Naukowcy uzupełnili kolejne luki w naszej wiedzy o genomie człowieka, poznając następnych 200 milionów par zasad DNA i 115 genów kodujących białka. Do zsekwencjonowania pozostała część występującego u mężczyzn chromosomu Y – informuje “Nature”.
W połowie lutego roku 2001, po kilkunastu latach przygotowań i badań, Human Genome Project i firma biotechnologiczna Celera Genomics ogłosili na łamach “Nature” i “Science” zsekwencjonowanie ludzkiego genomu – blisko 3 miliardów nukleotydów. Stwierdzono, że ludzka komórka zawiera ok. 30 000 genów kodujących białka oraz że istnieje ok. 740 genów kodujących nici RNA, spełniających inne niż udział w syntezie białek funkcje komórkowe. Jednak uzyskana sekwencja nie była naprawdę kompletna – brakowało około 15 proc.
Z powodu ograniczeń technologicznych naukowcy nie byli w stanie ustalić, w jaki sposób pasują do siebie niektóre odcinki DNA, zwłaszcza te, w których występuje wiele powtarzających się par zasad. Od tego czasu wiele udało się nadrobić, jednak w najnowszym ludzkim genomie – który genetycy wykorzystują jako odniesienie od roku 2013 – wciąż brakuje 8 proc. pełnej sekwencji.
Teraz naukowcom z międzynarodowego konsorcjum Telomere-to-Telomere (T2T), które obejmuje około 30 instytucji udało się wypełnić te luki. W preprincie z 27 maja zatytułowanym „Pełna sekwencja ludzkiego genomu” badaczka genomiki Karen Miga z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Santa Cruz i jej współpracownicy informują, że zsekwencjonowali resztę genomu, odkrywając około 115 nowych genów. Nowo zsekwencjonowany genom — nazwany T2T-CHM13 — dodaje prawie 200 milionów par zasad do wersji sekwencji z 2013 roku.
„To ekscytujące: mieć rozwiązanie problemów” – mówi Kim Pruitt, bioinformatyk z amerykańskiego Narodowego Centrum Informacji Biotechnologicznej w Bethesda w stanie Maryland, która nazywa wynik „znaczącym kamieniem milowym”.
Tym razem, zamiast pobierać DNA od żywej osoby, naukowcy wykorzystali linię komórkową pochodzącą z tak zwanego zaśniadu groniastego, rodzaju tkanki, która tworzy się u ludzi, gdy plemnik zapłodni komórkę jajową bez jądra. Powstała komórka zawiera tylko chromosomy pochodzące od ojca, więc naukowcy nie muszą rozróżniać dwóch zestawów chromosomów od różnych osób.
Karen Miga twierdzi, że wyczyn ten prawdopodobnie nie byłby możliwy bez nowej technologii sekwencjonowania, opracowanej przez Pacific Biosciences z Menlo Park w Kalifornii, która wykorzystuje lasery do skanowania długich odcinków DNA izolowanego z komórek — do 20 000 par zasad jednocześnie. Konwencjonalne metody sekwencjonowania odczytują DNA w kawałkach tylko kilkuset par zasad na raz, a naukowcy ponownie składają te fragmenty jak puzzle. Większe kawałki są znacznie łatwiejsze do złożenia, ponieważ jest bardziej prawdopodobne, że zawierają sekwencje, które nakładają się na siebie.
T2T-CHM13 nie jest jednak ostatnim słowem w ludzkim genomie. Zespół T2T miał problem z rozpoznaniem kilku regionów na chromosomach i szacuje, że chociaż nie ma luk, około 0,3 proc. genomu może zawierać błędy. Plemnik, który utworzył zaśniad groniasty miał chromosom X, dlatego naukowcy nie zsekwencjonowali jeszcze chromosomu Y, który zazwyczaj wyzwala rozwój biologiczny mężczyzn.
Na razie T2T-CHM13 reprezentuje genom tylko jednej osoby. Jednak konsorcjum T2T połączyło siły z grupą o nazwie Human Pangenome Reference Consortium, której celem jest zsekwencjonowanie ponad 300 genomów ludzi z całego świata w ciągu najbliższych 3 lat. Miga twierdzi, że zespoły będą mogły wykorzystać T2T-CHM13 jako odniesienie do zrozumienia, które części genomu różnią się między poszczególnymi osobami. Planują również zsekwencjonować cały genom, który zawiera chromosomy obojga rodziców, a grupa Migi pracuje nad sekwencjonowaniem chromosomu Y, używając tych samych nowych metod, aby pomóc wypełnić luki.
Autorzy badań spodziewają się, że genetycy szybko dowiedzą się, czy którykolwiek z nowo zsekwencjonowanych obszarów i możliwych genów jest powiązany z chorobami człowieka. Będzie to możliwe dzięki wcześniej zgromadzone wiedzy. Rezultaty prac znajdą bezpośrednie zastosowanie w medycynie, pozwalając na poznanie przyczyn większości schorzeń oraz opracowanie nowych, skutecznych metod leczenia. (PAP)
Autor: Paweł Wernicki
pmw/ zan/