Когда СМИ в 2001 году заявили, что ученые расшифровали геном человека, они немного слукавили. В исследовании, опубликованном в Nature, было заявлено, что расшифровали только 92%. Сообщалось, что был секвенирован весь геном, но 8% так и остались загадкой для науки. По крайней мере, до сих пор, и на этот раз геном человека полностью секвенирован.
Ученые из консорциума Telomere-to-Telomere (T2T), которые изучали недостающие участки в исходной сборке генома человека, добились успеха. Это открытие привело к публикации шести исследований в журнале Science и еще двенадцати в других научных СМИ.
В 2001 году ученые проекта «Геном человека» впервые получили почти полную карту генетического материала. Суть метода состояла в том, что были взяты 23 пары хромосом, составляющих ДНК человека, и разрезаны на очень маленькие кусочки, поскольку это было единственное, что могли считывать системы секвенирования того времени. Всего в геноме человека чуть более 6 миллиардов «букв», а в созданных фрагментах содержится от сотен до тысяч «букв». С тех пор это открытие используется в медицине для поиска возможных болезнетворных мутаций и для изучения изменчивости нашего вида.
Когда эти части были получены, проблемой было «прочитать» их, когда они были собраны в правильном порядке. Задача усложнялась тем, что геном человека содержит так называемые фрагменты повторяющихся последовательностей, т. е. длинные фрагменты ДНК, в которых все время повторяется одна и та же «буква». Когда дело доходит до обработки, происходит нечто похожее на то, когда мы собираем пазл с большим количеством одного цвета. В данном случае еще хуже, потому что были точно такие же куски. Следовательно, эти 8% без расшифровки в основном соответствуют повторяющимся последовательностям. Но, к счастью, инструменты генетического секвенирования сильно изменились за эти 20 лет, и теперь все части собрали воедино.
Так, на завершение секвенирования последних 8% генома человека ушло почти в два раза больше времени, чем на первые 92%.
Новая технология длинного считывания ДНК позволяет считывать более длинные фрагменты, чем в 2001 году. Но это была не единственная проблема, с которой пришлось столкнуться, когда было проведено первое крупное секвенирование человеческого генома. А со смесью двух геномов: материнского и отцовского, справиться непросто. Сочетание обоих в клетках человека привело к некоторым неизвестным при проведении секвенирования.
Поэтому в этот раз они работали с необычной клеточной линией. Он возникает из доброкачественной опухоли, называемой «пузырным заносом», который в основном состоит из человеческого эмбриона отторгнувшего материнскую ДНК и продублировавшего отцовскую. Таким образом, удается избежать проблем, возникающих при смешении двух геномов.
Теперь попытается разобраться, что такое ДНК. Это инструкция для организма, в которой есть все «данные» для корректной работы. Но эти инструкции написаны на языке, который клетки не могут прочитать. Для их выполнения необходимо, чтобы ДНК транскрибировалась в РНК, а затем в белки. Этот перевод осуществляется в соответствии с так называемым генетическим кодом. Это своего рода язык, в котором каждая группа из трех букв РНК означает то же самое, что и одна из аминокислот, из которых состоят белки. Важно помнить об этом, потому что термины «генетический код» и «геном человека» часто ошибочно используются как синонимы, хотя это и не одно и то же.
Но возвращаясь к белкам: не вся ДНК транслируется и есть фрагменты, которые на самом деле имеют другие функции. Их часто называют «мусорной ДНК», хотя они отнюдь не бесполезны. Часть из тех 8% человеческого генома, которые не удалось секвенировать, содержит эту мусорную ДНК. Хотя в этих 8% есть и кодирующая ДНК.
В частности, из 19 969 кодирующих белок генов в геноме человека 2000 были обнаружены в этом последнем исследовании. Еще один интересный факт заключается в том, что обнаружено около 2 миллионов дополнительных вариантов в геноме человека. Из них 622 связаны с значимыми с медицинской точки зрения генами. И значительная часть этих новых открытий связана с двумя очень важными структурами хромосом: теломерами и центромерами.
Первые представляют собой своеобразный колпачок на концах хромосом, защищающий их от дегенерации ДНК, происходящей при делении клеток. Эта структура тесно связана со старением, поэтому ее изучение и знание необходимы.
Что касается центромер, то это центральная структура хромосомы, с помощью которой соединяются два плеча хромосомы при дублировании ДНК. Они играют важную роль в делении клеток, обеспечивая равномерное распределение генетического материала и, следовательно, отсутствие клеток с большим или меньшим количеством хромосом, чем обычно.
В этих скрытых 8% тоже была интересная информация для понимания этого вопроса. Например, как объяснил в своем заявлении один из членов T2T, Эван Эйхлер, «полная последовательность генома показывает, что некоторые гены, связанные с мозгом, сильно различаются». Фактически, «у одного человека может быть 10 копий определенного гена, а у других может быть только одна или две». Это может дать нам много подсказок.
Короче говоря, то, что было объявлено сегодня, является огромной вехой. Не только потому, что это показывает, что наука достаточно продвинулась, чтобы закончить то, что 20 лет назад было заброшено как невозможное. Также потому, что это новое прочтение дало нам очень интересную информацию о том, кто мы, почему мы болеем или как мы стареем. Это жизненно важные вопросы для человека. Теперь у нас есть новая информация, чтобы ответить на них, хотя, возможно, потребуется немного покопаться, чтобы найти все ответы.
Новая методика сократила время секвенирования генома и диагностики генетических болезней с нескольких недель до часов
