33 év után végre a kezünkben van az emberi genom teljes szekvenciája
Két évtizeddel a Humán Genom Projekt befejezése után kutatók szerdán publikálták az emberi Y kromoszóma teljes szekvenciáját. A közel 30 millió bázispárnyi DNS-sel kiegészített és rengeteg helyen pontosított nukleotidsorrend jobban megvilágítja az ivari kromoszóma evolúcióját, az emberi populációk változását, és elősegítheti a meddőséghez vezető tényezők kutatását is.
A kromoszóma komplett feltérképezése összetett, nagyrészt ismétlődő szekvenciákból álló szerkezete miatt eddig rendkívüli kihívást jelentett. Ezt a Telomer-to-Telomer (T2T) konzorcium szakemberei Adam Phillippy, az amerikai Nemzeti Humán Genom Kutatási Intézet genetikusának vezetésével innovatív szekvenálási technológiákkal, fejlettebb algoritmusokkal és új validációs módszerekkel hidalták át.
A 62,5 millió bázispárból álló szekvenciát és annak vizsgálatát a kutatócsoport a Nature folyóiratban megjelent tanulmányában ismerteti, miután tavaly a Science-ben közölték az első hézagoktól mentes, 3,05 milliárd bázispárból álló emberi genomot (T2T-CHM13). Ennek az immár Y kromoszómával kiegészített (T2T-CHM13+Y) verziójával már minden emberi kromoszóma komplett szekvenciája a genetikusok rendelkezésére áll.
Az Y kromoszóma nukleotidsorrendjének összeállításához a szakemberek a Pacific Biosciences és az Oxford Nanopore Technologies vállalatok új generációs szekvenálási (NGS) módszereit használták, amik képesek nagyon hosszú vagy ultra hosszú DNS-szakaszok bázissorendjét meghatározni. Ezekkel 60-90-szeres szekvenálási lefedettséget értek el, ami az egy nukleotidra eső, leolvasott DNS-szakaszok számát fejezi ki, és segít a szekvenálási hibák minimalizálásában. Az összeszerelt kezdeti szekvenciát ezután négy körben pontosították és ellenőrizték.
A teljes emberi referenciagenom bárki által letölthető a GitHub-ról és hozzáférhető az amerikai Nemzeti Egészégügyi Intézet (NIH) által létrehozott Biotechnológiai Információk Nemzeti Központjából (NCBI). Idén májusban az Emberi Pángenom Referencia Konzorcium mutatta be az emberi pángenom első változatát, amit 47 egyén teljes genomjából állítottak össze. A pángenom a kutatók szerint minden eddiginél jobban leképezi az emberi faj genetikai sokszínűségét, így a nem európai felmenőkkel rendelkező emberi populációk is jobban részesülhetnek majd a jövőben a genomikai kutatások vívmányaiból.
110 új gént és rendezett mintázatokat találtak
Az XY ivari kromoszómák az elevenszülő emlősök (Theria) megjelenésével, közel 160 millió évvel ezelőtt alakultak ki testi (autoszomális) kromoszómákból. A legtöbb ember testi sejtjeiben – a többi elevenszülő emlőshöz hasonlóan – két szülőtől örökölt 22 pár testi és 1 pár ivari (nőknél XX, férfiaknál XY) kromoszóma található, amitől az interszex emberek kromoszómakészlete eltérhet.
Miután megjelentek az XY ivari kromoszómák, fokozatosan egyre kisebb területen voltak képesek egymással rekombinálódni, ami évmilliók alatt az Y kromoszóma degradálásához és repetitív, egymással megegyező (vagy egymáshoz nagyon hasonló) szekvenciák felhalmozódásához vezetett. Azzal, hogy sejtjeinkben miként rendeződik kromoszómákba az örökítőanyag, egy korábbi cikkünkben foglalkoztunk.
Az Y kromoszóma új szekvenciájában a kutatók 110 eddig ismeretlen gént azonosítottak, amelyek közül 41 fehérjéket kódol. Ezek nagy része a TSPY géncsaládba tartozik, amely valószínűleg a spermiumképződésben vehet részt. „A legnagyobb meglepetés az volt, hogy mennyire rendezettek a repetitív szekvenciák. Korábban nem igazán tudtuk, hogy miből épülhet fel a kromoszóma hiányzó része. Ahelyett, hogy nagyon kaotikus lett volna, a kromoszóma közel fele szatellit DNS-ként ismert ismétlődő szekvenciák váltakozó blokkjaiból áll, amik gyönyörű mintázatot rajzolnak ki” – mondta a konzorciumot vezető Phillippy.
Philippy és kollégáinak tanulmányával párhuzamosan Charles Lee és munkatársai 43 emberi Y kromoszóma szekvenciájának vizsgálatát mutatták be a Nature-ben. Ez szerintük fontos annak megértéséhez, hogyan változott az elmúlt 180 ezer évben a kromoszóma, valamint kulcsfontosságú előrelépés az emberi genetikai sokféleség teljességének feltérképezése felé. „Az, hogy teljesen feltérképezett Y kromoszóma szekvenciáink vannak több embertől, elengedhetetlen ahhoz, hogy megértsük, milyen funkcionális hatásai vannak a genetikai variációknak. A strukturális variációk egyének közötti mértéke meglepett engem, még akkor is, ha az Y kromoszómán található gének nukleotid szekvenciája eléggé konzervált [minimálisan változik]” – mondta Pille Hallast, a kutatás első szerzője.
Az új szekvencia más szempontból is hasznosnak bizonyulhat. Amikor kutatók mikroorganizmusok genomjait térképezik fel, az emberi referenciagenomot használják emberi DNS-szennyeződések kiszűréséhez. Az Y kromoszóma 30 millió bázispárral kiegészült referenciaszekvenciájával Philippy és munkatársai szerint ezek teljes egészében felderíthetők lesznek. Emiatt azt javasolják, hogy az összes publikusan elérhető genomikai adatbázist auditálják az új referenciagenommal.
A kutatók szerint a következő években már nemcsak arra lehet választ adni, hogy milyen hatása van az emberi tulajdonságokra és betegségek kialakulására az egypontos nukleotid polimorfizmusokhoz (SNP) hasonló variánsoknak, hanem a genom nagyobb, strukturális változatainak eltéréseiből adódó különbségek is vizsgálhatók lesznek. A folytatódó emberi pángenom projekttől és főemlősök genomjainak nagy pontosságú összeállításától a szakemberek azt várják, hogy minden korábbinál mélyebb betekintést nyújtanak majd az emberi evolúció és sokféleség rejtelmeibe.
Kapcsolódó cikkek a Qubiten:
