Това включва и липсващите досега 8 процента от първата „чернова“ на генома. Две конкурентни стартови технологии помогнаха за това.
Преди двадесет и една години изследователи обявиха първия „проект“ за секвениране на пълния човешки геном. Това беше монументално постижение, но в последователността все още липсваха около 8% от генома. Сега учени, работещи заедно по целия свят, казват, че най-накрая са попълнили тези липсващи 8%.
Ако работата им издържи на партньорската проверка и се окаже, че наистина са разшифровали последователността и са събрали човешкия геном в неговата цялост, това може да промени бъдещето на медицината.
Последователността на човешкия геном отдавна е огромен проект с конкретни цели. Ако хората разберат по-добре своя генетичен код, те могат да произвеждат по-добри, по-персонализирани лекарства, включително генно-фокусирани лекарства, задвижващи първите ефективни ваксини срещу COVID-19.
Хората имат 46 хромозоми, в 23 двойки, които представляват десетки хиляди отделни гени. Всеки ген се състои от определен брой двойки бази, изградени от аденин (А), тимин (Т), гуанин (G) и цитозин (С). В човешкия геном има милиарди двойки бази.
През юни 2000 г. Проектът за човешкия геном (HGP) и частната компания Celera Genomics обявиха първия „проект“ на човешкия геном. Това е резултат от дългогодишна работа, която напредва, защото хората продължават да правят по-добри компютри и алгоритми за обработка на генома. По това време учените бяха изненадани, че от над 3 милиарда отделни „букви“ на базови двойки, хората имат само 30 000 до 35 000 гена. Днес този брой е далеч по-нисък и се движи малко над 20 000.
Три години по-късно HGP завърши мисията си да картографира целия човешки геном и дефинира термините си по следния начин: „Готовата последователност е технически термин, който означава, че последователността е много точна (с по-малко от една грешка на 10 000 букви) и с единствените останали пропуски, съответстващи на региони, чиято последователност не може да бъде надеждно разрешена с текущата технология.“
„Съвременните технологии“ повдигат много тежки въпроси. По това време HGP използва процес, наречен бактериална изкуствена хромозома (BAC), където учените използват бактерия, за да клонират всяко парче от генома и след това да го изучават в по-малки групи. Пълна “библиотека BAC ” е 20 000 внимателно подготвени бактерии с клонирани гени вътре.
Какво се крие в неизвестните досега 8 процента от генома, които досегашната „чернова“ на генома остави недокоснати? Основните двойки в този раздел са направени от много, много повтарящи се модели, които просто го правят твърде тромав за изследване с помощта на метода на клониране на бактерии.
Това има интуитивен смисъл; представете си броене от 1 до 50 срещу просто броене 1, 2, 1, 2,. . отново и отново. Част от това, което направи метода BAC успешен е, че учените са се погрижили да минимизират и съпоставят припокриванията, което е станало почти невъзможно в неизследваната част от генома.
И така, какво е различното в новите подходи? Нека първо разгледаме какви са те. Базираната в Калифорния Pacific Biosciences (PacBio) и базираната във Великобритания Oxford Nanopore имат различни технологии, но се надпреварват към една и съща цел.
PacBio използва система, наречена HiFi, където базовите двойки се разпространяват буквално като кръгове, докато бъдат прочетени изцяло и с висока точност – оттук и името. Системата датира само от няколко години и представлява голяма стъпка напред както по дължина, така и по точност за тези по-дълги последователности.
Междувременно Oxford Nanopore използва електрически ток в своите собствени устройства. Нишките на базовите двойки се притискат през микроскопична нанопора – само по една молекула в даден момент – където ток ги затваря, за да се наблюдава какъв вид молекула са те. Чрез изваждането на всяка молекула учените могат да идентифицират пълната верига.
В новото проучване, публикувано в биологичния сървър bioRxiv, международен консорциум от около 100 учени използва PacBio и Oxford Nanopore технологиите, за да преследва някои от останалите неизвестни участъци от човешкия геном.
„Консорциумът заяви, че е увеличил броя на ДНК бази от 2,92 милиарда на 3,05 милиарда, което е увеличение с 4,5 [процента]. Но броят на гените се е увеличил само с 0,4 [процента], до 19 969 “, съобщава Stat. Това показва колко големи са силно повтарящите се последователности на базови двойки в тази зона в сравнение с гените, които те представляват.
Джордж Чърч, биолог от университета в Харвард, казва:
„Ако тази работа премине през партньорската проверка успешно, това ще бъде първият път, когато който и да е геном на гръбначни животни е напълно картографиран. И причината изглежда е просто, че и двете нови технологии позволяват да се четат много дълги низове от базови двойки наведнъж.
Защо липсващата информация за гените е толкова важна? Шепа най-популярни гени заемаха по-голямата част от изследователския интерес и финансиране. Пренебрегваните гени съдържат обаче много ключови механизми, които причиняват болести, например.
Има едно малко затруднение, макар че то важи и за обявения през 2000 г. първи проект на генома. И двата проекта са изследвали клетки, които са имали само 23 хромозома вместо пълните 46. Това е така, защото те използват клетки, получени от репродуктивната система, където яйцеклетките и сперматозоидите носят половината от пълния хромозомен товар.
Клетката е от хидатидиформна бенка, вид репродуктивен растеж, който представлява изключително ранен, нежизнеспособен съюз между сперматозоиди и яйцеклетка, която няма ядро. Изборът на този вид клетка, която е била съхранявана и култивирана като „клетъчна линия“, използвана за изследователски цели, намалява наполовина огромната работа за секвениране.
Следващата стъпка е и PacBio, и Оксфорд да секвенират целия 46-хромозомен човешки геном. Но затова ще трябва да изчакаме известно време.
Какво има в генома?
Липсващите връзки
