zsekwencjonowane regiony obejmują teraz wszystkie centralne układy satelitarne, krótkie ramiona akrocentrycznych chromosomów i niedawne duplikacje segmentowe, które otwierają te nieznane wcześniej regiony na złożone badania funkcjonalne i zmienności.

W pewnym sensie jest to pierwsza dokładna demonstracja schematu ludzkiego DNA. Powyższe metody od dawna czytane otworzyły drzwi do zrozumienia najbardziej złożonych i powtarzalnych części ludzkiego genomu.

w kierunku medycyny spersonalizowanej

Nadal jesteśmy dalecy od pełnego sekwencjonowania genomu na poziomie indywidualnym, ale teraz zapewni to badania chorób związanych z genomami heterogenicznymi, głównie rakami związanymi z anomaliami centrosomów (centromer jest ograniczonym regionem chromosomowym, który dzieli go na krótkie i długie ramię) .

„Te 8% genomu zostało przeoczone nie z powodu braku znaczenia, ale z powodu ograniczeń technologicznych” – podała grupa badawcza w swoich przełomowych badaniach. wiedzieć papier.

Dodają: „Sekwencjonowanie w wysokiej rozdzielczości z długim odczytem usunęło tę barierę technologiczną, umożliwiając kompleksowe badania różnorodności genetycznej w całym ludzkim genomie, co, jak się spodziewamy, będzie napędzać przyszłe odkrycia w zakresie zdrowia i chorób ludzkiego genomu”.

W każdym razie to badanie (i towarzyszące mu starania badawcze) w dużym stopniu wpłynie na analizę genomów i jest znaczącym krokiem w kierunku składania modeli, które reprezentują kod genetyczny ludzkości. Korzyści od nas wszystkich otworzy również w przyszłości drzwi do spersonalizowanej medycyny i edycji genomu.