Cilvēka genoma projekta pamatā ir milzīga problēma

Cilvēka genoma projekts, kas sākās 1990. T Homo sapiens “Veiksmīgs mēģinājums noteikt visas mūsu sugas DNS. Tā radīja cilvēka references genomu, smalki pulētu cilvēka DNS kolekciju, kas ir būtiska ģenētikas pētījumiem un ģenētikas testēšanas pakalpojumiem visā pasaulē. Divi zinātnieki Džona Hopkinsa universitātē ir atklājuši, ka tas ir bijis zinātnieku aprindās, un ir atklājuši, ka atsauces genomam trūkst gabala vai divas - labi, 296.485.284 bāzes pāri DNS.

Atsauces genoms ir būtiska cilvēka ģenētiskā materiāla karte, ko izmanto par pamatu salīdzinājumam. Kad mēs sekojam mūsu pašu DNS, lai iegūtu ieskatu par veselību, ģimenes vēsturi un nākotnes slimību risku, mēs sagriežam sekvences daudzos mazos gabalos un salīdzinām tās ar atsauces genomu, meklējot jomas, kurās mēs atšķiramies. Galvenās problēmas ar to, zinātnieki raksta nesenā papīra Dabas ģenētika, ir tas, ka atsauces genoms lielā mērā balstās uz vienu personu. Ņemot vērā neskaitāmas ģenētiskās atšķirības starp 7,7 miljardiem cilvēku, kas dzīvo šodien, tas acīmredzami nav ideāls.

Datorzinātnes un biostatikas profesors Stīvens Salzbergs, Ph.D., un Rachel Sherman, Ph.D. kandidāts, lieciet, ka šis vienīgais atsauces genoms nesaprot cilvēka ģenētikas daudzveidību. Dažas populācijas atšķiras pārāk daudz no šī atsauces genoma. Lai to izdarītu, viņi atsaucas uz 910 indivīdu genomiem no divdesmit dažādām valstīm - visas Āfrikas izcelsmes.

Šo indivīdu DNS grupā tika atrasts 300 miljoni kopīgu DNS vienību, kas nav mūsu “atsauces” genomā. Ja mēs ignorējam šo daudz materiālu, mēs sakām Salzberg, mēs neizbēgami paliksim galvenos ieskatus konkrētu populāciju veselībā un vēsturē. Arī viņi ir cilvēki, tāpēc viņiem nevajadzētu būt pārstāvētiem “cilvēka” atsauces genomā?

“Šie reģioni ģenētikas kopienai ir būtiski neredzami, līdz mums nav atsauces genoma, kas ietver šos reģionus,” saka Salzberg Apgrieztā.

Problēma ar atsauces genomu.

Gadu gaitā mēs pastāvīgi strādājam pie atsauces genoma. Bet nesenā analīze liecina, ka gandrīz septiņdesmit procenti no tā materiāla tika iegūta no viena afrikāņu-amerikāņu indivīda, kuru sauc tikai par RPCI-11, skaidro Zalcburga.

Tas nozīmē, ka tad, kad zinātnieki veic ģenētisko analīzi, lai noteiktu atšķirības starp dažādām populācijām no visas pasaules, lielākoties tie salīdzina šos genomus ar ģenētisko materiālu, galvenokārt no vienas personas. Tas liek mums bieži ignorēt materiālus, kas varētu būt pārāk atšķirīgi no šīs atsauces, saka Šermans. Viņa viņus sauc par "trūkstošajiem gabaliem".

“Kad jūs sakārtojat lietas, būs gabali, kas vispār nav pieejami, jo tie ir pārāk atšķirīgi, lai tie atbilstu kaut kādam no atsauces genoma.” Sherman saka. "Tad jūs ignorējat visus sīkumus, kas nav patiešām svarīgi vai patiešām nav vērts apskatīt, kad varbūt tie patiešām ir gabali, kas ir visvairāk ieinteresēti, jo tie visvairāk atšķiras no atsauces genoma."

Pētījumā Sherman un Salzberg veica lielus šīs “dažādās” materiāla gabalus (aptuveni 1000 bāzes pāru garus) un mēģināja noteikt, vai tie vienkārši atspoguļo nejaušas secības kļūdas virknes - vai patiešām bija noderīga informācija par neizpētīto cilvēka DNS.

Komanda secināja, ka šī “jaunā” DNS ir pietiekami kvalitatīva, lai attaisnotu otru pāreju, lai gan viņi nezina, kāda ir tās nozīme cilvēka ķermenī.

Kādas ir sekas?

Līdz šim Sherman saka, mēs īsti nezinām, kas mums trūkst, ignorējot DNS, kas nav pārstāvēts atsauces genomā. Bet kas zina, ko mēs varētu tur atrast, ja mēs to apskatīsim?

Salzberg ierosina iedomāties izdomātu populāciju, kurai ir papildu hromosoma - 24, nevis parastās 23 katrā šūnā. Nekas tam, ka šīs populācijas papildu hromosoma nesakristu ar atsauces genomu. Varbūt viņa saka, ka kaut kur šajā slēptajā hromosomā ir iemesls, kādēļ izdomāts iedzīvotājs mēdz attīstīt noteiktu slimību - un kāpēc pārējā pasaule nav. Bet, tā kā mums nav pareizas atsauces, lai to salīdzinātu, mēs nekad nezināt, ka tas ir tur.

Sākotnējā reklāma, kas parādīja cilvēka genoma projekta donorus (Buffalo News, 3/23/1997), h / t Pieter de Jong, kurš ievietoja reklāmu pic.twitter.com/gNB7mMv3Yu

- Jay Shendure (@JShendure) 2017. gada 28. oktobrī

„Ja kādreiz tajā hromosomā radās mutācijas, kas radīja problēmas, jūs nekad nevarēsiet tos izpētīt,” saka Salzberg. „Jūs nekad nevarēsiet tos novērot, ja paļauties tikai uz šo atsauces genomu.”

Esi skaidrs: šis pētījums nesniedz pierādījumus par kādu neatklātu hromosomu. Bet tas liek domāt, ka mēs, iespējams, trūkst daudz, kad mēs izmantojam vienu atsauces genomu no personas, kas saucas RPCI-11, kā pamatu visām mūsu analīzēm par visu mūsu sugu DNS.

Kā mēs to varam salabot?

Tā vietā, lai censtos izveidot vienu universālu atsauces genomu, komanda apgalvo, ka mums vajadzētu būt ķekars atsauces genomu - iespējams, katram interesentam.

„Tas, ko mēs šeit atbalstām, ir tas, ka mums patiešām ir jāveido atsauces genomi katram iedzīvotājam,” saka Šermans. “Ja šajā populācijā atsauces daļā trūkst DNS, modelim ir jāmaina.”

Dažas valstis ir uzņēmušās sevi vismaz, lai mēģinātu izveidot savus atsauces genomus. Dānija, piemēram, apkopo ģenētisko materiālu no 150 dāņiem, cenšoties izveidot patiesu „dāņu” atsauces genomu. 2016. gada papīrs Daba apraksta mēģinājumu apkopot atsauci uz korejiešu indivīdiem, lai gan šis dokuments arī apraksta tikai vienu personu veiktu pētījumu. Bet citi projekti, piemēram, 1000 genomu projekts, arī mēģina šo procesu uzsākt, bet tas ir ļoti daudz, lai izveidotu atsauces materiālu, kas ir pulēts kā pašreizējā versija, pazīstama kā GRCh38.

„Jums ir jādara vairāk, nekā tikai iet un kārtot citu personu no citas populācijas, lai izveidotu atsauces genomu,” viņš piebilst. "Jums ir jādara diezgan daudz vairāk."

Tā nav tā, ka pētnieki nezina, ka mums ir vajadzīgi vairāk atsauces genomi. Salzberg tikai cer, ka no viņiem tagad būs vairāk, un ka tie vismaz tiek plaši izmantoti kā standarta atsauces genomi. Pētījumā pausts nožēlu, ka neviens no šiem mēģinājumiem nav sasniedzis tādu pašu statusu un ietekmi kā GRCh38 - lai gan tas ir Dānijas projekta mērķis.

Turpinot, Sherman un Salzberg paņem sevi, lai sāktu šo projektu, veidojot vairākus papildu atsauces genomus, kurus viņi cer atbrīvot no viena līdz diviem gadiem. Viņi vēlas sākt veidot atsauces genomu bibliotēku, lai palīdzētu cilvēkiem iegūt tik daudz ieskatu par savu ģenētisko materiālu, lai cik tas būtu “atšķirīgs”.

„Tas, kas mums patiešām ir nepieciešams, ir simtiem atsauces genomu,” viņš piebilst. "Tas notiks vienu dienu."