Первая сквозная и абсолютно бесщелевая последовательность ДНК хромосомы человека является важной вехой в исследованиях геномики. Хотя нынешний эталонный геном человека является наиболее точным и полным геномом позвоночных, в последовательности ДНК все еще остались пробелы. И это после двух десятилетий улучшений. Ученые впервые определили полную последовательность человеческой хромосомы от одного конца до другого (теломер-в-теломер) без пропусков и беспрецедентного уровня точности. Результаты исследования публикует журнал Nature.
Полная сборка человеческой Х-хромосомы является знаменательным достижением для исследователей геномики. Ведущий автор исследования, Карен Мига из Института геномики Калифорнии в Санта-Крузе, заявила, что проект стал возможен благодаря новым технологиям секвенирования. Технология нанопор, которая позволяет секвенировать длинные сегменты ДНК, оставляет молекулы нетронутыми.
Повторяющиеся последовательности ДНК распространены по всему геному и всегда создавали проблему для секвенирования. Большинство технологий производят относительно короткие «чтения» последовательности, которые затем должны быть собраны воедино, как мозаика для сборки генома. Повторяющиеся последовательности приводят ко многим коротким прочтениям и они выглядят почти одинаково. Остается загадкой, как разные части генома сочетаются друг с другом или сколько их повторений.
Эти повторяющиеся последовательности когда-то считались неразрешимыми, но теперь мы сделали рывок в технологии секвенирования. Благодаря нанопористому секвенированию мы получаем сверхдлинные считывания сотен тысяч пар оснований, которые могут охватывать всю повторяющуюся область, что позволяет обойти некоторые проблемы.
Карен Мига, исследователь из Института геномики Калифорнии в Санта-Крузе
Заполнение оставшихся пробелов в последовательности генома человека открывает его новые области. Теперь у ученых появилась возможность искать связи между вариациями последовательности и определенным заболеванием, а также другие ключи к важным вопросам биологии и эволюции человека.
Несмотря на то, что эталонная последовательность человеческого генома была создана около 20 лет назад, в ней до сих пор есть сотни пробелов. Да, большинство участков ДНК повторяются, но пропущенные сегменты могут включать функциональные элементы, имеющие отношение к тем или иным заболеваниям.
Ученые подчеркивают, что многие из недоступных ранее частей генома являются одними из самых богатых для вариаций в человеческих популяциях. Эта информация может быть важна для понимания общей биологии человека.
Карен Мига и Адам Филлиппи из Национального института исследования генома человека (NHGRI) соучредили консорциум теломер-теломер (T2T) для проведения полной сборки генома. Ранее они работали вместе над документом 2018 года, который продемонстрировали потенциал технологии нанопор для получения полной последовательности генома человека. Для своих целей ученые использовали секвенатор MinION Oxford Nanopore Technologies. Он фиксирует изменения тока, возникающие, когда отдельные молекулы ДНК проходят через нанопоры в мембране. После этого исследователи еще раз проанализировали эти большие молекулы ДНК на двух различных приборах, каждый из которых генерирует очень длинные последовательности.
Для объединения данных ученые использовали собственную компьютерную программу для сборки множества сегментов сгенерированных последовательностей. Используя технологии, команда создала сборку с целым геномом человека, которая превосходит все предыдущие сборки с точки зрения непрерывности, полноты и точности. Непрерывная сборка даже превосходит текущий эталонный геном человека по некоторым показателям.
Тем не менее, по словам ученых, в этой последовательности все еще было несколько перерывов. Чтобы закончить Х-хромосому, команда должна была вручную устранить несколько пробелов в последовательности.
Новая последовательность генома человека, полученная из линии клеток человека, называемой CHM13, закрывает много пробелов в текущем эталонном геноме, известном как Genome Reference Consortium build 38 (GRCh38).
Читать также
Посмотрите на огромную «стену» из сотни тысяч галактик позади Млечного пути
Комета NEOWISE видна в России. Где ее увидеть, куда смотреть и как сделать фото
Как Т-клетки сформировали новый иммунитет против COVID-19 и изменили статистику