aStarptautiska zinātnieku komanda apgalvo, ka tā ir secējusi visu cilvēka genomu, ieskaitot daļas, kas pirms divām desmitgadēm netika atrastas pirmajās cilvēka genoma sekvencēs.
Šis apgalvojums, ja tas tiks apstiprināts, pārsniedz to varoņdarbu, ko Cilvēka genoma projekta un Celera Genomics vadītāji izlika uz Baltā nama zāliena 2000. gadā, paziņojot par cilvēka genoma pirmā projekta secību. Šis vēsturiskais melnraksts un tam sekojošā cilvēka DNS sekvencēšana viss nokavēja apmēram 8% no genoma.
Jauna genoma sekvencēšana aizpilda šīs nepilnības, izmantojot jauno tehnoloģiju. Tomēr tam ir dažādi ierobežojumi, ieskaitot šūnu līnijas veidu, ko pētnieki izmantoja, lai paātrinātu viņu centienus.
Reklāmas
darbs bija Detalizēts 27. maijs iespiešanā, kas nozīmē, ka tas vēl nav salīdzinoši pārskatīts.
“Jūs vienkārši mēģināt izpētīt šo pēdējo nezināmo cilvēka genomu,” teica Kalena Kalifornijas Universitātes Santa Krusas pētniece Karena Mega, kura vadīja starptautisko konsorciju, kas izveidoja sekvencēšanu. “Iepriekš tas nav izdarīts, un iemesls, kāpēc tas nav izdarīts, ir tāpēc, ka tas ir grūti.”
Reklāmas
Mega apstiprināja, ka viņa neuzskatīs paziņojumu par oficiālu, kamēr papīrs nebūs pārskatīts un publicēts medicīnas žurnālā.
Pētnieki apgalvo, ka jaunais genoms ir lēciens uz priekšu, ko nodrošina jaunās DNS sekvencēšanas tehnoloģijas, kuras izstrādājuši divi privāti uzņēmumi: Pacific Biosciences Menlo parkā, Kalifornijā, kas pazīstams arī kā BacBio, un Oxford Nanopore no Oksfordas zinātnes parka, Lielbritānijā. Viņu DNS nolasīšanas metodēm ir ļoti specifiskas priekšrocības salīdzinājumā ar rīkiem, kuri jau sen tiek uzskatīti par pētnieku zelta standartiem.
Eiropas Molekulārās bioloģijas laboratorijas ģenerāldirektora vietnieks Euans Birnijs rezultātu raksturoja kā “spēcīgu tehnisko kārtu”. Viņš atzīmēja, ka sākotnējie genoma dokumenti tika rūpīgi izstrādāti, jo tie nešķiroja katru DNS molekulu no viena gala līdz otram. “Tas, ko šī grupa ir izdarījusi, ir parādīt, ka viņi to var izdarīt no gala līdz galam.” Viņš teica, ka tas ir svarīgi turpmākajiem pētījumiem, jo tas parāda, kas ir iespējams.
Džordžs Čērčs, Hārvardas biologs un sekvencēšanas pionieris, darbu raksturoja kā “ļoti svarīgu”. Viņš teica, ka sarunās viņam patīk atzīmēt, ka līdz šim neviens nav secējis visu mugurkaulnieku genomu – kaut kas vairs nav taisnība, ja jaunais darbs tiek apstiprināts.
Viens svarīgs neatbildēts jautājums: cik svarīgi ir šie trūkstošie cilvēka puzles gabali? Konsorcijs paziņoja, ka tas palielināja DNS bāzes skaitu no 2,92 miljardiem līdz 3,05 miljardiem, kas ir pieaugums par 4,5%. Bet gēnu skaits pieauga tikai par 0,4% līdz 19 669. Tas nenozīmē, ka darbs nevar novest arī pie citām jaunām atziņām, tostarp par to, kā gēni tiek regulēti, uzsvēra pētnieki.
Izmantotā DNS secība bija nevis no cilvēka, bet gan no hidatidiforma mola – izaugums sievietes dzemdē, kas rodas, kad sperma apaugļo olu, kurā nav kodola. Tas nozīmē, ka tam ir 23 hromosomas, piemēram, sperma vai olšūna, nevis 46.
Pētnieki izvēlējās šīs šūnas, kas tika saglabātas laboratorijā, jo tas padarīja skaitļošanas centienus vienkāršāku DNS secības izveidi. Sākotnējā genoma projektā, kas tika izveidots 2003. gadā, arī bija tikai 23 hromosomas, taču, tā kā DNS sekvencēšanas paņēmieni kļuva lētāki un vienkāršāki, pētniekiem bija tendence sekvencēt visas 46 hromosomas.
Nacionālais bērnu slimnīcas Genomiskās medicīnas institūta līdzdirektors Alens Mardis ir noraizējies, ka jaunu ģenētisko informāciju var mainīt, jo šīs šūnu līnijas tiek saglabātas laboratorijā. “Lielā mērā tas ir atlikums, kas uzkrājas, kad šūnu līnija kultūrā izplatās daudzu gadu garumā. “
Mega teica, ka šūnu līnijas pētījumi parādīja, ka tā atgādina cilvēka šūnas un ka pētnieki izmantoja šūnas, kas daudzus gadus bija sasalušas, nevis cirkulējušas. Viņa piekrita, ka nākamais solis bija mēģināt sakārtot visas 46 hromosomas, kas pazīstamas kā diploīdu genoms.
Kāpēc pagāja 20 gadi, līdz pēdējie 8% genoma tika secēti, pat ja pārējā genoma sekvencēšanas izmaksas samazinājās no 300 miljoniem līdz 300 dolāriem? Atbilde ir saistīta ar DNS sekvencēšanas tehnoloģiju darbību.
Pašreizējie Illumina izgatavotie DNS sekvencētāji paņem mazus DNS gabaliņus, tos atšifrē un no jauna saliek iegūto mīklu. Tas labi darbojas lielākajai daļai genomu, bet ne reģionos, kur DNS kods ir ilgstošu atkārtojumu rezultāts. Ja superdators satur tikai mazas daļas, kā tas var savākt DNS secību, kas atkārto “AGAGAGA” bāzi uz pamatiem? Tā izskatījās 8% trūkstošā genoma.
Starp šīm “nepāra” jomām ir viena no vispazīstamākajām struktūrām bioloģijā. Ja esat kādreiz apskatījis hromosomas (padomājiet par vidusskolas bioloģiju), tās izskatās kā savilktas virknes. Šie mezgli ir centrioles, kas ir DNS saišķi, kas savieno hromosomas kopā. Viņiem ir galvenā loma šūnu dalīšanās procesā. Tas ir pilns ar atkārtojumiem.
Faktiski tieši planētas piesaistīja Megu vēlmei redzēt šos pazudušos reģionus.
“Kāpēc reģioni, kas ir tik fundamentāli dzīvībai, tik būtiski šūnu darbībai, ir novietoti virs mūsu genoma daļām, ka šīs milzīgās tandēma jūras atkārtojas?” Viņa atceras, kā jautāja, kad bija pirmkursniece.
Tieši šis jautājums viņai lika sarunā ar NIH pētnieku Adamu Phillippe ieteikt sākt savu pašreizējo iniciatīvu, ko sauc par Telomere 2 Telomere Consortium, pēc telomēriem, kas ir hromosomas gali, 2019. gadā. Viņi parakstīja Evanu Eihleru Vašingtonas universitātes biologs, kurš kā līdzautors gadiem ir noraizējies par trūkstošām genoma daļām.
Darbs bija iespējams, jo Oksfordas Nanopore un PacBio tehnoloģijas nesagriež DNS sīkos mīklu gabaliņos. Oksfordas Nanopore tehnoloģija caur nelielu caurumu vada DNS molekulu, kā rezultātā tiek iegūta ļoti gara secība. PacBio tehnoloģija izmanto lāzerus, lai atkārtoti skenētu to pašu DNS secību, kā rezultātā rādījums var būt ļoti precīzs. Abi ir dārgāki nekā pašreizējā Illumina tehnoloģija.
Uzņēmumi karstās sacensībās. Pētnieki saka, ka šim projektam PacBio tehnoloģijas precizitāte izrādījās nenovērtējama, un viņi izmantoja Oxford Nanopore, lai pabeigtu dažas no jomām. Bet Oksfordas Nanopore jau solīja jaunu, vairāk izmantojamu tehnoloģiju. “Pagaidām PacBio ir priekšrocība, taču nav skaidrs, cik ilgi viņi spēs to saglabāt,” sacīja Maikls Šics, Džona Hopkinsa universitātes docents.
Visi pētnieki runāja par nākotnes redzējumu, kur tā vietā, lai izmantotu vienu atsauces genomu, viņi apkopotu simtiem dažādu, pilnīgu, savstarpēji saistītu un etniski daudzveidīgu genomu, kurus varētu izmantot kā atsauces. Mega palīdz vadīt arī šo biznesu. Tas ir tikai solis šajā virzienā.
Bet līdz šim, saka Schatz, vienmēr ir bijuši jautājumi par to, kas trūkst. Tagad mums beidzot ir pareizi dati. “Mums ir pareizā tehnoloģija.”
