Obstaja velik problem z jedrom projekta človeškega genoma

Projekt človeškega genoma, ki se je začel v devetdesetih, je bil Homo sapiens Uspešen poskus določanja celotne DNK naše vrste. Ustvaril je človeški referenčni genom, fino polirano zbirko človeške DNK, ki je ključna za genetske raziskave in storitve testiranja genetike po vsem svetu. Integralni, kot je bil znanstveniki, sta dva raziskovalca na Univerzi Johns Hopkins odkrila, da referenčni genom manjka kos ali dva - dobro, 296.485.284 baznih parov DNK, če smo natančni.

Referenčni genom je bistveni zemljevid človeškega genskega materiala, ki se uporablja kot osnova za primerjavo. Ko zapolnimo lastno DNK za vpogled v zdravje, družinsko zgodovino in prihodnje tveganje za bolezni, sekcijo razrežemo na veliko majhnih delcev in jih primerjamo z referenčnim genomom, pri čemer iščemo področja, kjer se razlikujemo. Temeljni problem pri tem, znanstveniki pišejo v nedavnem dokumentu v Nature Genetics je, da referenčni genom v veliki meri temelji na eni osebi. Glede na nešteto genetskih razlik med 7,7 milijardami ljudi, ki so danes žive, to očitno ni idealno.

Profesor računalništva in biostatistike dr. Steven Salzberg in Rachel Sherman, dr. da ta enotni referenčni genom ne zajema raznolikosti človeške genetike. Nekatere populacije se med seboj razlikujejo preveč iz tega referenčnega genoma. Če želijo predstaviti svoj primer, se nanašajo na genomi 910 posameznikov iz dvajsetih različnih držav, vsega afriškega porekla.

V DNK teh posameznikov je skupina našla 300 milijonov kosov DNK, ki so skupni in ki ne obstajajo v našem "referenčnem" genomu. Če tega materiala ne bomo upoštevali, pravi Salzberg, bomo neizogibno zamudili ključne vpoglede v zdravje in zgodovino določenih populacij. Tudi oni so človeški, zato ne bi smeli biti zastopani v "človeškem" referenčnem genomu?

»Te regije so za genetsko skupnost v bistvu nevidne, dokler ne najdemo referenčnega genoma, ki vključuje te regije,« pravi Salzberg. Inverse.

Problem z referenčnim genomom.

V preteklih letih smo nenehno izvajali referenčni genom. Toda nedavne analize kažejo, da skoraj sedemdeset odstotkov Svojega gradiva je zbral en sam afriško-ameriški posameznik, ki se imenuje le RPCI-11, pojasnjuje Salzburg.

To pomeni, da ko znanstveniki izvajajo genetsko analizo, da bi odkrili razlike med različnimi populacijami z vsega sveta, večino časa primerjajo te genome z genetskim materialom, predvsem iz ene osebe. To nas pripelje do tega, da pogosto ignoriramo gradivo, ki bi se lahko preveč razlikovalo od te reference, pravi Sherman. Imenuje jih "manjkajoči kosi".

"Ko razvrstite stvari, bodo kosi, ki se sploh ne ujemajo, ker so preveč različni, da bi se ujemali z referenčnim genomom." Pravi Sherman. "Potem boste prezrli vse stvari, ki se ne ujemajo z resnično pomembnimi ali resnično vrednimi ogleda, ko so morda dejansko kosi, ki so najbolj zanimivi, ker so najbolj različni od referenčnega genoma."

V študiji so Sherman in Salzberg vzeli velike kose tega "drugačnega" materiala (dolgo okoli 1.000 baznih parov) in skušali ugotoviti, ali so le predstavljali nenamerne nize zaporednih napak - ali pa so res imeli koristne informacije o neraziskani človeški DNA.

Skupina je prišla do zaključka, da je ta »nova« DNA dovolj visoke kakovosti, da bi lahko opravila drugi prehod, čeprav še ne vedo, kakšen je njen pomen za človeško telo.

Kakšne so posledice?

Do sedaj, pravi Sherman, res ne vemo, kaj nam manjka, če ignoriramo DNK, ki ni zastopana v referenčnem genomu. Toda kdo ve, kaj bi tam našli, če pogledamo?

Salzberg predlaga, da si predstavljamo izmišljeno populacijo, ki ima dodatni kromosom - 24 namesto običajnih 23 v vsaki celici. Nič v tem dodatnem kromosomu iz te populacije se ne bi ujemalo z referenčnim genomom. Morda je, pravi, nekje na skritem kromosomu, razlog, zakaj je izmišljena populacija nagnjena k razvoju določene bolezni - in zakaj preostali svet ni. Ampak ker nimamo prave reference, da bi jo primerjali, nikoli ne bi vedeli, da je tam.

Originalni oglas, ki je prinesel donatorje za projekt Human Genome (Buffalo News, 23.3.1997), h / t Pieter de Jong, ki je postavil oglas pic.twitter.com/gNB7mMv3Yu

- Jay Shendure (@JShendure) 28. oktober 2017

»Če bi v tem kromosomu nekoč prišlo do mutacij, ki bi povzročale težave, jih nikoli ne bi mogli preučevati,« pravi Salzberg. "Nikoli jih ne boste mogli opazovati, če se boste zanašali izključno na ta referenčni genom."

Bodimo jasni: te raziskave ne zagotavljajo dokazov za nekatere neodkrite kromosome. Vendar pa kaže, da verjetno veliko pogrešamo, ko uporabimo en referenčni genom neke osebe, imenovane RPCI-11, kot osnovo za vse naše analize DNK naše celotne vrste.

Kako jo lahko popravimo?

Namesto da bi si prizadevali za enoten univerzalni referenčni genom, bi morali imeti a kup referenčnih genomov - morda enega za vsako populacijo, ki vas zanima.

"Tukaj zagovarjamo to ugotovitev, da moramo resnično graditi referenčne genome za vsako populacijo," pravi Sherman. "Če v tej populaciji manjka toliko DNK, kot je referenca, se mora model spremeniti."

Nekatere države so si prizadevale, da si vsaj prizadevajo ustvariti lastne referenčne genome. Danska na primer pripravlja genetski material od 150 Dancev, da bi ustvarila pravi "danski" referenčni genom. Papir za leto 2016 v Ljubljani Narava opisuje poskus sestavljanja referenc za korejske posameznike, čeprav ta dokument prav tako opisuje samo raziskavo, ki je bila opravljena na eni osebi. Toda tudi drugi projekti, kot je projekt 1000 Genomes, se prav tako trudijo, da bi se ta proces začel, vendar je veliko dela za ustvarjanje referenčnega materiala, poliranega kot sedanja različica, znane kot GRCh38.

»Morate narediti več kot samo iti in zaporediti drugo osebo iz druge populacije, da bi ustvarili referenčni genom,« dodaja. "Morate narediti kar nekaj več."

Ne gre za to, da se raziskovalci ne zavedajo, da potrebujemo več referenčnih genomov. Salzberg samo upa, da jih bo do zdaj več, in da bodo vsaj široko sprejeti kot standardni referenčni genomi. Članek obžaluje, da nobeden od teh poskusov ni dosegel istega statusa in vpliva kot GRCh38, čeprav je to cilj danskega projekta.

V prihodnosti si Sherman in Salzberg prizadevata, da bi se ta projekt začel, z izgradnjo dodatnih dodatnih referenčnih genov, za katere upajo, da jih bodo sprostili v enem do dveh letih. Želijo začeti ustvarjati knjižnico referenčnih genomov, da bi ljudem pomagali pridobiti čim več vpogleda iz svojega genskega materiala, ne glede na to, kako »je drugačen«.

"Kar resnično moramo imeti, je na stotine referenčnih genomov," dodaja. "To se bo zgodilo en dan."