Исследование сигнализирует о приближении полного генома человека

Прошло почти два десятилетия с тех пор, как команда исследователей из UC Santa Cruz объявила о сборке и публикации первой последовательности генома человека в интернете. Несмотря на прошедшее время, в нашей референсной геномной карте остаются огромные пробелы. Эти пробелы охватывают каждую центромеру человека.

Новое исследование команды, связанной с Институтом геномики UC Santa Cruz, только что опубликованное в журнале Nature Biotechnology, пытается закрыть эти пробелы. Исследование использует нанопоровое секвенирование длинных чтений для создания первой полной и точной линейной карты центромеры Y-хромосомы человека. Эта веха в генетике и геномике человека сигнализирует, что ученые наконец вступают в технологическую фазу, когда завершение генома человека станет реальностью.

Центромеры — это участки нашего генетического материала, предназначенные для обеспечения правильного распределения генома при делении клеток. Если центромера утеряна или повреждена, баланс жизни нарушается — в каждой дочерней клетке оказывается слишком много или слишком мало ДНК. Это может быть катастрофичным и часто наблюдается при раке.

Ученые до сих пор не понимают, как лежащая в основе ДНК способствует функционированию центромеры. До сих пор невозможность создания карт этих регионов была фундаментальным препятствием в исследованиях, направленных на понимание того, как отсутствующие последовательности влияют на наше здоровье.

Известно, что ДНК, охватывающая центромеры человека, полна тандемных повторов. То есть точные копии одной и той же последовательности встречаются — в ориентации "голова к хвосту" — тысячи раз. Эти точные копии часто охватывают миллионы оснований — фундаментальных единиц ДНК.

Доктор Карен Мига, автор-корреспондент публикации, объяснила, что исследователи называли эти богатые повторами участки кода "черными дырами генома", "пазлами голубого неба" и "залом зеркал".

Мига отметила: "До нашей работы ни одна технология секвенирования или совокупность технологий не была достаточной для обеспечения правильной сборки через эти регионы".

Одним из ключевых аспектов этой работы является использование авторами метода для генерации как длинных (сотни тысяч оснований), так и высококачественных последовательностей. Соавтор Митен Джайн, постдокторант нанопоровой группы в UC Santa Cruz, которая стала пионером технологии, заявил, что и количество, и качество критически важны для уверенной сборки этих ранее неразрешенных, богатых повторами регионов центромеры на Y-хромосоме.

"Ранее ни одна технология секвенирования не могла собрать центромерные регионы, потому что для уверенного прохождения через варианты последовательностей с низкой копийностью необходимы чрезвычайно высококачественные длинные чтения", — сказал Джайн. В результате центромерные регионы человека остаются отсутствующими даже в самых полных сборках хромосом.

Эти "черные дыры генома" содержат информацию, "критически важную для понимания роли биологии генома в здоровье и таких заболеваниях, как рак", объяснил соавтор Хью Олсен, ученый и лектор UC Santa Cruz, работающий в нанопоровой группе. При поддержке гранта NIH исследовательская команда продолжает улучшать длину чтений технологии нанопорового секвенирования. "В сотрудничестве с другими исследователями мы применяем эти знания для разрешения неохарактеризованных регионов генома", — пояснил Олсен.

Доктор Мига заявляет, что она надеется, что это исследование ознаменует начало новой эры в генетике и геномике человека, когда наличие пробелов в референсном геноме больше не будет терпимо. "Мы на траектории к полному геному. Я, со своей стороны, с нетерпением жду дня, когда мы наконец сможем засучить рукава и изучить функцию этих загадочных последовательностей".