Húsz éve várt áttörés a genetikában: először sikerült hiánytalanul szekvenálni a teljes emberi genomot

A Qubit a szabad és tájékozott magyar nyilvánosságért dolgozik. Segítsd a munkánkat!

A Humán Genom Projekt 2003-ban történelmet írt, amikor sikerült szekvenálnia az emberi genom 92 százalékát. Azóta a tudósok a hátramaradó 8 százalék megfejtésével küzdöttek, és csaknem húsz évbe telt, mire sikerült. A Telomere-to-Telomere (T2T) konzorcium közel száz tudósból álló csapata csütörtökön a Science folyóiratban tette közzé a mintegy hárommilliárd DNS-bázispárból álló emberi genom első hiánytalan szekvenciáját.

Evan Eichler, a Washingtoni Egyetem kutatója és a kutatócsoport vezetője a CNN-nek csütörtökön azt mondta, az információ teljessége hozzásegít minket ahhoz, hogy jobban megértsük, hogyan alakul ki az egyéni organizmus, hogyan variálódik az emberi faj, és miben különbözünk más fajoktól.

Mint a kirakózás

A mindeddig megfejtetlen 8 százalék többek között azért okozott ekkora fejtörést a tudósoknak, mert olyan DNS-régiókat tartalmazott, amelyek többször ismétlődtek, és ez óriási kihívást jelentett, hogy a korábbi szekvenálási módszerekkel a megfelelő sorrendben fűzzék össze a DNS-láncot. A kutatók végül két olyan génszekvenálási technológiára támaszkodtak, amit az elmúlt évtizedben fejlesztettek ki: az Oxford Nanopore Technologies és a PacBio módszereire. A brit cég módszerével akár egymillió DNS bázist is képes „elolvasni”, de időnként hibázik, az amerikai PacBio cég úgynevezett HiFi Sequencing módszere viszont 20 ezer DNS bázist olvas 99,9 százalékos pontossággal. 

Eichler szerint a génszekvenálás olyan, mint a kirakós játék. A tudósoknak a DNS-t először apróbb darabokra kell tördelniük, majd a génszekvenálást végző eszközökkel újra össze kell illeszteniük a DNS apró régióit a helyes sorrendben. A szekvenálást végző korábbi eszközök viszont egyszerre csak a DNS kis szakaszait voltak képesek összeilleszteni, így várni kellett néhány évet, mire a technológia fejlődésével előrelépést lehetett elérni.

Ahogy egy 10 ezer darabos kirakónál is nagyon nehéz megtalálni az összeillő darabokat, amikor azok nagyon hasonlók, az ismétlődő DNS-szakaszokat is rendkívül nehéz helyes sorrendben összeilleszteni. A DNS hosszabb szegmenseivel azonban, ahogy egy 500 darabos kirakóval is, már sokkal egyszerűbb boldogulni – mondta Eichler arról, hogy miben különböznek az újabb, hosszabb DNS-szakaszok olvasására képes génszekvenálási technológiák a korábbiaktól.

A sorok egy-egy kromoszóma lineáris megjelenítését takarják, a piros szegmensek pedig a T2T Konzorcium által megtalált, korábban hiányzó régiókat jelölik.Forrás: American Association for the Advancement of Science

Betegségek kialakulásában és az agyméret meghatározásában is jelentős gének

Az új kutatás 400 millió új DNS bázispárt adott hozzá az előzőleg szekvenált génállományhoz – ez méretében gyakorlatilag egy teljes kromoszómányi új információhoz hasonlítható. A hiánytalanul szekvenált, referenciaként használt genom pedig lehetővé teszi a tudósoknak, hogy megvizsgálhassák, hogyan különbözik egyes emberek DNS-e, és hogy ezek a genetikai variációk milyen szerepet játszanak a betegségek kialakulásában.

A kutatók rendkívül jelentős információkat kaptak ezekről a korábban nem ismert génekről, amelyek Eichler szerint nagyon fontosak az adaptációs folyamatban: például olyan immunválaszt kiváltó génekről van szó, amelyek segítenek az embernek abban, hogy alkalmazkodjon a környezetéhez és túlélje a fertőzéseket, a járványokat és a vírusokat, de olyanokról is, amelyek a gyógyszerekre adott válaszok előrejelzésében játszanak kulcsszerepet.

A kutatócsoport vezetője azt is elmondta, hogy a nemrég felfedezett szekvenciák között olyan is van, amelyik azért felel, hogy a főemlősök agyához képest megnövelje az emberi agyat, és így arról szolgál információval, hogy mi teszi az embert különlegessé.

Ritka terhességi rendellenesség segített a kutatóknak

A kutatóknak kihívást jelentett, hogy olyan sejteket találjanak vizsgálataikhoz, amelyek egyetlen genomot tartalmaznak. Az emberi sejtek általában ugyanis két készletnyi DNS-t tartalmaznak, az anyai és az apai DNS-mintát. Emiatt a kutatócsoport komplett molaterhességből származó sejtcsoportokból vett DNS-mintát használt, amelyben a kromoszómaállomány teljes egészében az apától származik. 

A komplett molaterhesség a terhesség ritka komplikációja, amit a placentából származó sejtek abnormális növekedése okoz. Ezzel a kutatóknak csak egy készletnyi DNS-t kellett szekvenálniuk, azonban az Y-kromoszóma szekvenálásához más sejtcsoportokat kellett használniuk. 

Drága mulatság

Adam Phillippy, a tanulmány társszerzője és az amerikai National Human Genome kutatóintézet géninformatikai részlegének vezetője szerint több millió dollárba került a projekt. Ez azonban még így is a töredéke a 2003-ban befejezett Humán Genom Projekt körülbelül 450 millió dolláros költségének, és a folyamatosan megjelenő új technológiákkal a genomszekvenálás még olcsóbbá válhat. 

Phillippy abban reménykedik, hogy a következő tíz évben az egyes emberek genomjának szekvenálása rutin orvosi feladattá válhat, és ezer dollárnál (333 ezer forint) is kevesebbe kerülhet majd.

Addig is, amíg a technológia elér arra a szintre, hogy mindenki egyenként szekvenáltathatja meg a teljes genetikai mintáját, rengeteg olyan kutatás zajlik, amely a teljes körűen megszekvenált, úgynevezett referenciagenomot használja arra, hogy azonosítson különböző genetikai különbségeket, amelyek például különféle tumorfajtákhoz kapcsolhatók. A genetikai variációk ismerete ugyanis már így is lehetővé teszi az orvosok számára, hogy jobban a betegekre szabják a kezeléseket, ez pedig az egyes emberek saját genomjának szekvenálásával a jövőben tovább tökéletesedhet.

Charles Rotimi, a National Human Genome kutatóintézet tudományos igazgatója szerint ez az áttörés közelebb viszi az emberiséget az egyénekre szabott orvoslás felé.

Kapcsolódó cikkek a Qubiten: