Почему завершение генома человека заняло 20 лет и что осталось сделать
Публикация черновой последовательности генома человека в 2001 году стала прорывом, заложив основу для понимания генетических основ биологии и болезней человека. Однако некоторые участки остались несеквенированными, а часть информации содержала ошибки.
Спустя два десятилетия международный консорциум представил гораздо более полную версию в виде препринта (еще не прошедшего рецензирование).
Что нового в обновленной версии?
- Технологические ограничения 2001 года позволили секвенировать только эухроматиновую часть генома (92%), где сосредоточена большая часть генов.
- Новая последовательность заполняет большинство пробелов, предоставляя полные 3,055 миллиарда пар оснований ДНК.
- Данные стали публично доступны для использования другими исследователями.
Почему это заняло 20 лет?
Основная сложность заключалась в гетерохроматиновых регионах. Они плотно упакованы, содержат множество высокоповторяющихся последовательностей, которые было крайне сложно точно прочитать.
Раньше эти регионы считались «мусорными», но теперь известно, что они содержат гены, критически важные для процессов вроде формирования органов у эмбриона. Среди 200 миллионов вновь секвенированных пар оснований обнаружено около 115 генов, предположительно кодирующих белки.
Успех стал возможен благодаря двум ключевым факторам:
1. Выбор особого типа клеток
Для работы использовались клетки полного пузырного заноса — редкой ткани, которая образуется, когда оплодотворенная яйцеклетка теряет весь генетический материал матери. Клетки такого заноса содержат две идентичные копии хромосом отца, что значительно упрощает сборку полной геномной последовательности.
2. Прогресс в технологиях секвенирования
- Human Genome Project (2001) использовал метод «секвенирования по Шоту»: геном разбивался на очень мелкие фрагменты (~200 пар оснований), которые секвенировались и собирались обратно, как гигантский пазл. Этим методом можно было надежно прочитать только эухроматиновые регионы.
- Новая последовательность получена с помощью двух современных
технологий:
- PacBio: позволяет с высокой точностью секвенировать длинные фрагменты ДНК.
- Oxford Nanopore: производит ультрадлинные непрерывные последовательности.
- Эти методы создают «фрагменты пазла» длиной в тысячи или миллионы пар оснований, что упрощает сборку сложных регионов.
Это достижение углубит понимание функций и структуры хромосом, а также генетических состояний, связанных с хромосомными аномалиями, например, синдрома Дауна.
Геном теперь полностью секвенирован?
Нет. Очевидное упущение — Y-хромосома, так как в использованных клетках пузырного заноса были две идентичные X-хромосомы. Работа над ее секвенированием ведется.
Секвенирование (почти) полного генома одной человеческой клетки — важный этап, но для полного понимания генетического разнообразия человечества необходимы следующие шаги:
- Изучение геномов разнообразных популяций (клетки пузырного заноса имели европейское происхождение).
- Доведение технологии до уровня, позволяющего рутинно секвенировать множество различных геномов.
Это необходимо, чтобы открытия в области генетики человека не ограничивались конкретными популяциями и не усугубляли существующее неравенство в здравоохранении.