Исследователи утверждают, что секвенировали весь геном человека.

аМеждународная группа ученых заявляет, что секвенировала весь геном человека, включая части, которые не были обнаружены в первых последовательностях генома человека два десятилетия назад.

Это утверждение, если оно подтвердится, выходит за рамки подвига, который руководители проектов Human Genome Project и Celera Genomics выложили на лужайке Белого дома в 2000 году, когда они объявили о секвенировании первого проекта генома человека. Этот исторический проект и последующее секвенирование ДНК человека упустили около 8% генома.

Новое секвенирование генома заполняет эти пробелы с помощью новой технологии. Однако у него есть различные ограничения, в том числе тип клеточной линии, которую исследователи использовали для ускорения своих усилий.

Объявления

работа была Подробно 27 мая в допечатной подготовке, что означает, что он еще не прошел рецензирование.

«Вы просто пытаетесь исследовать этот последний неизвестный геном человека», — сказала Карен Мега, исследователь из Калифорнийского университета в Санта-Круз, которая была одним из руководителей международного консорциума, создавшего секвенирование. «Это не было сделано раньше, и причина, по которой этого не делали раньше, в том, что это сложно».

Объявления

Мега подтвердила, что не будет считать объявление официальным, пока статья не будет рецензирована и опубликована в медицинском журнале.

Исследователи говорят, что новый геном — это шаг вперед, который стал возможным благодаря новым технологиям секвенирования ДНК, разработанным двумя частными компаниями: Pacific Biosciences в Менло-Парке, Калифорния, также известной как BacBio, и Oxford Nanopore из Оксфордского научного парка, Великобритания. Их методы чтения ДНК имеют очень специфические преимущества перед инструментами, которые долгое время считались золотыми стандартами для исследователей.

Юан Бирни, заместитель генерального директора Европейской лаборатории молекулярной биологии, охарактеризовал результат как «сильный технический раунд». Он отметил, что оригинальные документы о геноме были тщательно обработаны, потому что они не упорядочивали каждую молекулу ДНК от одного конца до другого. «Эта группа показала, что они могут делать это от начала до конца». По его словам, это важно для будущих исследований, поскольку показывает, что возможно.

Джордж Черч, биолог из Гарварда и пионер секвенирования, назвал эту работу «очень важной». Он сказал, что любит отмечать в своих беседах, что до сих пор никто не секвенировал полный геном позвоночного — это уже неверно, если новая работа подтвердится.

Один важный вопрос без ответа: насколько важны эти недостающие части человеческой головоломки? Консорциум заявил, что увеличил количество оснований ДНК с 2,92 миллиарда до 3,05 миллиарда, увеличившись на 4,5%. Но количество генов увеличилось всего на 0,4% до 1969 года. Это не означает, что эта работа не может также привести к другим новым открытиям, в том числе к пониманию того, как гены регулируются, подчеркнули исследователи.

Используемая последовательность ДНК была получена не от человека, а от пузырно-пузырного пузыря, роста в матке женщины, который происходит, когда сперматозоид оплодотворяет яйцеклетку, не содержащую ядра. Это означает, что у него 23 хромосомы, как у сперматозоида или яйцеклетки, а не 46.

Исследователи выбрали эти клетки, которые хранились в лаборатории, потому что это упростило вычислительные усилия по созданию последовательности ДНК. Первоначальный проект «Геном», учрежденный в 2003 году, также содержал только 23 хромосомы, но по мере того, как методы секвенирования ДНК становились дешевле и проще, исследователи склонялись к секвенированию всех 46 хромосом.

Аллен Мардис, соисполнитель директора Института геномной медицины Национальной детской больницы, обеспокоен тем, что новая генетическая информация может измениться из-за сохранения этих клеточных линий в лаборатории ».В значительной степени это остатки, которые накапливаются по мере того, как клеточная линия распространяется в течение многих лет в культуре ».

Мега сказал, что исследования клеточной линии показали, что она похожа на человеческие клетки, и что исследователи использовали клетки, которые были заморожены, а не циркулировали в течение многих лет. Следующим шагом она согласилась, чтобы группа попыталась упорядочить все 46 хромосом, известные как диплоидный геном.

Почему на секвенирование последних 8% генома ушло 20 лет, даже если стоимость секвенирования остальной части генома упала с 300 миллионов до 300 долларов? Ответ связан с тем, как работают технологии секвенирования ДНК.

Современные секвенаторы ДНК, сделанные Illumina, берут маленькие кусочки ДНК, расшифровывают их и собирают полученную головоломку. Это хорошо работает для большинства геномов, но не для областей, где код ДНК является результатом длинных повторяющихся паттернов. Если суперкомпьютер содержит только маленькие фрагменты, как он может собрать последовательность ДНК, которая повторяет основания «АГАГАГА» на основаниях? Так выглядели 8% отсутствующего генома.

Среди этих «неизведанных» областей находится одна из самых известных структур в биологии. Если вы когда-либо смотрели на хромосомы (вспомните школьную биологию), они выглядят как скрепленные вместе нити. Эти узлы представляют собой центриоли, которые представляют собой пучки ДНК, удерживающие вместе хромосомы. Они играют важную роль в делении клеток. Он полон повторов.

Фактически, именно планеты привлекли Мегу, желая увидеть эти пропавшие регионы.

«Почему области, которые так важны для жизни, так важны для того, как работает клетка, расположены над частями нашего генома, которые повторяются в этих гигантских тандемных морях?» Она вспоминает, как спрашивала, когда была на первом курсе.

Именно этот вопрос побудил ее в беседе с исследователем NIH Адамом Филлиппом предложить начать свою нынешнюю инициативу под названием Telomere 2 Telomere Consortium, после теломер, которые являются концами хромосомы, в 2019 году. Они подписали Эван Эйхлер, биолог из Вашингтонского университета, который в течение многих лет беспокоился о недостающих частях генома в качестве соавтора.

Эта работа стала возможной, потому что технологии Oxford Nanopore и PacBio не разрезают ДНК на крошечные кусочки головоломки. Технология Oxford Nanopore пропускает молекулу ДНК через небольшое отверстие, в результате чего получается очень длинная последовательность. Технология PacBio использует лазеры для многократного сканирования одной и той же последовательности ДНК, в результате чего считывание может быть очень точным. Оба они дороже, чем текущая технология Illumina.

Компании в горячей гонке. Исследователи говорят, что для этого проекта точность технологии PacBio оказалась бесценной, и они использовали Oxford Nanopore для завершения некоторых областей. Но Oxford Nanopore уже обещала новую, более удобную технологию. «На данный момент преимущество у PacBio, но неясно, как долго они смогут его удерживать», — сказал Майкл Шац, доцент Университета Джонса Хопкинса.

Все исследователи говорили о видении будущего, в котором вместо использования единого эталонного генома они будут собирать сотни различных, полных, взаимосвязанных и этнически разнообразных геномов, которые можно будет использовать в качестве эталонов. Mega также помогает вести этот бизнес. Это всего лишь шаг в этом направлении.

Но до сих пор, говорит Шац, всегда возникали вопросы о том, чего не хватает. Теперь у нас наконец-то есть правильные данные. «У нас есть правильные технологии».