Первому генетическому плану человека только исполнилось 20 лет. Что дальше?

 

По мере того, как основному плану построения людей исполняется 20 лет, исследователи отмечают знаменательное достижение и ищут способы исправить его недостатки.

Проект «Геном человека», в рамках которого был создан план, названный эталонным геномом человека, изменил методы проведения медицинских исследований, говорит Тинг Ван, генетик из Медицинской школы Вашингтонского университета в Сент-Луисе. «Это очень, очень ценно».

 

Например, до проекта лекарства разрабатывались на основе интуитивной прозорливости, но наличие мастер-плана привело к разработке методов лечения, которые могли конкретно воздействовать на определенные биологические процессы. В результате было одобрено более 2000 лекарств, нацеленных на определенные человеческие гены или белки. Эталонный геном также позволил распутать сложные сети, участвующие в регуляции активности генов (SN: 05.09.12) и узнайте больше о том, как химические модификации ДНК влияют на эту активность (SN: 18.02.15). Это также привело к открытию тысяч генов, которые не производят белки, а вместо этого производят множество различных полезных РНК (SN: 07.04.19). Исследователь изложил эти и другие достижения 10 февраля в Природа.

«Тем не менее, используемый нами эталонный геном человека имеет определенные ограничения», – говорит Ван.

Во-первых, он еще не закончен; остаются пробелы в матрице длиной более 3 миллиардов букв ДНК, особенно в участках повторяющейся ДНК. Это дыры, в которых технология, создавшая справочник, не позволяет хорошо читать каждую букву. Ученые знают, что там есть ДНК, но не знают, сколько букв и как они расположены. И, несмотря на то, что это собрание ДНК более 60 человек, эта ссылка не в полной мере охватывает весь спектр генетического разнообразия человека.

Добавление разнообразие

Один из самых простых способов составить полный каталог человеческого разнообразия – это расшифровать или упорядочить геномы 3 миллионов африканцев, – предлагает медицинский генетик Амбруаз Вонкам из Кейптаунского университета в Южной Африке в комментарии, также опубликованном 10 февраля в Природа. Африка – это место происхождения современного человека, и исследование за исследованием открывают от тысяч до миллионов новых генетических вариантов у лиц африканского происхождения.

Например, проект «Здоровье человека и наследственность в Африке», известный как H3Africa, обнаружил более 3 миллионов ранее не встречавшихся однобуквенных вариантов – известных как SNP, сокращенно от однонуклеотидных полиморфизмов – путем изучения ДНК всего 426 человек из разных частей света. Африки, исследователи сообщили 28 октября в Природа.

По словам Вонкам, исследователи не просто обнаружат изменения одной буквы или основы ДНК при изучении африканских геномов. Они могут обнаружить много ДНК, которой никто не ожидал, даже в геноме человека. Даже у здоровых людей иногда не хватает больших фрагментов ДНК (SN: 22.10.09). И у некоторых людей ДНК может быть больше, чем у других.

В исследовании, проведенном в 2019 году с участием 910 человек африканского происхождения, исследователи обнаружили еще 296,5 миллиона оснований ДНК, которых нет в текущем справочнике. Это предполагает, что секвенирование африканцев может раскрыть 10 или более процентов генома человека, который ранее не был каталогизирован. Этот бонусный генетический материал не обязательно находится в пробелах, о которых уже знали исследователи. Его не нашли, потому что около 60 человек, чья ДНК является эталоном, просто не имели его.

«Нам нужна база данных, репрезентативная для человечества», у которой африканские корни, – говорит Вонкам. «Геномная изменчивость африканского населения – следующий рубеж» в генетике человека.

По его словам, это не означает, что исследователи должны прекратить изучать людей из других частей света. Например, проект по изучению генетики исландцев может выявить генетические варианты, которые возникли у основателей этого островного государства и до сих пор носят люди.

Но генетическое разнообразие, которое присутствовало у современных людей до того, как предки евразийцев покинули Африку тысячи лет назад, все еще присутствует у людей на этом континенте сегодня, и появилось больше вариантов, поскольку люди адаптировались к конкретным условиям окружающей среды или просто случайно.

Исследования генетической изменчивости в Африке обязательно помогут африканцам лучше понять свои проблемы со здоровьем. Но ссылка, охватывающая весь спектр генетического разнообразия человека, поможет всем в мире, говорит Вонкам. Новые лекарства, снижающие уровень холестерина, и другие достижения медицины уже появились благодаря изучению ДНК людей африканского происхождения.

Заполнение пробелов

Хотя предложение Вонкама может решить проблему генетического разнообразия, оно не обязательно устраняет пробелы в существующем эталонном геноме.

Текущий эталонный геном был создан путем соединения небольших цепочек ДНК, похожих на тысячи крошечных кусочков головоломки. В некоторых частях генома последовательность ДНК повторяется снова и снова, создавая практически идентичные части головоломки. Трудно точно знать, куда идут все эти пьесы и сколько их повторений. Так что некоторые повторяющиеся части были опущены, оставив дыры в готовой головоломке.

По словам Ванга, это может создать проблемы. Например, врачи могут секвенировать ДНК пациента и найти генетический вариант, который, как они подозревают, может вызывать проблемы со здоровьем. Но если подозреваемой ДНК нет в текущем справочнике, нет никакого способа узнать, вреден вариант или нет.

«Пора полностью решить эту проблему. [with] ограничения нынешней сборки генома человека », – говорит Ван. Для этого Ван и другие ученые из Human Pangenome Reference Consortium будут использовать новую технологию расшифровки ДНК, называемую долгосрочным или долгосрочным секвенированием, чтобы прочитать каждую хромосому человека от начала до конца.

В 2020 году исследователи сообщили о первой полностью полной последовательности хромосомы человека – Х-хромосоме. Эти усилия закрыли 29 пробелов в эталонной последовательности для этой хромосомы, в том числе 3,1 миллиона оснований, охватывающих центромеру, часть хромосомы, важную для разделения хромосом во время деления клетки, сообщили 14 июля исследователи. Природа. Изучение центромер может помочь исследователям понять, почему деление хромосом иногда идет неправильно, что приводит к раку или генетическим заболеваниям, таким как синдром Дауна.

Этот ранний успех предполагает, что технология долгочитаемого секвенирования может заполнить пробелы в эталонном геноме и помочь найти недостающие 10 процентов ДНК. Команда пангенома надеется собрать полные геномы для 350 человек со всего мира.

И когда он говорит “завершено”, Ван означает “завершено”. Эталонный геном содержит более 3 миллиардов оснований ДНК, но клетки человека имеют более 6 миллиардов оснований. Расхождение возникает из-за того, что представляет собой только один набор хромосом вместо двух наборов, которые люди фактически наследуют, по одному от каждого родителя.

Это потому, что, когда ДНК была первоначально секвенирована, ДНК человека была разрезана на крошечные кусочки для последующей сборки, не было способа отличить, какой маленький кусочек происходит от хромосомы, унаследованной от матери человека, от той, унаследованной от отца. Так что все было собрано в одно целое.

Но, секвенируя каждую хромосому целиком, исследователи смогут построить полную картину генома человека, включая точное определение того, что произошло от каждого из родителей. Эти полные изображения могут позволить исследователям лучше проследить закономерности наследования и более легко отслеживать генетический источник болезней.

По словам Вонкам, инвестиции в лучший эталонный геном принесут большие выгоды и в других отношениях. Проект «Геном человека» потратил 3,8 миллиарда долларов на создание существующего эталона. Эти вложения не только способствовали развитию генетической медицины, но также привели к успехам в изучении инфекционных заболеваний, дружественных микробов и других областях биомедицинских исследований.

По прогнозам Вонкам, наличие действительно полного эталонного генома будет еще большим благом. По его оценкам, 10-летний проект по секвенированию ДНК 3 миллионов африканцев будет стоить около 450 миллионов долларов в год. Но «мы собираемся получить исключительную выгоду в глобальном масштабе далеко за пределами [the cost]. »

Читать achtungpartisanen.ru в Telegram или Twitter
Оценить статью
( Пока оценок нет )
Поделиться
Последние новости, сводки, происшествия, ДТП, спорт онлайн