Dotychczasowe dzieje: Nowe badanie opublikowane w numerze z 10 maja Natura Journal opisuje mapę referencyjną pangenomu, zbudowaną przy użyciu genomów 47 anonimowych osób (19 mężczyzn i 28 kobiet), głównie z Afryki, ale także z Karaibów, obu Ameryk, Azji Wschodniej i Europy.

Co to jest genom?

Genom jest planem życia, zbiorem wszystkich genów i regionów między genami zawartymi w naszych 23 parach chromosomów. Każdy chromosom jest ciągłym odcinkiem łańcucha DNA. Innymi słowy, nasz genom składa się z 23 różnych łańcuchów, z których każdy składa się z milionów pojedynczych bloków budulcowych zwanych nukleotydami lub zasadami. Cztery rodzaje bloków budulcowych (A, T, G i C) są ułożone i powtarzane miliony razy w różnych kombinacjach, aby stworzyć wszystkie nasze 23 chromosomy. Sekwencjonowanie genomu to metoda używana do określenia dokładnej kolejności czterech liter i ich ułożenia w chromosomach. Sekwencjonowanie poszczególnych genomów pomaga nam zrozumieć ludzką różnorodność na poziomie genetycznym oraz to, jak bardzo jesteśmy podatni na niektóre choroby.

Genom jest dowodem tożsamości jak Aadhaar. Ponieważ każda z naszych kart Aadhar jest wyjątkowa, tak samo jest z naszym genomem. Ponieważ sekwencjonowanie poszczególnych genomów wszystkich ludzi jest drogie, nie mamy jeszcze wszystkich naszych kart identyfikacyjnych genomów. Aby to obejść, można mieć zbiorowy dowód osobisty. Na przykład możemy mieć jedną kartę identyfikacyjną genomu dla wszystkich mieszkających w regionie.

Przeczytaj także | Wyjaśnienie: Co to jest sekwencjonowanie genomu i dlaczego projekt Genome India ma znaczenie?

Co to jest genom odniesienia?

Kiedy genomy są nowo sekwencjonowane, porównuje się je z mapą referencyjną zwaną genomem referencyjnym. Pomaga nam to zrozumieć regiony różnic między nowo zsekwencjonowanym genomem a genomem referencyjnym. Jednym z przełomowych odkryć naukowych tego stulecia było stworzenie pierwszego genomu referencyjnego w 2001 r. Pomogło to naukowcom odkryć tysiące genów powiązanych z różnymi chorobami; lepiej zrozumieć choroby, takie jak rak, na poziomie genetycznym; i projektować nowatorskie testy diagnostyczne. Chociaż był to niezwykły wyczyn, genom referencyjny z 2001 roku był w 92% kompletny i zawierał wiele luk i błędów. Ponadto nie był reprezentatywny dla wszystkich istot ludzkich, ponieważ został zbudowany przy użyciu głównie genomu pojedynczego osobnika o mieszanym pochodzeniu afrykańskim i europejskim. Od tego czasu referencyjna mapa genomu została udoskonalona i ulepszona, aby zawierała kompletne sekwencje wszystkich 23 ludzkich chromosomów.

Chociaż kompletna i wolna od błędów, gotowa referencyjna mapa genomu nie przedstawia całej różnorodności ludzkiej. Nowe badanie opublikowane w Natura to zmienia. Główny artykuł i artykuły towarzyszące opublikowane w tym samym czasopiśmie i Biotechnologia przyrody opisują tworzenie mapy pangenomu, różnorodność genetyczną wśród 47 osobników oraz metody obliczeniowe opracowane w celu zbudowania mapy i przedstawienia różnic w tych genomach.

Co to jest mapa pangenomu?

W przeciwieństwie do wcześniejszego genomu referencyjnego, który jest sekwencją liniową, pangenom jest wykresem. Wykres każdego chromosomu jest jak łodyga bambusa z węzłami, w których zbiegają się odcinki sekwencji wszystkich 47 osobników (podobne), oraz z międzywęźlami o różnej długości reprezentującymi różnice genetyczne między osobnikami z różnych przodków. Aby stworzyć kompletne i ciągłe mapy chromosomów w ramach projektu pangenome, naukowcy wykorzystali znane od dawna technologie sekwencjonowania DNA, które wytwarzają ciągi ciągłych nici DNA o długości dziesiątek tysięcy nukleotydów. Korzystanie z dłuższych odczytów pomaga w składaniu sekwencji z minimalnymi błędami i odczytywaniu powtarzających się regionów chromosomów, które są trudne do sekwencjonowania za pomocą technologii krótkiego odczytu stosowanych wcześniej.

Dlaczego mapa pangenomu jest ważna?

Chociaż dowolne dwie osoby są podobne w swoim DNA w ponad 99%, nadal istnieje około 0,4% różnicy między dowolnymi dwiema osobami. Może to być niewielki odsetek, ale biorąc pod uwagę, że ludzki genom składa się z 3,2 miliarda pojedynczych nukleotydów, różnica między dowolnymi dwoma osobnikami wynosi aż 12,8 miliona nukleotydów. Kompletna i pozbawiona błędów mapa pangenomu człowieka pomoże nam zrozumieć te różnice i lepiej wyjaśnić ludzką różnorodność. Pomoże nam również zrozumieć warianty genetyczne w niektórych populacjach, które skutkują podstawowymi warunkami zdrowotnymi. Mapa referencyjna pangenomu dodała prawie 119 milionów nowych liter do istniejącej mapy genomu i pomogła już w odkryciu 150 nowych genów powiązanych z autyzmem.

Chociaż projekt jest krokiem naprzód, genomy z wielu populacji wciąż nie są jego częścią. Na przykład genomy większej liczby ludzi z Afryki, subkontynentu indyjskiego, rdzennych grup w Azji i Oceanii oraz regionów Azji Zachodniej nie są reprezentowane w aktualnej wersji mapy pangenomu.

Chociaż obecna mapa nie zawiera sekwencji genomów Indian, pomoże lepiej mapować genomy Indian w porównaniu z bezbłędnymi i kompletnymi genomami referencyjnymi znanymi do tej pory. Przyszłe mapy pangenomu, które obejmują wysokiej jakości genomy Indian, w tym z wielu endogamicznych i izolowanych populacji w kraju, rzucą światło na występowanie chorób, pomogą odkryć nowe geny dla rzadkich chorób, zaprojektować lepsze metody diagnostyczne i pomóc odkryć nowe leki przeciwko tym choroby.

Binay Panda jest profesorem na Uniwersytecie Jawaharlala Nehru w New Delhi