Международная группа ученых опубликовала первую полноценную, теперь уже без пробелов, последовательность генома человека. Новый эталонный геном добавил сотни миллионов пар оснований к более ранним черновикам, заполнив критически важные пробелы, и это позволит ученым лучше понять природу заболеваний и эволюцию человеческого организма.

Учёные впервые полностью секвенировали геном человека. Depositphotos

 

Проект "Геном человека" разрабатывался в течение десятилетий, и, как известно, в 2000 году был опубликован первый черновой вариант, а в 2003 году - "полный" геном. Но он включал только эухроматические области, составляющие около 92 процентов всего генома - другие области, известные как гетерохроматические, находятся на концевых (теломеры) и центральных (центромеры) участках хромосом, и в то время их секвенирование считалось слишком сложным и дорогостоящим.

Теперь, после двух десятилетий работы и технологических достижений, благодаря международной группе ученых, известной как Консорциум Telomere-to-Telomere (T2T), наконец-то удалось секвенировать весь геном человека, состоящий из примерно 3 миллиардов оснований, без каких-либо пробелов. Новый эталонный геном получил обозначение T2T-CHM13, и в него добавлено почти 200 миллионов пар оснований ранее неизвестных последовательностей ДНК. Из них 99 генов, которые кодируют белки, и около 2 000 генов-кандидатов, которые необходимо более тщательно изучить. В новом геноме также исправлены тысячи структурных ошибок, присутствовавших в предыдущих версиях.

Как ни странно, но на  секвенирование последних 8 процентов генома ушло в два раза больше времени, чем на первые 92 процента. По словам ученых, это связано с тем, что гетерохроматические области состоят из большего количества частей с повторяющимися участками, поэтому их трудно точно собрать. Если представить геном в виде пазла, то эти участки - его фрагменты, которые можно компоновать различными способами.

Чтобы расшифровать код, консорциум T2T использовал несколько новых инструментов для чтения более длинных последовательностей. Ведь гораздо проще собрать головоломку, работая с меньшим количеством крупных фрагментов, чем с огромным числом мелких.

Для изучения генома исследователи воспользовались комбинацией двух самых точных методов секвенирования: Oxford Nanopore DNA и PacBio HiFi. Первый считывает за одно прочтение до  миллиона букв ДНК с умеренной степенью точности, второй около 20 000, но делает это идеально и практически без ошибок. Таким образом, сочетание этих двух методов позволило эффективно и относительно быстро секвенировать полный геном человека.

Другая часть проблемы, по словам команды, заключалась в том, что предыдущий эталонный геном был сшит из нескольких отдельных индивидов, что приводило к образованию дефектов модели. В новой редакции их удалось устранить, что позволило создать модель, более репрезентативную для генома отдельного человека.

Новый полный геном человека позволит провести широкий спектр будущих исследований, включая изучение генетических маркеров заболеваний.  Так, например, по словам команды, "рак может возникать из-за аномалий в центромере, поэтому лучшее понимание этой области генома может помочь в разработке новых видов терапии".

"Создание действительно полной последовательности генома человека представляет собой невероятное научное достижение, дающее первое полное представление о нашей ДНК", - сказал Эрик Грин, доктор медицины, доктор философии, директор Национального института исследования генома человека. "Эта основополагающая информация укрепит многочисленные усилия, направленные на понимание всех функциональных нюансов человеческого генома, что, в свою очередь, расширит возможности генетических исследований заболеваний человека".

И это только первый полный геном человека - следующие шаги будут направлены на создание эталонного пангенома человека из 350 индивидов, что позволит охватить больше естественного многообразия "person to person" (от человека к человеку).

Прорыв был описан в серии из шести статей, опубликованных в журнале Science, а также в других публикациях, различных изданий.

Источники: National Human Genome Research Institute, Rockefeller University, UC Davis, UC Santa Cruz
https://www.science.org/doi/10.1126/science.abj6987
https://www.genome.gov/news/news-release/researchers-generate-the-first-complete-gapless-sequence-of-a-human-genome