toto je hotové 20 rokov Odkedy vedci zostavili prvý hrubý návrh ľudského genómu, vo väčšine našich buniek boli pevne zabalené tri miliardy genetických písmen DNA. Vedci sa to dodnes snažia pochopiť.
ale a študijná dávka V temných zákutiach ľudského genómu zverejnenom vo štvrtok v časopise Science sa rozlialo jasné svetlo, v porovnaní s 239 ďalšími cicavcami vrátane narvalov, gepardov a vydier. chlpaté pásavce kričia,
Sledovaním tohto genómového vývoja za posledných 100 miliónov rokov, tzv projekt junomiya odhalili milióny úsekov ľudskej DNA, ktoré sa zmenili len málo, odkedy sa naši husky podobní predkovia schovávali v tieni dinosaurov. Projekt zistil, že tieto starodávne genetické prvky vykonávajú základné funkcie v našom tele a mutácie v nich nás môžu vystaviť riziku širokého spektra chorôb.
Sila projektu spočíva vo veľkom množstve analyzovaných údajov – nielen genómov, ale aj informácií z experimentov a lekárskych štúdií na tisíckach kúskov DNA, povedal Alexander Palazzo, genetik z University of Toronto, ktorý sa nezúčastnil práca. „Je to tak, ako to treba urobiť.“
Cicavčí genóm umožnil tímu Zoonomia presne určiť fragmenty ľudskej DNA s radikálnymi mutáciami, ktoré ich odlišujú od ostatných cicavcov. Niektoré z týchto genetických adaptácií mohli mať hlavnú úlohu vo vývoji našich veľkých a zložitých mozgov.
Výskumníci len poškriabali povrch potenciálnych odhalení vo svojej databáze. Iní výskumníci tvrdia, že bude slúžiť ako mapa pokladu, ktorá bude viesť k ďalšiemu skúmaniu ľudského genómu.
„Téglik evolúcie je vševidiaci,“ povedal Jay Shendure, genetik z Washingtonskej univerzity, ktorý sa na projekte nezúčastnil.
požadovaný prepínač
Vedci už dlho vedia, že len malá časť našej DNA obsahuje takzvané proteíny kódujúce gény, ktoré tvoria dôležité proteíny, ako sú tráviace enzýmy v našom žalúdku, kolagén v našej koži a hemoglobín v našej krvi. Všetkých 20 000 génov kódujúcich proteíny tvorí len 1,5 percenta nášho genómu. Zvyšných 98,5 percenta je oveľa záhadnejších.
Vedci zistili, že určité kúsky tejto záhadnej DNA pomáhajú určiť, ktoré proteíny sa tvoria na určitých miestach a v určitých časoch. Ostatné časti DNA fungujú ako spínače a zapínajú blízke gény. A ešte iní môžu zvýšiť produkciu týchto génov. A ďalšie fungujú ako vypínače.
Prostredníctvom usilovných experimentov vedci odhalili tisíce takýchto prepínačov usadených v dlhých úsekoch DNA, ktoré pre nás nič nerobia – čo niektorí biológovia nazývajú „odpadová DNA“. Náš genóm obsahuje tisíce poškodených kópií génov, ktoré už napríklad nefungujú, a zvyšky vírusov, ktoré napadli genómy našich vzdialených predkov.
Vedcom sa však zatiaľ nepodarilo pozrieť sa priamo na ľudský genóm a identifikovať všetky spínače. „Nerozumieme jazyku, vďaka ktorému tieto veci fungujú,“ povedal Steven Reilly, genetik z Yale School of Medicine a jeden z viac ako 100 členov tímu Zoonomia.
keď sa projekt pred desiatimi rokmi začal, Vedci predpokladali, že evolúcia im môže pomôcť pochopiť tento jazyk. Usúdili, že prepnutie, ktoré trvalo milióny rokov, bolo pravdepodobne nevyhnutné pre naše prežitie.
V každej generácii náhodne zasiahnu mutácie DNA každého druhu. Ak zasiahnu kúsok DNA, ktorý nie je podstatný, nespôsobia žiadnu škodu a môžu sa preniesť na ďalšie generácie.
Na druhej strane mutácie, ktoré zničia nevyhnutný spínač, pravdepodobne neprejdú. Namiesto toho môžu zabiť cicavca, napríklad vypnutím génov potrebných na vývoj orgánov. „Jednoducho nedostanete obličku,“ povedala Kerstin Lindblad-Toh, genetička z Broad Institute a Uppsala University, ktorá iniciovala projekt Zoonomia.
Doktor Lindblad-Toh a jeho kolegovia zistili, že na sledovanie týchto mutácií za posledných 100 miliónov rokov budú musieť porovnať viac ako 200 genómov cicavcov. Spolupracoval s biológmi voľne žijúcich živočíchov, aby získal tkanivo z druhov zahŕňajúcich evolučný strom cicavcov.
Vedci vzali sekvenciu genetických písmen v každom genóme, známu ako základ, a porovnali ju so sekvenciami z iných druhov, aby určili, ako vznikli mutácie v rôznych vetvách cicavcov, keď sa vyvinuli zo spoločného predka.
„Počítače sa veľmi zmenili,“ povedala Katherine Pollard, dátová vedkyňa z Kalifornskej univerzity v San Franciscu, ktorá pomohla vybudovať databázu Junomia.
Vedci zistili, že ľudský genóm obsahuje relatívne malý počet báz – 330 miliónov, resp asi 10,7 percenta V ktorejkoľvek vetve stromu cicavcov sa našlo niekoľko mutácií, čo naznačuje, že sú nevyhnutné pre prežitie všetkých týchto druhov, vrátane nášho.
Naše gény tvoria nepatrný zlomok z týchto 10,7 percenta. Zvyšok je mimo našich génov a pravdepodobne obsahuje prvky, ktoré gény zapínajú a vypínajú.
Vedci zistili, že mutácie v týchto malých zmenených častiach genómu boli škodlivé po milióny rokov a škodia nám aj dnes. mutácie spojené s genetickými chorobami To zvyčajne ukáže základne, o ktorých výskumníci zistili, že sa za posledných 100 miliónov rokov vyvinuli len málo.
Nicky Whiffin, genetik z Oxfordskej univerzity, ktorý nebol zapojený do projektu, povedal, že klinickí genetici sa snažia nájsť mutácie spôsobujúce choroby mimo génov kódujúcich proteíny.
Dr Whiffin povedal, že projekt Zoonomia by mohol viesť genetikov do nepreskúmaných oblastí genómu so zdravotným významom. „To by mohlo výrazne znížiť počet variantov, ktoré vidíte,“ povedala.
typický človek
DNA, ktorá riadi našu základnú biológiu, sa za posledných 100 miliónov rokov zmenila pozoruhodne málo. Ale samozrejme, nie sme rovnakí ako kengury alebo modré veľryby. Projekt Zoonomia umožňuje výskumníkom presne určiť mutácie v ľudskom genóme, ktoré nás robia jedinečnými.
Dr Pollard sa zameriava na tisíce častí DNA, ktoré sa za ten čas nezmenili – s výnimkou nášho vlastného druhu. Je zaujímavé, že mnohé z týchto rýchlo sa meniacich častí DNA sú aktívnych vo vyvíjajúcom sa ľudskom mozgu.
Na základe nových údajov si Dr Pollard a jeho kolegovia myslia, že teraz rozumejú tomu, ako náš druh porušil 100 miliónov rokov tradície. V mnohých prípadoch bola prvým krokom mutácia, ktorá náhodne vytvorila ďalšiu kópiu dlhého segmentu DNA. predĺžením našej DNA, túto mutáciu zmenil spôsob otáčania,
Keď sa naša DNA skladala, genetický spínač, ktorý kedysi ovládal blízke gény, s ňou stratil kontakt. Namiesto toho teraz nadviazala kontakt s novým. Switch nakoniec získal mutácie, ktoré mu umožnili ovládať svojho nového suseda. Výskum doktora Pollarda naznačuje, že niektoré z týchto zmien pomohli ľudským mozgovým bunkám rásť dlhšie počas detstva – kľúčový krok vo vývoji našich veľkých a výkonných mozgov.
Doktor Reilly z Yale našiel ďalšie mutácie, ktoré mohli pomôcť nášmu druhu vyvinúť výkonnejšie mozgy: tie, ktoré náhodou extrahovať fragmenty DNA,
Skenovanie genómu Zoonomia, Dr. Reilly a jeho kolegovia hľadali DNA, ktorá prežila druh po druhom – ale potom bola vymazaná u ľudí. Našli 10 000 týchto vymazaní. Väčšina z nich mala len niekoľko báz, no niektoré mali na náš druh hlboký vplyv.
Jedna z najvýraznejších delécií vypínala spínač v ľudskom genóme. Je blízko génu nazývaného LOXL2, ktorý je aktívny vo vyvíjajúcom sa mozgu. Naši predkovia stratili len jednu bázu DNA z prepínača. Táto malá zmena zmenila vypínač na vypínač.
Dr. Reilly a jeho výskumníci uskutočnili experimenty, aby zistili, ako sa ľudská verzia LOXL2 správa v neurónoch v porovnaní so štandardnou verziou pre cicavcov. Ich experimenty ukazujú, že LOXL2 zostáva aktívny dlhšie u detí ako u mladých ľudoopov. Je známe, že LOXL2 udržuje neuróny v stave, v ktorom môžu rásť a klíčiť vetvy. Takže dlhodobé zapnutie v detstve mohlo spôsobiť, že sa náš mozog vyvinul viac ako mozog opice.
„Mení to náš pohľad na to, ako môže evolúcia fungovať,“ povedal Dr. Reilly. „Rozbitie vecí vo vašom genóme môže viesť k novým funkciám.“
Tím projektu Zoonomia plánuje pridať do svojej porovnávacej databázy viac genómov cicavcov. Zhiping Weng, výpočtový biológ z lekárskej fakulty UMass Chan vo Worcesteri, obzvlášť túži vidieť ďalších 250 druhov primátov.
vlastný výskum zoonómie naznačuje, že fragmenty DNA podobné vírusom sa množili v genómoch našich predkov podobných opiciam, vkladajúc nové kópie seba samých a prepájali naše vypínače v procese. Porovnanie viacerých genómov primátov by dalo Dr. Wengovi jasnejší obraz o tom, ako tieto zmeny mohli prepojiť naše genómy.
„Stále som veľmi posadnutá byť človekom,“ povedala.
