Науковці вперше реконструювали складний генетичний код людської хромосоми – жіночої Х-хромосоми. Секвенування вперше заповнило ті прогалини, в яких містилися повторювані ДНК-послідовності, що раніше заважали класифікації. Це стало можливим завдяки новому методові секвенування та складній роботі складання геному, як пазла, повідомили вчені в журналі «Nature». Так починається нова ера генетичних досліджень.
Зображення: peterschreibermedia/ iStock.
Той, хто вважає, що послідовності ДНК в нашому геномі вже давно відомі, помиляється. Справді, першу версію нашого геному науковці декодували в межах Проєкту геному людини (Humangenomprojekt) – ще на початку 2001 року. Проте генетичний код донині рясніє прогалинами. Вони стосуються не тих близько 25 000 генів, що кодують білки, а тих фрагментів ДНК, в яких багато разів повторюються однакові послідовності основ. Сьогодні відомо, що ця некодуюча ДНК (Junk-DNA) виконує важливі керівні функції.
Проблема: з методами, доступними до сьогодні, неможливо було розшифрувати послідовності цих повторюваних фрагментів ДНК. Адже для прочитання ДНК машини секвенування розділяють його на багато кусків, що складаються з кількох сотень основ. Потім їх потрібно знову скласти в правильній послідовності. Але це неможливо, коли сотні або тисячі цих фрагментів майже ідентичні.
«Це – ніби складаєш величезний пазл: що менші частинки і що менше унікальних ознак вони мають, то складніше їх правильно розмістити», – пояснив провідний автор дослідження Адам Філіппі (Adam Phillippy) з Національного інституту досліджень геному людини (National Human Genome Research Institute, NHGRI). З огляду на це, навіть у цілісній формулі геному досі бракує великих фрагментів – цих бідних на гени ДНК-регіонів.
Особливо важливими ці прогалини є в центральні ділянці хромосом. Ця секція навколо центромери містить особливо велику кількість повторних послідовностей основ. «Тому досі жодна хромосома не розшифрована повністю», – сказала провідна авторка Карен Міґа (Karen Miga) з Каліфорнійського університету в Санта-Круз. Лише в середній частині Х-хромосоми розташована прогалина, завдовжки в понад три мільйони пар основ.
Але зараз нова техніка надала змогу її прочитати. «З нанопоровим секвенування ми змогли прочитати дуже довгі фрагменти, що містять сотні тисяч пар основ кожен, – пояснила Міґа. – Так ці фрагменти можуть охоплювати навіть цілий регіон повторюваних послідовностей». З нанопоровим методом окремі ДНК-молекули проходять через вузький отвір, а прилад реєструє ледь помітні зміни напруги, що інакші в кожної основи.
З допомогою нового методу Міґа та її команда вперше повністю декодувала людську хромосому – від початку до кінця. Через важливе значення в розвитку багатьох хвороб та статевої відмінності вчені обрали Х-хромосому. У чоловіків вона – тільки одна, у жінок – представлена двічі.
Для реконструкції вчені використали тип клітин з двома ідентичними Х-хромосомами, піддали їх нанопоровому секвенуваню та потім зіставили фрагменти з допомогою спеціальної комп’ютерної програми. «Унікальні маркери виконували функцію якірних систем у довгих фрагментах геному», – пояснила Міґа. Результат – позбавлений прогалин геном людської хромосоми.
«З цим успіхом починається нова ера генетичних досліджень, – констатував Ерік Ґрін (Eric Green) з NHGRI. – Здатність продукувати справді цілісні послідовності хромосом та геномів – це технологічний прорив, який нам допоможе краще зрозуміти функції геному».
Фрагменти геному, що розміщені в досі непрочитаних прогалинах, особливо різноманітні і можуть виконувати важливі контрольні функції. «Ми ще не знаємо, що ховається в заново розшифрованій послідовності ДНК, – це хвилююча невідомість відкриття», – сказав Фліппі.
Nadja Podbregar
Erster vollständiger Code eines Chromosoms
National Human Genome Research Institute/ NIH, University of California – Santa Cruz, 15/07/2020
Зреферувала С.К.