Dve desetletji po tem, ko je bilo dramatično zaporedje človeškega genoma predstavljeno z veliko pompom, je skupina 99 znanstvenikov končno razumela celotno stvar. V prejšnjih različicah so zapolnili široke vrzeli in odpravili dolg seznam napak, kar nam daje nov pogled na našo DNK.

Zveza je pred kratkim na spletu objavila šest dokumentov, v katerih opisujejo celoten gen. Znanstveniki pravijo, da bodo te težko najti informacije, ki jih zdaj pregledujejo znanstvene revije, globlje razumeli, kako DNK vpliva na tveganja bolezni in kako jo celice zadržujejo na lepo organiziranih kromosomih namesto na molekularnih težavah.

Na primer, raziskovalci so odkrili več kot 100 novih genov, ki so funkcionalni in so ugotovili milijone genetskih sprememb med populacijami. Te razlike igrajo vlogo pri nekaterih boleznih.

Nicola Aldemos, podoktorska raziskovalka na Kalifornijski univerzi v Berkeleyju, ki je sodelovala v tej ekipi, je videti, da je celoten človeški genom podoben Plutonu iz raziskovanja vesolja New Horizons.

“Vidite lahko vse brezno, vidite vsako barvo, prej smo le nejasno razumeli,” je dejal. “To so absolutne sanje.”

Strokovnjaki, ki niso sodelovali pri projektu, so dejali, da bi znanstvenikom pomagal podrobneje preučiti človeški genom. Veliki deli gena, ki so bili preprosto prazni, so zdaj jasno razumljeni in znanstveniki jih lahko začnejo preučevati z zanimanjem.

Yukiko Yamashita, razvojna biologinja na Inštitutu za biomedicinske raziskave Whitehead na Massachusetts Institute of Technology, pravi: »Rezultati tega razvrščanja so osupljivi.

Pred stoletjem so znanstveniki vedeli, da se razmnožuje 23 parov kromosomov, vendar so bile te čudne, črvom podobne mikrostrukture v veliki meri skrivnost.

Konec sedemdesetih let so znanstveniki pridobili sposobnost prepoznavanja nekaj posameznih človeških genov in dekodiranja njihovega zaporedja. Toda njihovo orodje je bilo tako grenko, da je lov na gen lahko vzel celo življenje.

Konec 20. stoletja se je mednarodni genetik odločil, da bo poskušal razvrstiti vso DNK na naših kromosomih. Projekt človeškega genoma je drzna poteza, ki vam bo dala toliko, kot je mogoče razvrstiti. Znanstveniki so vedeli, da je v dvojnih verigah DNK v naših celicah približno 3 milijarde parov znakov – dovolj besedila, da je mogoče zapolniti na stotine knjig.

Ko je ekipa začela svoje delo, so lahko znanstveniki v daljšem časovnem obdobju uporabili nekaj deset črk ali baz razvrščenih bitov DNK. Raziskovalci so jih morali združiti kot koščke velike sestavljanke. Za sestavljanje sestavljanke so iskali drobce z enakimi robovi, torej so prišli skupaj z deli gena. Dolga leta so trajala, da so razvrščene kose postopoma združili v velike močvirje.

Bela hiša je leta 2000 sporočila, da so znanstveniki dokončali prvi osnutek človeškega genoma, podrobnosti o projektu pa so objavili naslednje leto. Toda dolžina gena ni znana, medtem ko so se znanstveniki trudili ugotoviti, kje so milijoni drugih mest.

Izkazalo se je, da je bil gen najtežje sestaviti iz majhnih koščkov. Mnogi naši geni imajo veliko kopij, ki so med seboj skoraj enake. Včasih različne kopije opravljajo različna dela. Druge kopije, imenovane psevdogeni, so zaradi mutacij onemogočene. Majhen košček DNA iz enega gena se lahko uporabi za druge.

In geni sestavljajo le majhen odstotek gena. Ostalo je še bolj zmedeno. Velik del gena je sestavljen iz virusom podobnih podaljškov DNA, ki so tam, da naredijo nove kopije, ki jih nato znova vstavijo v gen.

V zgodnjih 2000-ih so bili znanstveniki nekoliko boljši pri sestavljanju genetske sestavljanke iz njenih manjših kosov. Ustvarili so več kosov, jih natančneje prebrali, ustvarili nove računalniške programe in jih vključili v večje dele gena.

Občasno bodo raziskovalci izdali najnovejši, najboljši osnutek človeškega gena – to se imenuje referenčni gen. Znanstveniki so referenčni gen uporabili kot vodilo za lastna prizadevanja za zaporedje. Na primer, medicinski genetiki bi našteli mutacije, ki povzročajo bolezen, s primerjavo genov bolnikov in referenčnega gena.

Novi referenčni gen je bil izdan leta 2013. Bilo je veliko boljše od prvega osnutka, vendar je bilo daleč od popolnosti; 8 odstotkov je bilo preprosto praznih.

Michael Shots, računalniški biolog z univerze Johns Hopkins, je dejal: »Manjka celoten človeški kromosom.

Leta 2019 sta dva znanstvenika – Adam Philippi, računalniški biolog z Nacionalnega inštituta za človeške genske raziskave, in Karen Mika, genetičarka s kalifornijske univerze v Santa Cruzu – ustanovila konzorcij Telomere-to-Telomeier za dokončanje gena.

Philippi je priznal, da je bil del njegove motivacije za tako drzen projekt ta, da so ga manjkajoče vrzeli jezile. “Res so me prizadeli,” je dejal. “Vzameš čudovito naravno sestavljanko, vzameš sto kosov in si jo ogledaš – to je tako moteče za perfekcionista.”

Philippi in Mika sta znanstvenike povabila, naj se jima pridružijo, da izpolnijo uganko. Z 99 znanstveniki so delali neposredno na zaporedju človeškega genoma in izbrali desetine za razumevanje podatkov. Raziskovalci so epidemijo delali na daljavo in usklajevali svoja prizadevanja pri uporabi glasila Slack.

“To je neverjetno dobra kolonija mravelj,” je dejal Mika.

Konzorcij je uporabljal nove stroje, ki so lahko odčitavali dolžino DNK, ki je dosegla več deset tisoč mest. Raziskovalci so odkrili tudi tehnike, s katerimi so ugotovili, kje v genu se nahaja posebno skrivnostno zaporedje zaporedij.

Navsezadnje so znanstveniki dodali ali popravili več kot 200 milijonov osnovnih parov v referenčnem genu. Zdaj lahko samozavestno trdijo, da človeški gen v dolžino meri 3,05 milijarde baznih parov.

V teh novih prizorih DNK so znanstveniki odkrili več kot 2000 novih genov. Zdi se, da je večina zaradi mutacij onemogočena, toda zdi se, da jih 115 lahko tvori beljakovine – znanstveniki bodo morda potrebovali leta, da bodo ugotovili njihovo funkcijo. Zveza zdaj ocenjuje, da je v človeškem genomu 19.969 genov, kodiranih z beljakovinami.

Ker je končno sestavljen celoten gen, lahko raziskovalci bolje vidijo spreminjanje DNK od ene osebe do druge. V genomu so odkrili več kot 2 milijona novih lokacij, ki ljudi razlikujejo. Uporaba novega gena se je prav tako pomagala izogniti identifikaciji mutacij, povezanih z boleznijo, ki nimajo nič skupnega z resničnostjo.

Dr. Mitad Farooqi, direktor molekularne onkologije v Otroški bolnišnici Mercy v Kansas Cityju v Missouriju, ni sodeloval pri projektu.

Farooqi je začel uporabljati gen za raziskovanje svojih redkih otroških bolezni in iskati mutacije na novo zapolnjenih vrzelih v DNK svojih pacientov.

Vendar pa je prehod na nov gen lahko izziv za številne medicinske laboratorije. Na nov zemljevid gena morajo prenesti vse informacije o povezavah med geni in boleznimi. “To bo velik napor, vendar bo trajalo leto ali dve,” je dejala dr. Sharon Plan, medicinska genetikinja z medicinske fakultete Baylor v Houstonu.

Altemos načrtuje uporabo celotnega gena za raziskovanje posebej skrivnostnega dela vsakega kromosoma, imenovanega centromera. Centroeme sidrni proteini, ki premikajo kromosome, ko se celica deli, namesto da bi shranili gene. Območje centromere vsebuje tisoče delov DNK.

Altemos in njegovi kolegi so bili na prvi pogled presenečeni, kako različna so centromerena območja od ene osebe do druge. To opažanje kaže, da se centimetri hitro razvijajo, ko mutacije ponovno vstavijo DNA na območja ali jih razrežejo na druge drobce.

Čeprav ima to zaporedje DNK lahko vlogo pri izključitvi nekaterih kromosomov, so raziskovalci odkrili tudi nove delitve – na njih so dolga milijona mest -, ki pa očitno niso vključena. “Ne vemo, kaj počnejo,” je dejal Altemos.

Toda zdaj, ko so prazna območja gena zapolnjena, jih lahko Aldemos in njegovi kolegi natančno preučijo. “Tako sem navdušen, da se veselim ogleda vsega, kar lahko najdemo,” je dejal.