Вчені ретельно дослідили ДНК понад 1000 людей з усього світу, щоб детально зафіксувати геномні варіації людини. (Зображення: Борис Житков через Getty Images)
Через двадцять два роки після завершення проекту «Геном людини» вчені представили найширший каталог генетичних варіацій людини з усіх, що коли-небудь складалися.
У двох нових статтях, опублікованих у середу (23 липня) у журналі Nature, вчені секвенували ДНК 1084 людей з усього світу. Вони використали останні технологічні досягнення для аналізу довгих ділянок генетичного матеріалу кожної людини, зшили ці фрагменти разом та порівняли отримані геноми в найдрібніших деталях.
Результати поглиблюють наше розуміння «структурних варіантів» у геномі людини. Замість того, щоб впливати на одну «літеру» в коді ДНК, такі варіації впливають на великі фрагменти коду — вони можуть бути видалені з геному або додані до нього, або охоплювати місця, де ДНК була переміщена або переміщена в інше місце.
Вам може сподобатися
-
Гени імунної системи пов'язані з більшим розміром мозку та довшою тривалістю життя у ссавців
-
Нова альтернатива CRISPR може «встановлювати» цілі гени, прокладаючи шлях до лікування багатьох генетичних захворювань
-
Яка частина вашого ризику захворювання є генетичною? Це складно.
Дослідження виявили «приховані» особливості геному людини, які раніше були надто технологічно складними для вивчення, сказав Ян Корбель, тимчасовий керівник Європейської лабораторії молекулярної біології (EMBL) у Гейдельберзі, який є співавтором обох нових статей. Наприклад, великі частини геному містять коди, які повторюються знову і знову, і вважалося, що вони нефункціональні.
«Близько 20 років тому ми вважали це «сміттєвою ДНК» — ми називали це дуже поганим терміном», — сказав Корбел виданню Live Science. «Все більше людей усвідомлюють, що ці послідовності не є сміттєвими», і нова робота проливає світло на ці давно очорнені послідовності ДНК.
Крім того, всі дані, отримані в нових дослідженнях, знаходяться у відкритому доступі, тому інші фахівці в цій галузі тепер можуть взяти «висновки, деякі інструменти, які ми розробили, та використовувати їх для своїх цілей, щоб зрозуміти генетичну основу захворювань», – сказав Корбел Live Science. «Я твердо вірю, що досягнення, які ми публікуємо сьогодні в Nature, підмножина з них також потраплять у діагностику».
Понад 1000 геномів
Коли у 2003 році було опубліковано перший варіант «повного» геному людини, у ньому фактично бракувало близько 15% послідовності через технологічні обмеження того часу. У 2013 році вченим вдалося скоротити цю прогалину приблизно вдвічі. І нарешті, у 2022 році було опубліковано перший «безпробілний» геном людини.
У 2023 році дослідники опублікували перший варіант пангеному людини, який включав ДНК 47 людей з усього світу, а не базувався переважно на ДНК однієї людини. І того ж року дослідники опублікували першу Y-хромосому, яку коли-небудь секвенували від початку до кінця, оскільки в попередньому «безпробілному» геномі все ще бракувало чоловічої статевої хромосоми.
Протягом останніх кількох років ця галузь продовжувала розвиватися завдяки новим технологіям та зусиллям щодо розширення відбору проб ДНК за межі популяцій переважно європейського походження. Ці досягнення стали віщуном двох статей, опублікованих у журналі Nature цього тижня.
У першому дослідженні вчені секвенували ДНК 1019 осіб, що представляють 26 популяцій на п'яти континентах. Для аналізу ДНК дослідники зібрали «довгі зчитування», кожне з яких складалося з десятків тисяч пар основ; одна пара основ відповідає одній сходинці спіральної драбини молекули ДНК.
«Завдяки коротким зчитуванням, приблизно зі 100 пар основ, важко розрізнити геномні області, які виглядають однаково», – пояснив співавтор дослідження Хесус Еміліано Сотело-Фонсека, докторант Центру геномної регуляції (CGR) у Барселоні, Іспанія. Це особливо актуально для повторюваних областей геному. «Завдяки довшим зчитуванням, приблизно зі 20 тисяч пар основ, призначення кожного зчитування унікальній позиції в геномі стає набагато простіше», – сказав він Live Science в електронному листі.
Більше половини нових геномних варіацій, виявлених у дослідженні, було виявлено в цих складних повторюваних ділянках, зокрема в транспозонах, також відомих як гени-стрибки. Транспозони можуть переміщатися в різні місця в геномі, копіюючи та вставляючи свій код. Іноді, залежно від того, де вони потрапляють, вони можуть дестабілізувати геном, вносити шкідливі мутації та сприяти розвитку таких захворювань, як рак.
«Наше дослідження показує, що деякі з цих транспозонів можуть захоплювати регуляторні послідовності, щоб посилити свою активність, сприяючи розумінню біологічних механізмів, що лежать в основі їхньої мутагенності», або здатності викликати мутації, — повідомив Live Science в електронному листі співавтор дослідження Бернардо Родрігес-Мартін, незалежний науковий співробітник CGR та колишній постдок лабораторії EMBL Корбеля.
Гени, що виконують роль стрибків, можуть по суті з'єднуватися з певними регуляторними молекулами — довгими некодуючими РНК — і використовувати цей трюк, щоб створювати набагато більше копій себе, ніж зазвичай. «Це дуже дивовижний механізм для нас», — сказав Корбел.
Від 95% до 99%
У другому дослідженні було розглянуто набагато менше геномів — лише 65 загалом — але ці геноми було секвеновано повніше, ніж у першому дослідженні. Перше дослідження охопило близько 95% кожного проаналізованого геному, тоді як друге дослідження створило 99% повних геномів.
«Це може здатися невеликою різницею, але насправді з точки зору вченого-геноміста вона величезна», — сказав Корбел. «Отримати останні кілька відсотків — це велике досягнення».
Цей стрибок вимагав інших методів секвенування, а також нових аналітичних підходів. «У цьому проєкті використовувалося передове програмне забезпечення для складання геномів та ідентифікації генетичних варіацій, багатьох з яких кілька років тому просто не існувало», – розповів Live Science в електронному листі співавтор Чарльз Лі, професор Лабораторії геномної медицини Джексона.
Методи секвенування включали один, який генерував довгі зчитування з дуже малою кількістю помилок, і один, який генерував наддовгі зчитування, які були трохи більш схильні до помилок. За словами Родрігеса-Мартіна, цей підхід, проте, дозволив у другому дослідженні виявити ділянки ДНК, які були повністю пропущені в першому, ціною аналізу меншої кількості геномів.
Ці «приховані» області включали центромери – важливі структури в центрах хромосом, які є ключовими для поділу клітин. Коли клітина готується до поділу, волокна прикріплюються до центромер, а потім розтягують хромосому навпіл. Дослідження показало, що приблизно в 7% центромер, ймовірно, є два місця, де ці волокна можуть прикріплюватися, а не лише одне.
«Чи може це означати, що ці хромосоми більш нестабільні? Тому що, якщо веретено поділу [волокно] прикріплюється до двох точок, воно може заплутатися», — сказав Корбел. Це суто спекулятивна ідея, додав він, але тепер її можна дослідити. Наступним кроком буде експериментальне вивчення впливу цих варіацій центромер, погодився Лі.
JAX у русі | Розкриття прихованого геному – YouTube
Дивитися далі
Проблеми з розщепленням хромосом можуть призвести до різних станів. Наприклад, «синдром Дауна є результатом помилкової сегрегації хромосом під час поділу клітин у мейозі», коли клітини розділяються, утворюючи сперматозоїди та яйцеклітини, розповіла Live Science в електронному листі співавторка дослідження доктор Міріам Конкель, доцент Центру генетики людини Університету Клемсона.
Як і перше дослідження, друге дослідження також запропонувало безпрецедентний погляд на гени-стрибки, каталогізувавши понад 12 900. Окрім раку, гени-стрибки також можуть викликати різні генетичні захворювання, спричиняючи мутації, а також спричиняти більш тонкі зміни в тому, як гени вмикаються та вимикаються, зазначив Конкель. Краще розуміння різноманітності генів-стрибків може допомогти розібратися в їхній функції у здоров'ї та хворобах людини.
Розглядаючи обидва дослідження, вчені тепер можуть порівняти нещодавно секвеновані геноми з іншими наборами даних, які включають як геномні, так і дані про здоров'я, зазначив Корбел. Це буде першим кроком до пов'язування нововиявлених структурних варіацій з відчутними результатами для здоров'я та, зрештою, до впровадження цих знань у медичну практику.
«Деякі клінічні дослідження не зможуть ігнорувати ці методи [секвенування], оскільки вони нададуть їм вищу чутливість для виявлення варіацій», — сказав Корбел. «Ви ж не хочете пропустити варіанти».
Також Лі додав, що ще потрібно зробити більше роботи для покращення геномних даних. Можна було б включити більше ДНК з недостатньо представлених популяцій, а методи секвенування та програмне забезпечення можна було б удосконалити, щоб зробити процес ефективнішим і точнішим. Але тим часом, два нових дослідження знаменують собою важливе технологічне досягнення.
«Ці передові інструменти були розроблені нещодавно для обробки величезних обсягів даних тривалого зчитування, які ми зараз використовуємо для кожного геному», – сказав Лі. «Кілька років тому зібрати повну людську хромосому від початку до кінця, особливо включаючи центромери, було практично неможливо, оскільки програмне забезпечення та алгоритми ще не були досконалими».
Ніколетта Ланезе, редактор каналів, відділ здоров'я
Ніколетта Ланезе — редакторка каналу про здоров'я на Live Science, а раніше працювала редактором новин та штатним автором на цьому сайті. Вона має сертифікат магістра з наукової комунікації Каліфорнійського університету в Санта-Крузі та дипломи з неврології та танцю Університету Флориди. Її роботи публікувалися, серед інших видань, у The Scientist, Science News, Mercury News, Mongabay та Stanford Medicine Magazine. Проживаючи в Нью-Йорку, вона також активно займається танцями та виступає у виставах місцевих хореографів.
Ви повинні підтвердити своє публічне ім'я, перш ніж коментувати
Будь ласка, вийдіть із системи, а потім увійдіть знову. Після цього вам буде запропоновано ввести своє ім'я для відображення.
Вийти Читати далі
Гени імунної системи пов'язані з більшим розміром мозку та довшою тривалістю життя у ссавців
Нова альтернатива CRISPR може «встановлювати» цілі гени, прокладаючи шлях до лікування багатьох генетичних захворювань
Яка частина вашого ризику захворювання є генетичною? Це складно.
Давня ДНК з Папуа-Нової Гвінеї розкриває століття генетичної ізоляції
Зуби віком 2,2 мільйона років розкривають таємниці людських родичів, знайдені в південноафриканській печері
8 немовлят врятовано від потенційно смертельних спадкових захворювань завдяки новому випробуванню ЕКЗ «донорство мітохондрій» Найновіші новини генетики
8 немовлят врятовано від потенційно смертельних спадкових захворювань завдяки новому випробуванню ЕКЗ «донорство мітохондрій»
Чому так багато чоловіків страждають на дальтонічну сліпоту?
Як ДНК використовується для ідентифікації жертв масових катастроф?
У першому дослідженні вродженої глухоти у підлітків та дорослих, яку лікують за допомогою нової генної терапії
Чому чоловіки в середньому вищі за жінок?
Рідкісне генетичне захворювання, яке призводить до появи твердої «луски» у немовлят. Останні новини
«Надзвичайно рідкісні» бронзові обладунки, знайдені в Чехії, датуються часами Троянської війни
Культовий кратер «Схід Землі Аполлона» щойно допоміг космічному кораблю покращити полювання на інопланетян
Гени неандертальців можуть пояснити розлад, при якому мозок випинається з черепа
Дивіться, як цей робот-“канібал” стає більшим і сильнішим, поглинаючи менших роботів
На пляжі в Португалії знайшли 78 000-річні сліди неандертальця, дитини та малюка
«Відсталий» мозок стародавніх морських істот натякає на те, що предки-павуки еволюціонували в океані ОСТАННІ СТАТТІ
1Новини, статті та статті про алергію
Live Science є частиною Future US Inc, міжнародної медіагрупи та провідного цифрового видавництва. Відвідайте наш корпоративний сайт.
- Про нас
- Зверніться до експертів Future
- Умови та положення
- Політика конфіденційності
- Політика щодо файлів cookie
- Заява про доступність
- Рекламуйтеся у нас
- Веб-сповіщення
- Кар'єра
- Редакційні стандарти
- Як запропонувати нам історію
© Future US, Inc. Повний 7-й поверх, 130 West 42nd Street, Нью-Йорк, штат Нью-Йорк, 10036.
var dfp_config = { “site_platform”: “vanilla”, “keywords”: “аналіз-новини-типу, serversidehawk, відеоартикул, van-enable-adviser-
Sourse: www.livescience.com
