πώς οι επιστήμονες γέμισαν τα κενά

Προβολή τμημάτων της ακολουθίας ανθρώπινου γονιδιώματος στο Ινστιτούτο Wellcome Sanger κοντά στο Cambridge του Ηνωμένου Βασιλείου.Πίστωση: James King-Holmes / Scientific Photo Library

Όταν η αλληλούχιση του ανθρώπινου γονιδιώματος ανακοινώθηκε πριν από δύο δεκαετίες από το Human Genome Project και την εταιρεία βιοτεχνολογίας Celera Genomics, η αλληλουχία δεν ήταν πραγματικά ολοκληρωμένη. Λείπει περίπου το 15%: Οι τεχνολογικοί περιορισμοί εμπόδισαν τους ερευνητές να προσδιορίσουν πώς ορισμένα τμήματα DNA ταιριάζουν μεταξύ τους, ειδικά εκείνα όπου υπήρχαν πολλά επαναλαμβανόμενα γράμματα (ή ζεύγη βάσεων). Επιστήμονες λύθηκε μέρος του παζλ με την πάροδο του χρόνου, αλλά το πιο πρόσφατο ανθρώπινο γονιδίωμα, το οποίο οι γενετιστές έχουν χρησιμοποιήσει ως αναφορά από το 2013, εξακολουθεί να λείπει 8% από την πλήρη ακολουθία.

Σήμερα, ερευνητές από την Telomere-to-Telomere Consortium (T2T), μια διεθνή συνεργασία που περιλαμβάνει περίπου 30 ιδρύματα, έχουν καλύψει αυτά τα κενά. Σε προεκτύπωση στις 27 Μαΐου1 με τίτλο “Η πλήρης ακολουθία ενός ανθρώπινου γονιδιώματος”, η ερευνητής γονιδιωματικής Karen Miga του Πανεπιστημίου της Καλιφόρνια, Santa Cruz και συνεργάτες αναφέρουν ότι αλληλούχησαν τα υπόλοιπα, στη διαδικασία ανακάλυψης περίπου 115 νέων γονιδίων που κωδικοποιούν πρωτεΐνες, για ένα σύνολο 19,969.

Ολοκλήρωση του ανθρώπινου γονιδιώματος: Γράφημα που δείχνει τον αριθμό των ζευγών βάσης που έχουν αλληλουχία από 200 AD έως συνολικά 3.056.899.953.

“Είναι συναρπαστικό να έχουμε λύση στα προβλήματα”, λέει ο Kim Pruitt, βιοπληροφορικός στο Εθνικό Κέντρο Πληροφοριών Βιοτεχνολογίας των ΗΠΑ στη Bethesda, Maryland, ο οποίος αποκαλεί το αποτέλεσμα “ορόσημο”.

Νέα τεχνολογία αλληλούχησης

Το πρόσφατα ακολουθούμενο γονιδίωμα – που ονομάζεται T2T-CHM13 – προσθέτει σχεδόν 200 εκατομμύρια ζεύγη βάσεων στην έκδοση 2013 της ακολουθίας του ανθρώπινου γονιδιώματος.

Αυτή τη φορά, αντί να παίρνουν DNA από ένα ζωντανό άτομο, οι ερευνητές χρησιμοποίησαν μια κυτταρική σειρά που προέρχεται από αυτό που ονομάζεται πλήρης υδιδωμομοριακή μόλο, έναν τύπο ιστού που σχηματίζεται στον άνθρωπο όταν ένα σπέρμα γονιμοποιεί ένα ωάριο χωρίς έναν πυρήνα. Το προκύπτον κύτταρο περιέχει μόνο χρωμοσώματα από τον πατέρα, οπότε οι ερευνητές δεν χρειάζεται να κάνουν διάκριση μεταξύ δύο ομάδων χρωμοσωμάτων από διαφορετικά άτομα.

READ  Νέα μελέτη δείχνει ότι οι υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες μπορεί να σχηματιστούν από σκοτεινή ύλη

Ο Miga λέει ότι το επίτευγμα πιθανότατα δεν θα ήταν δυνατό χωρίς νέα τεχνολογία προσδιορισμού αλληλουχιών από το Pacific Biosciences στο Menlo Park της Καλιφόρνια, το οποίο χρησιμοποιεί λέιζερ για τη σάρωση μεγάλων τμημάτων DNA που απομονώνονται από κύτταρα – έως και 20.000 ζεύγη βάσεων κάθε φορά. Οι συμβατικές μέθοδοι προσδιορισμού αλληλουχίας διαβάζουν το DNA σε κομμάτια μερικών εκατοντάδων ζευγών βάσεων κάθε φορά, και οι ερευνητές επανασυναρμολογούν αυτά τα κομμάτια σαν κομμάτια παζλ. Τα μεγαλύτερα κομμάτια είναι πολύ πιο εύκολο να συγκεντρωθούν επειδή είναι πιο πιθανό να περιέχουν αλληλεπικαλυπτόμενες αλληλουχίες.

Ωστόσο, το T2T-CHM13 δεν είναι η τελευταία λέξη για το ανθρώπινο γονιδίωμα. Η ομάδα T2T προσπάθησε να επιλύσει μερικές περιοχές στα χρωμοσώματα και υπολόγισε ότι περίπου 0,3% του γονιδιώματος θα μπορούσε να περιέχει σφάλματα. Δεν υπάρχουν ελλείψεις, αλλά η Miga λέει ότι οι έλεγχοι ποιότητας έχουν αποδειχθεί δύσκολοι σε αυτούς τους τομείς. Και το σπέρμα που σχημάτισε το υδριδοειδές μόλο έφερε ένα χρωμόσωμα Χ, οπότε οι ερευνητές δεν έχουν ακόμη ακολουθήσει ένα χρωμόσωμα Υ, το οποίο συνήθως προκαλεί την ανδρική βιολογική ανάπτυξη.

Εκατοντάδες γονιδιώματα που θα ακολουθήσουν

Το T2T-CHM13 αντιπροσωπεύει το γονιδίωμα ενός ατόμου. Ωστόσο, η κοινοπραξία T2T συνεργάστηκε με μια ομάδα που ονομάζεται Human Pangenome Reference Consortium, η οποία στοχεύει τα επόμενα 3 χρόνια να ακολουθήσει περισσότερα από 300 γονιδιώματα από ανθρώπους σε όλο τον κόσμο. Ο Miga λέει ότι οι ομάδες θα είναι σε θέση να χρησιμοποιούν το T2T-CHM13 ως σημείο αναφοράς για να κατανοήσουν ποια μέρη του γονιδιώματος τείνουν να διαφέρουν μεταξύ των ατόμων. Σκοπεύουν επίσης να ακολουθήσουν ένα ολόκληρο γονιδίωμα που περιέχει χρωμοσώματα και από τους δύο γονείς και η ομάδα του Miga εργάζεται για την αλληλουχία χρωμοσωμάτων Υ, χρησιμοποιώντας τις ίδιες νέες μεθόδους για να συμπληρώσει τα κενά.

READ  Νέα εικόνα της Αφροδίτης που τραβήχτηκε από τον Parker Solar Probe

Η Miga αναμένει από τους γενετικούς ερευνητές να ανακαλύψουν γρήγορα εάν κάποια από τις περιοχές και τα πιθανά γονίδια που έχουν ακολουθηθεί πρόσφατα σχετίζεται με ανθρώπινη νόσο. «Όταν βγήκε το ανθρώπινο γονιδίωμα, δεν είχαμε τα εργαλεία να λειτουργήσουν», λέει, αλλά οι πληροφορίες σχετικά με τη λειτουργία των γονιδίων που ακολουθούσαν πρόσφατα θα έπρεπε να έρθουν πολύ πιο γρήγορα τώρα, επειδή «έχουμε δημιουργήσει ένα τόνος πόρων ».

Ελπίζει ότι οι μελλοντικές αλληλουχίες ανθρώπινου γονιδιώματος θα καλύψουν τα πάντα, συμπεριλαμβανομένων των τμημάτων που ακολουθούν πρόσφατα, και όχι μόνο τα ευανάγνωστα μέρη. Θα πρέπει να είναι ευκολότερο τώρα που το γονιδίωμα αναφοράς είναι πλήρες και ορισμένες από τις τεχνικές παγίδες έχουν επιλυθεί. «Πρέπει να φτάσουμε σε ένα νέο πρότυπο στη γονιδιωματική όπου δεν είναι ξεχωριστό, αλλά ρουτίνα», λέει.

Αφήστε μια απάντηση

Η ηλ. διεύθυνση σας δεν δημοσιεύεται. Τα υποχρεωτικά πεδία σημειώνονται με *