Hatalmas probléma van az emberi genomprojekt magjával

Az 1990 - es években megkezdett Emberi Genom Projekt volt Homo sapiens „Sikeres kísérlet a fajunk DNS-jének teljes feltérképezésére. Az emberi referencia genomot, az emberi DNS finom csiszolt gyűjteményét állította elő, amely döntő fontosságú a genetikai kutatások és a genetikai tesztelési szolgáltatások számára szerte a világon. A Johns Hopkins Egyetem két kutatója a tudományközösséghez hasonlóan felfedezte, hogy a referencia-genom hiányzik egy darab vagy két üregből, 296.485.284 bázispár DNS-t pontosnak.

A referencia genom az emberi genetikai anyag lényeges térképe, amely az összehasonlítás alapjául szolgál. Amikor saját DNS-t sorolunk be az egészségre, a családtörténetre és a jövőbeni betegségek kockázatára, akkor a szekvenciát sok apró darabra vágjuk, és összehasonlítjuk a referencia-genomhoz, és olyan területeket keresünk, ahol eltérőek vagyunk. Ennek alapvető problémája, a tudósok egy közelmúltban írt papírt írtak Nature Genetics, hogy a referencia genom nagyrészt egyetlen személyre épül. Figyelembe véve a ma élő 7,7 milliárd ember számtalan genetikai különbségét, ez nyilvánvalóan nem ideális.

Számítástudományi és biostatisztikus professzor Steven Salzberg, Ph.D., és Rachel Sherman, Ph.D. jelezze, hogy ez az egyetlen referencia genom nem rögzíti az emberi genetika sokféleségét. Egyes populációk különböznek egymástól túl sok e referencia genomból. Ahhoz, hogy az ügyüket tegyék fel, a húsz különböző országból származó 910 személy genomjára utalnak, amelyek mindegyike pánafrikai származású.

Ezen egyének DNS-ben a csapat 300 millió darab közös DNS-t talált, amelyek nem léteznek „referencia” genomunkban. Ha figyelmen kívül hagyjuk ezt a sok anyagot, Salzberg mondja, elkerülhetetlenül hiányzik a kulcsfontosságú betekintés az egyes populációk egészségére és történetére. Ők is emberiek, ezért nem kell őket képviselniük az „emberi” referencia genomban?

„Ezek a régiók lényegében láthatatlanok a genetikai közösség számára, amíg nem rendelkezünk egy referenciagenommal, amely magában foglalja ezeket a régiókat” - mondja Salzberg Inverz.

A referencia-genom problémája.

Az évek során folyamatosan dolgoztuk ki a referencia genomot. De a legutóbbi elemzés azt mutatja, hogy majdnem hetven százalék anyaga egyetlen afroamerikai személytől származik, akit csak RPCI-11-nek neveznek, magyarázza Salzburg.

Ez azt jelenti, hogy amikor a tudósok genetikai elemzést végeznek, hogy azonosítsák a különböző populációk közötti különbségeket a világ minden tájáról, az idő nagy részében összehasonlítják ezeket a genomokat a genetikai anyaggal, többnyire egy személytől. Ez arra vezet bennünket, hogy gyakran figyelmen kívül hagyjuk az anyagot, amely túlságosan különbözik ettől a referenciától, mondta Sherman. „Hiányzó daraboknak” nevezi őket.

„Amikor sorba hozza a dolgokat, olyan darabok lesznek, amelyek egyáltalán nem sorakoznak fel, mert túlságosan különbözőek ahhoz, hogy bármit illeszkedjenek a referencia genomhoz. - Akkor figyelmen kívül hagyja azokat a dolgokat, amelyek nem igazán relevánsak vagy nem érdemes megnézni, amikor talán ezek a darabok, amelyek a leginkább érdekesek, mert a legjobban különböznek a referencia genomtól.

A tanulmányban Sherman és Salzberg nagy darabokat vettek ebből a „különböző” anyagból (kb. 1000 bázispár), és megpróbálták meghatározni, hogy csupán véletlenszerű szekvenciákat reprezentálnak-e, vagy valóban hasznos információkat találtak a felderítetlen emberi DNS-ről.

A csapat arra a következtetésre jutott, hogy ez az „új” DNS elég magas színvonalú ahhoz, hogy egy második menetet biztosítson, még akkor is, ha nem tudják, milyen jelentősége lehet az emberi testnek.

Milyen következményei vannak?

Eddig Sherman azt mondja, nem igazán tudjuk, hogy mi hiányzik, ha figyelmen kívül hagyjuk a DNS-t, amely nem szerepel a referencia genomban. De ki tudja, mi lehet ott, ha megnézzük?

Salzberg azt sugallja, hogy elképzeljük, hogy egy kitalált populációnak van egy extra kromoszóma - ahelyett, hogy minden egyes cellában a szokásos 23 lenne. Semmi olyasmi, hogy ebből a populációból származó extra kromoszóma a referencia-genomhoz illeszkedik. Talán azt mondja, valahol a rejtett kromoszómán az az oka, hogy a fiktív népesség egy bizonyos betegség kialakulását okozza - és miért nem a világ többi része. De mivel nincs megfelelő hivatkozásunk ahhoz, hogy összehasonlítsuk, soha nem tudjuk, hogy ott van.

Eredeti hirdetés, melyet az emberi genomprojekt adományozói hoztak létre (Buffalo News, 3/23/1997), h / t Pieter de Jong, aki elhelyezte a hirdetés pic.twitter.com/gNB7mMv3Yu

- Jay Shendure (@JShendure) 2017. október 28.

„Ha időnként olyan kromoszómában mutációk mutatkoztak, amelyek problémákat okoztak, soha nem tudnád tanulmányozni ezeket” - mondja Salzberg. „Soha nem tudnád megfigyelni őket, ha kizárólag erre a referencia genomra támaszkodsz.”

Legyünk világosak: ez a kutatás nem nyújt bizonyítékot egy ismeretlen kromoszómára. Ez azonban azt sugallja, hogy valószínűleg sokat hiányzik, ha egyetlen referenciagenomot használunk az RPCI-11 nevű személy közül, amely az összes fajunk DNS-jén végzett elemzésünk alapjául szolgál.

Hogyan tudjuk megjavítani?

Ahelyett, hogy egy univerzális referencia genomra törekedne, a csapat azt állítja, hogy van egy csokor referencia-genomok - talán egy-egy populáció esetében.

„Amit mi itt támogatunk ezzel a megállapítással, az, hogy minden populációra referencia-genomokat kell létrehoznunk” - mondja Sherman. „Ha ebből a népességből hiányzik a sok DNS-t, a modellnek meg kell változtatnia.”

Néhány ország magára vállalta, hogy legalább megpróbálja létrehozni saját referencia genomjait. Dánia például 150 dánból származó genetikai anyagot állít össze a „dán” referencia genom létrehozása érdekében. 2016-ban egy papír Természet egy kísérletet ír le egy koreai egyénekre vonatkozó referencia összeállítására, bár ez a papír csak egyetlen személyen végzett kutatást ír le. Más projektek, mint például az 1000 Genom projekt, szintén megpróbálják ezt a folyamatot megkezdeni, de sok munka van, hogy olyan referenciaanyagot hozzunk létre, amely polírozott, mint a jelenlegi verzió, ismert GRCh38.

„Többet kell tennie, mint csak egy másik személyt egy másik népből, hogy hozzon létre egy referencia-genomot” - tette hozzá. - Egy kicsit többet kell tenned.

Nem arról van szó, hogy a kutatók nem tudják, hogy több referencia genomra van szükségünk. Salzberg csak azt reméli, hogy mostanra több lenne, és legalább széleskörűen fogadták őket standard referencia genomként. A dokumentum sajnálatát fejezi ki amiatt, hogy ezek a kísérletek egyike sem érte el ugyanezt a státuszt és a GRCh38-t - bár ez a dán projekt célja.

Sherman és Salzberg előre haladnak, hogy ezt a projektet elkezdjék, több további referencia genom felépítésével, amelyeket egy-két év alatt kívánnak kiadni. El akarják kezdeni a referencia genomok könyvtárának létrehozását, hogy segítsék az embereket abban, hogy annyira betekintést nyerjenek a genetikai anyagukból, hogy milyen "más".

„Amire valóban szükségünk van, több száz referencia genom,” hozzáteszi. - Egy nap meg fog történni.