aMednarodna skupina znanstvenikov pravi, da je sekvencirala celoten človeški genom, vključno z deli, ki manjkajo v prvem sekvenciranju človeškega genoma pred dvema desetletjema.

Trditev, če bo potrjena, presega dosežek, ki so ga voditelji projekta Human Genome in Celera Genomics zastavili na travniku Bele hiše leta 2000, ko so napovedali zaporedje prvega osnutka človeškega genoma. Ta zgodovinski osnutek in nadaljnja zaporedja človeške DNA so pogrešali približno 8% vseh genov.

Zaporedje novih genomov z novo tehnologijo zapolnjuje te vrzeli. Vendar ima različne omejitve, vključno s tipom celične linije, s katero so raziskovalci pospešili svoje napore.

oglas

delo je bilo Razširjeno 27. maja v predhodnem tisku, kar pomeni, da še ni bil recenziran.

“Poskušate se poglobiti v to zadnjo neznanko človeškega genoma,” je dejala Karen Miga, raziskovalka na kalifornijski univerzi v Santa Cruzu, ki je sodelovala v mednarodnem konzorciju, ki je ustvaril zaporedje. “To še nikoli ni bilo storjeno in razlog, zakaj tega še ni bilo, je ta, da je težko.”

oglas

Miga je poudarila, da napovedi ne bo štela za uradno, dokler prispevek ne bo pregledan in objavljen v medicinski reviji.

Raziskovalci pravijo, da je novi genom korak naprej, kar so omogočile nove tehnologije sekvenciranja DNA, ki sta jih razvili dve zasebni podjetji: Pacific Biosciences iz Menlo Parka v Kaliforniji, znani tudi kot PacBio, in Oxford Oxford Nanopore iz Science Park Britanija. Njihove tehnike branja DNK imajo zelo različne prednosti pred orodji, ki že dolgo veljajo za zlati standard raziskovalcev.

Ivan Birny, namestnik generalnega direktorja Evropskega laboratorija za molekularno biologijo, je rezultat označil za “tehnično predstavitev”. Rekel je, da je bil originalni članek o genomu skrbno napisan, ker niso sekvencirali vseh molekul DNA z enega konca na drugega. “To, kar je storila ta skupina, kaže, da lahko to naredijo od konca do konca.” Po njegovih besedah ​​je to pomembno za prihodnje raziskave, saj kažejo, kaj je mogoče.

Harvardski biolog in pionir sekvenciranja George Church je delo označil za “zelo pomembno”. Dejal je, da v svojem govoru rad ugotavlja, da doslej še nihče ni zaporedil celotnega genoma vretenčarjev – kar pa ne potrjuje več, če se potrdi novo delo.

Pomembno in neodgovorjeno vprašanje: Kako pomembni so ti manjkajoči koščki za človeško sestavljanko? Konzorcij je dejal, da je število baz DNA povečal z 2,92 milijarde na 3,05 milijarde, kar je 4,5% več. Toda število genov se je povečalo le za 0,4% na 19.969. Raziskovalci poudarjajo, da to ne pomeni, da delo ne more voditi tudi do drugih novih spoznanj, vključno s tistimi, povezanimi z uravnavanjem genov.

Uporabljeno zaporedje DNK ni prišlo od posameznika, temveč od hidatidiformnega mola, izrastka v maternici ženske, ko je sperma oplodila jajčece, ki ni imelo jedra. To je pomenilo, da je imel 23 kromosomov, kot je sperma ali jajčece, in ne 46.

Raziskovalci so izbrali te celice, ki so jih hranili v laboratoriju, ker so poenostavile računski napor pri ustvarjanju zaporedja DNA. Prvotni osnutek genoma, ustvarjen leta 2003, je imel tudi le 23 kromosomov, a ker so tehnologije za sekvenciranje DNA postale cenejše in enostavnejše, so raziskovalci poskušali sekvencirati vseh 46 kromosomov.

Ellen Mardis, izvršna direktorica Inštituta za genomsko medicino pri Nationwide Children’s Hospital, je bila zaskrbljena, ker te celične linije, ki se hranijo v laboratoriju, lahko mutirajo nove genetske informacije. “Detritus, ki se kopiči kot celična linija, se lahko v kulturi razmnožuje več let. “

Miga je dejal, da so študije celične linije pokazale, da je podobna človeškim celicam, raziskovalci pa so uporabljali celice, ki so bile več let zamrznjene in ne razmnožene. Strinjala se je, da je naslednji korak, da skupina poskusi zaporedje vseh 46 kromosomov, znanih kot diploidni genom.

Zakaj je trajalo 20 let za zaporedje teh zadnjih 8% genoma, čeprav so se stroški sekvenciranja preostalega genoma zmanjšali s 300 milijonov na 300? Odgovor je povezan z delovanjem tehnologij zaporedja DNA.

Trenutni zaporedje DNA delovnega konja, ki ga je izdelal Illumina, vzame kratke koščke DNA, jih dešifrira in ponovno sestavi nastalo uganko. To deluje dobro za večino genoma, ne pa tudi v regijah, kjer je koda DNA posledica dolgih ponavljajočih se vzorcev. Če je superračunalnik sestavljen le iz kratkih fragmentov, kako lahko sestavi zaporedje DNA, ki ponavlja “agaga” v baze v bazah? Manjkajočih 8% genoma je bilo videti tako.

Te “neopredeljene” regije so bile med najbolj prepoznavnimi strukturami v biologiji. Če ste kdaj pogledali kromosome (pomislite na srednješolsko biologijo), so videti kot vrvice, povezane med seboj. Ti vozli so centromera, snopi DNA, ki držijo kromosome skupaj. Imajo pomembno vlogo pri delitvi celic. In so polni ponavljanja.

Pravzaprav je bila centromera tista, ki je Migo pritegnila k iskanju teh manjkajočih regij.

“Zakaj so regije, ki so tako bistvene za življenje, tako temeljne za delovanje celice, locirane na delih našega genoma, ki so ta prostrana morja tandema?” Spominja se, da je vprašala kot podiplomska študentka.

To vprašanje ga je spodbudilo, da je v pogovoru z Adamom Philippijem, raziskovalcem na Nacionalnem inštitutu za zdravje, predlagal svojo trenutno pobudo, imenovano Telomere 2 Telomere Consortium po telomerah, ki so konci kromosomov. 2019 Podpisali so biologa z univerze v Washingtonu Evana Eichlerja, ki ga že leta skrbijo manjkajoči deli genoma, kot soavtorja.

To je bilo mogoče, ker tehniki Oxford Nanopore in PacBio DNK ne razrežeta na majhne koščke sestavljanke. Tehnologija nanopore Oxford vodi molekulo DNA skozi majhno luknjo, kar ima za posledico zelo dolgo zaporedje. Tehnologija PacBio z laserjem znova in znova preiskuje isto zaporedje DNA, kar ustvarja odčitke, ki so lahko zelo natančni. Oba sta dražja od obstoječe tehnologije Illumina.

Podjetja so v vroči tekmi. Raziskovalci pravijo, da se je za ta projekt natančnost tehnologije PacBio izkazala za neprecenljivo in so za odstranjevanje določenih področij uporabili nanopore iz Oxforda. Toda nanopora v Oxfordu že obljublja novo, uporabnejšo tehnologijo. “Tu in zdaj ima PacBio prednost, vendar ni jasno, kako dolgo jo bodo lahko obdržali,” je povedal Michael Schatz, izredni profesor na univerzi Johns Hopkins.

Vsi raziskovalci so govorili o viziji prihodnosti, kjer bi namesto, da bi uporabili en sam referenčni genom, sestavili na stotine različnih, celovitih genov, ki so med seboj povezani in etnično raznoliki ter služijo kot reference. Miga pomaga tudi pri vodenju tega dela. In to je le en korak v to smer.

Toda do zdaj, pravi Schatz, so vedno obstajala vprašanja o tem, kaj je manjkalo. Zdaj končno imamo pravilne številke. “Imamo pravo tehnologijo.”