Пангеном включает книги генетических инструкций 47 человек.
Спустя более 20 лет после того, как люди получили возможность взглянуть на первый набросок генома человека, нашу книгу генетических инструкций, исследователи открыли следующий уровень: пангеном человека.
В четырех исследованиях, опубликованных 10 мая в журнале Nature , исследователи описывают достижение , то, как был построен пангеном , и некоторые из новых ученых-биологов извлекают из него уроки.
Более полный справочник, который включает в себя почти всю ДНК 47 человек, позволит исследователям исследовать типы вариаций, которые никогда не могли быть изучены ранее, такие как большие фрагменты дуплицированной, потерянной или перестроенной ДНК. Эта работа могла бы раскрыть более подробную информацию о генетических основах сердечных заболеваний, шизофрении и различных других заболеваний и расстройств.
Пангеном добавляет 119 миллионов оснований ДНК — единиц ДНК, несущих информацию, — которых нет в существующем геноме человека, называемом эталонным геномом. Большая часть этой ДНК находится в никогда ранее не изученных частях генома, содержащих несколько копий генов, которые продублированы из оригиналов в других частях ДНК.
Эти дублированные части меняются быстрее , чем недублированные части генома, говорит Эван Эйхлер, генетик человека из Вашингтонского университета в Сиэтле и один из лидеров Консорциума по изучению пангенома человека. Более того, когда Эйхлер и его коллеги изучили типы вариантов, возникающих в этих дуплицированных областях, они обнаружили «очень сильный признак того, что происходящие мутации коренным образом отличаются от [мутаций] в остальной части генома», — говорит он.
Некоторые из этих дублированных областей включают те, которые связаны с большим мозгом человека по сравнению с другими видами, и другими чертами, которые отличают людей от других приматов. Другие были вовлечены в определенные черты или болезни.
И наоборот, другое исследование показало, что очень короткие плечи некоторых хромосом , включая хромосомы 13, 14 и 21, становятся все более похожими друг на друга по мере того, как они обмениваются ДНК. Эти короткие плечи важны, потому что они содержат гены для создания рибосомных РНК, которые служат каркасом для рибосом, механизма, отвечающего за построение каждого белка в организме.
Но, возможно, самым большим достижением проекта пангенома является то, что он, наконец, дает исследователям более полный взгляд на весь спектр генетического разнообразия человека.
Как был построен пангеном?
Эталонный геном человека примерно двухдесятилетней давности происходит в основном от одного человека, но представляет собой лоскутное одеяло из ДНК более 60 человек ( SN: 3/4/21 ). Он был перешит и дополнен на протяжении многих лет, но все еще имеет дыры.
В прошлом году было объявлено о первом полностью полном геноме человека ( SN: 31/3/22 ). Этот геном содержит всю ДНК от кончика до кончика, или от теломеры до теломеры, каждой человеческой хромосомы. За исключением того, что геном был не от человека. Это произошло от типа опухоли, известной как пузырный занос. Эти необычные опухоли возникают, когда человеческая сперма оплодотворяет пустую яйцеклетку, и хромосомы отца дублируются.
Генетическая информация от таких опухолей представляет «даже не одного человека. Это от половины одного человека», — говорит генетик человека Тимоти О'Коннор из Медицинской школы Университета Мэриленда в Балтиморе, который не участвовал ни в одном из проектов.
Новый проект пангенома создан реальными людьми и содержит почти полную ДНК 47 анонимных людей из разных уголков мира. Это разнообразие важно, «потому что оно помогает нам понять себя как единый человеческий вид, как единую человеческую расу», — говорит О'Коннор.
Прошлые генетические исследования подвергались критике за то, что они слишком сильно полагались на ДНК людей европейского происхождения. По словам О'Коннора, изучение только одной популяции людей может означать отсутствие генетических вариантов, возникших в определенных популяциях. «Наличие ссылки на пангеном позволяет нам гораздо более подробно оценить эти специфические для популяции вариации. И, надеюсь, это приведет к более глубокому пониманию биологии каждого».
Хотя пангеном — это отличный первый шаг к лучшему представлению всего генетического разнообразия человека, по словам О'Коннор, «в нем по-прежнему отсутствуют ключевые группы в мире. Он по-прежнему недопредставлен латиноамериканцам и коренным американцам, и… нет никого из Океании… Есть еще много вариаций, которые необходимо добавить в пангеном, чтобы действительно, действительно представлять всех».
Грядет дополнительное разнообразие, заявила генетик человека Карен Мига из Калифорнийского университета в Санта-Круз на пресс-конференции 9 мая. Консорциум планирует завершить в общей сложности 350 геномов, включая эти 47, к середине 2024 года. Первая фаза проекта была направлена на разработку технологии построения пангенома.
Теперь консорциум ведет переговоры с группами коренных на родов и учеными со всего мира о «попытках разработать общую структуру, чтобы США не пытались накрывать на стол». Это действительно означает предоставление стола и приглашение других заинтересованных сторон, которые видят ценность в создании такого типа справочного ресурса, присоединиться к нам», — сказал Мига, который помогал руководить проектом пангенома.
Какое значение имеет пангеном для здоровья человека?
Более полное понимание генетического разнообразия человека может помочь исследователям начать распутывать генетические основы различных заболеваний и расстройств.
Более того, новые технологии расшифровки ДНК позволили исследователям пангенома исследовать типы генетических вариантов, которые раньше было трудно изучать.
В частности, дублированные участки генома было трудно изучать, потому что раньше исследователи могли читать только короткие фрагменты ДНК. Невозможно было сказать, где в огромной головоломке человеческого генома подходят эти почти идентичные фрагменты. Новая технология расшифровки или секвенирования ДНК с «долгим чтением» позволяет читать участки ДНК длиной в несколько тысяч оснований ( SN: 22/22/21 ).
По словам О'Коннор, возможность оценить, где у одних людей есть лишняя ДНК, а у других отсутствует ДНК, что называется структурными вариантами , добавляет более тонкого взгляда на генетику человека, раскрывая ее сложность ( SN: 4/10/09 ).
Например, исследователи использовали карту пангенома, чтобы проследить, как хромосомы складываются так, что разные части соприкасаются друг с другом. Ученые могли видеть некоторые складки и химические метки в структурных вариантах, которые могут влиять на то, как гены включаются и выключаются. Это может повлиять на черты или здоровье. Группа Эйхлера также нанесла на карту одну версию гена, которая преобразовала другую копию в свое собственное изображение. Эти генные преобразования были на удивление распространены, и у каждого человека было в среднем более 2000 таких случаев.
Этот более тонкий и сложный взгляд на генетику человека дает надежду на улучшение медицины, основанной на генетике. Но может пройти некоторое время, прежде чем пангеном изменит ситуацию в медицинских клиниках, говорит Эйхлер.
Исследователи надеются, что пангеном поможет им легче диагностировать генетические изменения, которые способствуют возникновению редких заболеваний, и находить методы лечения распространенных заболеваний, говорит он. Как только это произойдет, клиницисты могут начать использовать данные пангенома в своей практике.
No comments:
Post a Comment