Първият "човешки пангеном" може да помогне за разкриването на биологията на всеки

Ваня Милева Последна промяна на 12 май 2023 в 00:01 2419 0

Човечеството не може да бъде обобщено от един геном.

Кредит www.genome.gov

Човечеството не може да бъде обобщено от един геном.

Последователност за човешкия геном е публикувана за първи път през 2001 г., но тази оригинална справка не отразява пълното генетично разнообразие на човечеството - нещо, което нов "пангеном" се опитва да реши.

Какво е пангеном?

Това е набор от геноми от много индивиди, събрани заедно, за да покажат къде последователностите са идентични или различни. Проектът на човешки пангеном се състои от 47 генома, а планът е да се разшири до 350 генома до 2024 г.

Защо ни трябва?

Пангеномът ще помогне на изследователите да открият какви ефекти имат генетичните варианти и да разработят лечения за състояния, свързани с тези варианти. Понастоящем някои варианти са по същество невидими за изследователите поради зависимостта от един референтен геном.

Референтната последователност на човешкия геном е прието представяне на последователността на човешкия геном, което се използва от изследователите като стандарт за сравнение с ДНК последователностите, генерирани в техните изследвания.

По-пълният справочник, който включва почти цялата ДНК на 47 души, ще позволи на изследователите да изследват видове вариации, които никога не са могли да бъдат изследвани преди, като големи парчета дублирана, изгубена или пренаредена ДНК. Тази работа би могла да разкрие повече подробности за генетичните основи на сърдечните заболявания, шизофренията и различни други заболявания и разстройства.

Карта на ПангеномаНовият проект на справочна карта на пангенома съдържа 47 генома вместо един. Кредит: National Human Genome Research Institute

Работата е извършена от колектив от 14 различни институции, наречен Консорциум за референтен човешки пангеном (Human Pangenome Reference Consortium), като са използвани данни, взети от каталога на проекта "1000 генома". След това тези данни са обработени с помощта на усъвършенствани изчислителни техники, за да бъдат по-подредени и по-лесни за справка.

"Въвеждаме по-голямо разнообразие и равнопоставеност в референцията, като вземаме проби от различни човешки същества и ги включваме в тази структура, която всеки може да използва", обяснява биомолекулярният инженер Бенедикт Патен (Benedict Paten) от Калифорнийския университет в Санта Круз.

"Един геном не е достатъчен, за да представи всички - в крайна сметка пангеномът ще бъде нещо, което е всеобхватно и представително".

Справка за пангеномаПангеномът дава на изследователите повече отправни точки. Кредит: University of California, Santa Cruz

Защо пангеномът е важен за човешкото здраве?

Нашите геноми са повече от 99% идентични. Но този един-единствен процент разлика представлява значителна част от това, което прави всеки отделен човек уникален (като изключим еднояйчните близнаци). Една-единствена референтна точка не е достатъчна, за да обхване всички тези вариации.

Новият пангеном обаче може да осигури няколко различни референтни точки едновременно, което го прави много по-разнообразен ресурс за изследователите и медицинските специалисти. Това помага да се премахне референтното отклонение, при което анализът се изкривява от използваните данни.

По-пълното разбиране на човешкото генетично разнообразие може да помогне на изследователите да започнат да разкриват генетичните основи на различни заболявания и разстройства.

Нещо повече, новите технологии за дешифриране на ДНК позволяват на изследователите на пангенома да изследват типове генетични варианти, които преди са били трудни за изследване.

По-специално, дублираните региони на генома бяха трудни за изучаване, тъй като преди това изследователите можеха да четат само къси части от ДНК. Нямаше начин да се каже къде в огромния пъзел на човешкия геном се побират тези почти идентични парчета. По-нова технология за дешифриране на ДНК с „дълго четене“ или секвениране прави възможно четенето на участъци от ДНК с дължина много хиляди бази.

Възможността да се оцени къде някои хора имат допълнителна ДНК, а за други липсват ДНК, наречени структурни варианти, добавя по-нюансиран поглед върху човешката генетика.

Например изследователите са използвали картата на пангенома, за да проследят как хромозомите се сгъват, така че различните части да се докосват една друга. Учените могат да видят някои гънки и химически белези в структурни варианти, които могат да повлияят на това как гените се включват и изключват. Това може да повлияе на характеристиките или здравето. Тези генни преобразувания са изненадващо чести, като всеки човек има средно повече от 2000 екземпляра от тях.

Този по-нюансиран и сложен поглед върху човешката генетика ще подобри медицината, базирана на генетиката.

Изследователите се надяват, че пангеномът ще им помогне по-лесно да диагностицират генетичните промени, които допринасят за редките заболявания и да намерят лечения за често срещани заболявания. След като това се случи, клиницистите могат да започнат да включват данни от пангенома в своите практики.

Новият модел е с 34% по-точен при намирането на малки варианти и със 104% по-добър при намирането на големи (или структурни) варианти - тези, които са най-трудни за откриване - съобщават изследователите.

"Всеки човек има уникален геном, така че използването на една референтна геномна последователност за всеки човек може да доведе до неравнопоставеност при геномните анализи", посочва Адам Филипи (Adam Phillippy), генетик и компютърен специалист в Националния институт за изследване на човешкия геном в Мериленд.

"Например предсказването на генетично заболяване може да не работи толкова добре за човек, чийто геном се различава повече от референтния геном."

Друго подобрение, което носи със себе си пангеномът, благодарение на по-големия обем и разнообразие на данните, е възможността за разграничаване на родителските хромозоми - изключително важно за изучаване на наследяването на болести.

Този нов човешки пангеном ще изисква и нови методи за анализ и достъп, а екипът, който стои зад него, се стреми да го направи възможно най-достъпен, за да може да вдъхнови всякакви бъдещи изследвания.

Това все още е първи вариант. Изследователите се надяват до средата на 2024 г. в пангенома да бъдат включени около 350 генома, което ще бъде важен момент за генетици, еволюционни биолози, медицински изследователи и всички други учени.

Справка:

W.-W. Liao et al. A draft human pangenome reference. Nature. Published online May 10, 2023. doi: 10.1038/s41586-023-05896-x.

M.R. Vollger et al. Increased mutation and gene conversion within human segmental duplications. Nature. Published online May 10, 2023. doi: 10.1038/s41586-023-05895-y.

A. Guarracino et al. Recombination between heterologous human acrocentric chromosomes. Nature. Published online May 10, 2023. doi: 10.1038/s41586-023-05976-y.

G. Hickey et al. Pangenome graph construction from genome alignments with Minigraph-Cactus. Nature. Published online May 10, 2023. doi: 10.1038/s41587-023-01793-w.

Източници:

What is the human pangenome and why do we need it?, New Scientist

The new human pangenome could help unveil the biology of everyone, Science News

The First Draft of The Human Pangenome Has Arrived. Here's Why It's So Important., Sciencealert

Най-важното
Всички новини
За писането на коментар е необходима регистрация.
Моля, регистрирайте се от TУК!
Ако вече имате регистрация, натиснете ТУК!

Няма коментари към тази новина !