Vedci tvrdia, že sekvenovali celý ľudský genóm

aMedzinárodný tím vedcov tvrdí, že sekvenoval celý ľudský genóm vrátane častí, ktoré chýbali v prvom sekvenovaní ľudského genómu pred dvoma desaťročiami.

Pokiaľ sa toto tvrdenie potvrdí, prekoná úspech dosiahnutý vedúcimi predstaviteľmi projektu Human Genome Project a Celera Genomics na trávniku Bieleho domu v roku 2000, keď oznámili sekvenovanie prvého konceptu ľudského genómu. Tento historický koncept a následné sekvencie ľudskej DNA minuli asi 8% všetkých genómov.

Sekvenovanie nových genómov pomocou novej technológie tieto medzery vypĺňa. Má však rôzne obmedzenia, vrátane typu bunkovej línie, ktorú vedci použili na urýchlenie svojho úsilia.

reklama

práca bola Rozšírené 27. mája v predtlači, čo znamená, že ešte nebol recenzovaný.

„Snažíte sa prehĺbiť túto poslednú neznámu ľudského genómu,“ povedala Karen Miga, výskumníčka z Kalifornskej univerzity v Santa Cruz, ktorá viedla medzinárodné konzorcium, ktoré vytvorilo sekvenciu. „Nikdy predtým sa to nerobilo a dôvodom, prečo sa to predtým nerobilo, je to, že je to ťažké.“

reklama

Miga zdôraznil, že nebude považovať oznámenie za oficiálne, kým nebude príspevok skontrolovaný a zverejnený v lekárskom časopise.

Vedci tvrdia, že nový genóm predstavuje skok vpred, čo umožnili nové technológie sekvenovania DNA vyvinuté dvoma spoločnosťami zo súkromného sektoru: Pacific Biosciences v Menlo Park v Kalifornii, tiež známy ako PacBio, a Oxford Oxford Nanopore of Science Park. Británia. Ich techniky čítania DNA majú veľmi zreteľné výhody oproti nástrojom, ktoré sa už dlho považujú za zlaté štandardy výskumníkov.

Výsledok nazval Ivan Birny, zástupca generálneho riaditeľa Európskeho laboratória pre molekulárnu biológiu, „technická prehliadka sily“. Povedal, že pôvodný dokument o genóme bol napísaný opatrne, pretože sekvenovali nie všetky molekuly DNA z jedného konca na druhý. „Táto skupina urobila iba to, že ukazuje, že to dokáže všetko od začiatku.“ To je podľa neho dôležité pre budúci výskum, pretože ukazuje, čo je možné.

Biológ z Harvardu a priekopník sekvenovania George Church označil dielo za „veľmi dôležité“. Vo svojej prednáške uviedol, že rád poznamenáva, že zatiaľ nikto nenasledoval celý genóm stavovca – niečo, čo už nie je pravda, ak sa potvrdia nové práce.

Dôležitá a nezodpovedaná otázka: Nakoľko dôležité sú tieto chýbajúce kúsky v ľudskej skladačke? Konzorcium uviedlo, že zvýšil počet báz DNA z 2,92 miliardy na 3,05 miliardy, čo predstavuje nárast o 4,5%. Počet génov sa ale zvýšil iba o 0,4% na 19 969. To podľa vedcov neznamená, že práca nemôže viesť aj k ďalším novým poznatkom, vrátane tých, ktoré súvisia s reguláciou génov.

Použitá sekvencia DNA nebola od jednotlivca, ale od hydatidiformného móla, čo bol rast v maternici ženy, keď spermie oplodnili vajíčko, ktoré nemalo jadro. To znamenalo, že mal 23 chromozómov, ako spermie alebo vajíčko, nie 46.

Vedci vybrali tieto bunky, ktoré boli uchovávané v laboratóriu, pretože to zjednodušilo výpočtové úsilie pri vytváraní sekvencie DNA. Pôvodný návrh genómu, ktorý vznikol v roku 2003, mal tiež iba 23 chromozómov, ale keďže technológie na sekvenovanie DNA boli lacnejšie a jednoduchšie, vedci sa pokúsili sekvenovať všetkých 46 chromozómov.

Ellen Mardis, výkonná riaditeľka Inštitútu genómovej medicíny v Nationwide Children’s Hospital, bola znepokojená, pretože tieto bunkové línie uchovávané v laboratóriu potenciálne mutujú nové genetické informácie. “Detrit, ktorý sa hromadí ako bunková línia, sa môže v kultúre množiť po mnoho rokov. „

Miga uviedol, že štúdie bunkovej línie ukázali, že je to podobné ľudským bunkám, a vedci používali bunky, ktoré boli niekoľko rokov zmrazené a nerozmnožovali sa. Súhlasila s tým, že ďalším krokom bude pokus skupiny o sekvenovanie všetkých 46 chromozómov, známych ako diploidný genóm.

Prečo trvalo 20 rokov, kým sa sekvenovalo posledných 8% genómu, aj keď náklady na sekvenovanie zvyšku genómu klesli z 300 miliónov na 300 dolárov? Odpoveď súvisí s fungovaním technológií sekvenovania DNA.

Aktuálny radič DNA ťažného koňa, vyrobený spoločnosťou Illumina, odoberie krátke kúsky DNA, dekóduje ich a znova zostaví výslednú hádanku. To funguje dobre pre väčšinu genómu, ale nie v regiónoch, kde je kód DNA výsledkom dlhých opakujúcich sa vzorov. Ak superpočítač pozostáva iba z krátkych fragmentov, ako môže zostaviť sekvenciu DNA, ktorá opakuje „agaga“ na bázy na bázy? Chýbajúcich 8% genómu vyzeralo takto.

Tieto „nezmapované“ oblasti patrili medzi biologicky najuznávanejšie štruktúry. Ak ste sa niekedy pozreli na chromozómy (myslíte si stredoškolskú biológiu), vyzerajú ako zaviazané šnúrky. Týmito uzlami sú centroméra, zväzky DNA, ktoré držia chromozómy pohromade. Hrajú dôležitú úlohu pri delení buniek. A sú plné opakovaní.

Práve centroméra priťahovala Migu, aby hľadala tieto chýbajúce regióny.

„Prečo sú regióny, ktoré sú pre život také zásadné, ako aj pre fungovanie bunky, umiestnené v častiach nášho genómu, ktoré sú týmito rozsiahlymi morami tandemu?“ Pamätá si, ako sa pýtala ako postgraduálna študentka.

Práve táto otázka ho podnietila v diskusii s Adamom Philippim, výskumným pracovníkom z Národných inštitútov zdravia, k navrhnutiu svojej súčasnej iniciatívy s názvom Telomere 2 Telomere Consortium po telomerách, ktoré sú koncami chromozómov. 2019 Podpísali sa ako spoluautor biológa z Washingtonskej univerzity Evana Eichlera, ktorý sa už roky obáva o chýbajúce časti genómu.

To bolo možné, pretože techniky Oxford Nanopore a PacBio nerozrezávajú DNA na malé kúsky skladačky. Oxfordská technológia nanopórov vedie molekulu DNA cez malý otvor, čo vedie k veľmi dlhej sekvencii. Technológia PacBio využíva laser na opakované skúmanie rovnakej sekvencie DNA, čím vytvára vysoko presný údaj. Oba sú nákladnejšie ako súčasná technológia Illumina.

Spoločnosti sú v horúcom závode. Vedci tvrdia, že pre tento projekt sa presnosť technológie PacBio ukázala ako neoceniteľná a na elimináciu určitých oblastí použili Oxfordský nanopór. Oxfordský nanopór však už sľubuje novú, užitočnejšiu technológiu. „V tejto chvíli má PacBio výhodu, ale nie je jasné, ako dlho si ju udržia,“ uviedol docent Michael Schatz na univerzite Johns Hopkins University.

Všetci vedci hovorili o vízii budúcnosti, kde by namiesto použitia jedného referenčného genómu zhromaždili stovky rôznych, úplných genómov, ktoré sú vzájomne prepojené a etnicky rozmanité a slúžia ako referencie. Miga tiež pomáha viesť túto prácu. A to je iba jeden krok týmto smerom.

Ale až doteraz, podľa Schatza, vždy existovali otázky, čo chýbalo. Teraz máme konečne správne čísla. „Máme správnu technológiu.“