Cilvēka genoma pārstartēšana

Cilvēka genoma projekts bija viens no cilvēces lielākajiem triumfiem. Taču oficiālā gēnu karte, kas tika izveidota 2003. gadā un kas pazīstama kā atsauces genoms, vairs neatbilst darbam.

Tā saka zinātnieki, kas plāno jaunu universālu karti, pēc viņu domām, apvienos simtiem un galu galā tūkstošiem cilvēku genomus, lai izveidotu patiesu atsauci, kas atspoguļo visu cilvēci.

Esošās gēnu kartes problēma ir tā, ka tā atspoguļo tikai vienu veidu, kā varētu izskatīties cilvēka genoms. Jaunajā kartē, ko sauc par grafu genomu vai pan-genomu, tiktu izmantota matemātika, lai atspoguļotu visus iespējamos cilvēka genoma pagriezienus, jo tas spirālē ap 46 hromosomām.

Tā ir ļoti jauna tehnoloģija. Taču pēc nepilniem pieciem gadiem visi to izmantos, prognozē Jūtas Universitātes ģenētiķis Gabors Marts.

Idejas pamatā esošā matemātika ir grafu teorija. Jūs jau esat iepazinies ar grafikiem, ja zināt par spēli Six Degrees of Kevin Bacon. Katrs aktieris ir mezgls, un, ja viņi filmā darbojās kopā, tā ir priekšrocība. Spēles mērķis ir atrast mazāko malu skaitu, kas nepieciešams, lai sasniegtu Kevinu.

Grafika genomā mērķis būs atrast ceļu caur ģenētiskajiem burtiem, kas precīzi atbilst jūsu. Ja tiks attēloti visi iespējamie ceļi, kas ir visa ideja, tas padarīs genomu interpretācijas ātrākas, lētākas un precīzākas.

Mazāk nekā 250 000 cilvēku genomu jebkad ir sekvencēti, taču šis skaitlis katru gadu dubultosies, jo genoma sekvencēšana kļūst par parastu slimību diagnosticēšanas veidu bērnu slimnīcās un vēža centros. Daži sagaida, ka galu galā katram jaundzimušajam tiks atšifrēts genoms.

Lai precīzi noteiktu, kā katrs no tiem atšķiras no citiem, tiks ieviesta jaunā gēnu karte. Marta Jūtas laboratorija ir viena no vairākām akadēmiskajām komandām, kas strādā pie genoma grafiku prototipiem, kas jūnijā tiks iesniegti standartu iestādei.

Ir arī komerciāla interese. Ģenētikas uzņēmums 23andMe izstrādā grafikus, un uzņēmumi, piemēram, Google, to uzmanīgi vēro, saka Benedikts Patens, pētnieks no Kalifornijas Universitātes Santakrusā. Viņš saka, ka visi ir ieinteresēti, lai cilvēce būtu pārstāvēta vienā pamatdatu struktūrā.

Problēma ar pašreizējo atsauci nav tikai tā, ka tajā joprojām ir nepilnības vai tajā ir iekļauta DNS, kas ir saskrūvēta no apmēram duci anonīmu cilvēku, kā tas ir Frankenšteina stilā. Tas ir tāds, ka kā vienots trīs miljardu burtu, kas veido cilvēka gēnus, apraksts, nevar viegli izmantot, lai pateiktu, kā jūsējais varētu atšķirties.

Problēmas rodas, kad tiek sekvencēts jauns genoms, izmantojot ātras iekārtas, kas DNS sadala miljonos mazu bitu. Lai tos saliktu no jauna, biti ir novietoti rindā pret atsauci, kas, tāpat kā attēls puzles kastes priekšpusē, darbojas kā ceļvedis. Bet parasti aptuveni 5 procenti cilvēka DNS datu nekur neietilpst.

Jo vairāk jūs atšķiraties no atsauces, jo grūtāk ir iekļauties visos gabalos, saka Deivids Mitelmans, bioinformātikas uzņēmuma Tute Genomics galvenais zinātniskais darbinieks. Un, ja jūs nevarat atrast atšķirības, jūs nevarat atrast risku.

Starptautiskais Genoma atsauces konsorcijs kas uztur atsauci, ir centusies sekot līdzi, aplīmējot to ar zinātniskiem līmlapiņām. Šīs alternatīvās sekvences, no kurām daudzas ir saistītas ar cilvēka imūnsistēmu, tagad ietver vairāk nekā 150 gēnu un vairāk nekā 3,6 miljonus ģenētisko burtu. Taču šīs zemsvītras piezīmes ir neērtas, un lielākoties tās vienkārši tiek ignorētas.

Daudzos gadījumos tas neko neietekmē. Jebkuriem diviem cilvēkiem ir kopīgs lielākā daļa savu DNS burtu, vairāk nekā 99 procenti. Un atsauces genoms spēj izcelt visizplatītākās atšķirības, kas ir izmaiņas atsevišķos DNS burtos gēnu iekšienē.

Taču ir slikti atzīmēt noteiktus lielākus DNS gabalus, kas var pazust, tikt pievienoti vai pārkārtoti. Un tie ir svarīgi: daži ir saistīti ar autismu (skatiet Autisma mīklas atrisināšanu), savukārt citi, šķiet, ir galvenās daļas, kas mūs atdala no pērtiķiem.

Tas ir diezgan liels trūkums, ja būtība, kas mūs padara par cilvēkiem, ir šajos ļoti mainīgajos reģionos, saka Alekss Lass, Simonsa fonda galvenais informātikas darbinieks Ņujorkā, kas atbalsta darbu pie grafu genoma Santakrusā.

Lash saka, ka ideja izveidot grafu genomu ir augsta riska pakāpe, jo miljardiem dolāru ir ieguldīti programmatūrā un zinātniskajos centienos, kas atbalsta pašreizējo atsauci, un cilvēki, iespējams, nevēlēsies pārslēgties.

Tas, cik liels progress būs grafa genoms, arī vēl ir jāpierāda, saka Denizs Kurals, Seven Bridges Genomics izpilddirektors. Viņa uzņēmums ir izstrādājis genoma grafisko attēlojumu, izmantojot publisko DNS informāciju par 70 000 cilvēku, kā arī rīkus tās analīzei. Tagad tiek pārbaudīts, cik precīzāki ir genomi, kas samontēti, izmantojot grafiku.

Kurals saka, ka datu apjoms, kas nepieciešams, lai matemātiski aprakstītu visas iespējamās cilvēka genoma variācijas, varētu ietilpt zibatmiņas diskā; tas ir tikai aptuveni viens gigabaits. Šo variantu nozīmes aprakstīšana ir daudz plašāks pasākums, kas ietver desmitiem tūkstošu zinātnisku rakstu.

Zinātnieki, kas ir iesaistīti grafikas pieejas izstrādē, saka, ka viņi sagaida, ka viņu ideja uzvarēs, pat ja tas nozīmēs sākotnējā cilvēka genoma projekta izveidotās kartes ievietošanu dziļā krātuvē. Tā ir smieklīga lieta, kad ikvienu izrauj caur šo vienu atsauces genomu, saka Maikls Šacs, Cold Spring Harbor laboratorijas bioinformātikas pētnieks. Tas bija milzīgs pavērsiens, lai iegūtu pirmo genoma attēlojumu, taču tagad mēs to pārspējam. Ir pienācis laiks restartēt.

paslēpties