Завършено е разшифроването на целия човешки геном

Международна група учени съобщава, че след повече от 30 години изследвания най-накрая е приключила с разшифроването на целия човешки геном. Изследователите успяват да сглобят пълния генетичен план за човешкия живот като добавят липсващите парчета от мозайката, която са започнали да сглобяват преди три десетилетия.

Пълният човешки геном

Учените описват първото в историята секвениране на пълния човешки геном. Наборът от инструкции за създаването и поддържането на човека са публикувани на 31 март 2022 г. в списанието Science.

„Някои от гените, които ни правят уникални човешки същества, бяха в тази тъмна материя на генома и бяха напълно пропуснати при предишните изследвания. Отне ни повече от 20 години, но най-накрая успяхме“, споделя д-р Евън Айклър от Вашингтонския университет, който е част от екипа.

Човешкият геном се състои от близо 3,1 милиарда ДНК субединици, двойки химически бази, известни с буквите А, C, G и T. Гените представляват низове от тези буквени двойки, които съдържат инструкции за създаване на протеините, които са градивните елементи на живота. Хората имат 32 000 гена, организирани в 23 групи, наречени хромозоми, които се намират в ядрото на всяка клетка.

До какво води разгадаването на човешкия геном

Пълната картина на генома дава на човечеството възможността да разбере по-добре еволюцията и биологията от една страна, а от друга дава зелена светлина за нови медицински открития, свързани с невродегенеративните състояния, сърдечните заболявания, рака и стареенето.

„Пълният човешки геном разширява неимоверно възможностите ни да разберем човешките болести“, споделя д-р Карън Мига, автор на едно от шестте проучвания, публикувани в Science.

Консорциумът Т2Т

Когато през 2003 г. учените съобщават, че Проектът „Човешки геном“ (HGP)е завършен успешно, д-р Карън Мига, специалист по геномика в Калифорнийския университет в Санта Круз, е наясно, че секвенирането все още не е приключило.

HGP секвенират 90% от човешката ДНК, която генетиците наричат еухроматин. Тя съдържа почти всички гени, които произвеждат протеини. В същото време обаче остават 10%, които не са секвенирани. Става дума за хетерохроматина, който представлява плътно опаковани участъци от ДНК със силно повтарящи се последователности близо до краищата – теломерите и до центровете на хромозомите. Карън Мига е специалист по хетерохроматина. Убедена е, че изследванията трябва да продължат особено след като технологиите за секвениране на ДНК се усъвършенстват.

Така се стига до групата, която д-р Мига и д-р Адам Филипи от Националния институт за изследване на човешкия геном организират. Тя носи името на участъците, които се намират в самия край хромозомите – така наречените теломери – Консорциум Т2Т или теломер към теломер.

Задачата пред учените е да започнат изследвания от начало с нов геном като секвенират отново всичко, но този път и липсващите преди парчета.

Работата на Т2Т коригира грешките, допуснати до момента и добавя нова генетична информация за човешкия геном. Учените успяват да открият дълги участъци от ДНК, за които е известно, че играят важна роля и в еволюцията и по отношение на болестите.

Д-р Евън Айклър споделя, че има учени, които са смятали, че тези неизвестни болести съдържат боклуци. „Някои от нас винаги са вярвали, че там има злато“, категоричен е Айклър и се оказва прав, защото става дума за важни гени. Например, такива, които превръщат мозъка на човека по-голям от този на шимпанзето.

Механизмите на секвениране

За откриването на подобни гени учените имат нужда от нови начини за четене на загадъчния генетичен език на живота.

Четенето на гените изисква разрязването на ДНК нишките на парчета с дължина от стотици хиляди букви. Машините за секвениране четат буквите във всяко парче, а учените правят опит да подредят парчетата в правилния ред. Местата, където буквите се повтарят, създават големи трудности. Усъвършенстването на машините за генно секвениране позволява четенето на милион букви от ДНК наведнъж. Така учените успяват да видят гените с повтарящи се области като по-дълги низове, а не като фрагменти.

Трудности предизвиква още и фактът, че повечето клетки съдържат геноми от майката и от бащата, а това обърква опитите за правилно сглобяване на парчетата. Екипът на Т2Т се справя с проблема като използва анормална оплодена клетка, която не съдържа фетална тъкан и има две копия на ДНК на бащата и нито едно на майката. Следващата стъпка е картиране на повече геноми, сред които и такива с гени от двамата родители.

„Имаме правилния един геном, но ни предстои да направим много повече. Най-важното е, че това е началото на нещо наистина фантастично в областта на човешката генетика“, споделя още д-р Евън Айклър.

Пълната геномна последователност ще допълни знанията за хромозомите, а това отваря нови пътища за изследване.

Учените използват завършената геномна последователност, за да открият повече от 2 000 000 допълнителни варианта в човешкия геном, а проучванията им дават по-точна информация за геномните варианти в рамките на 622 медицински значими гена.

За постижението

„Създаването на пълна последователност на човешкия геном представлява невероятно научно постижение, което ни дава първия изчерпателен поглед върху нашата ДНК схема. Тази основополагаща информация ще се отрази на познанието ни за нюансите в човешкия геном, което ще позволи извършването на генетични изследвания на заболяванията“, коментира д-р Ерик Грийн.

„Публикуването на първия пълен човешки геном е знаков момент и огромно технологично постижение. Това е и победа за изследователските общности, защото вече разполагаме с милиони нови и неизследвани бази в човешкия геном, чрез които ще разширим изследванията за болестите“, казва д-р Карън Миг и допълва, че сега усилията им трябва да са насочени към възможността да направят това напълно рутинно и да разширят изследането върху хиляди хора.

Съпредседателят на Т2Т д-р Адам Филипи казва, че секвенирането на целия геном на човека трябва да стане по-евтино и по-лесно през следващите години. Специалистът е убеден, че чрез секвенирането генома на човек, учените ще бъдат в състояние да установят всички варианти на неговата ДНК. Тази информация ще бъде използвана за по-добри здравни грижи.

„Завършването на последователността на човешкия геном беше като да си поставиш нов чифт очила. Сега, когато можем ясно да виждаме всичко, ние сме една крачка по-близо до разбирането какво означава всичко това“, категоричен е д-р Адам Филипи.

Шестте статии, които съобщават за постижението, са публикувани в Science на 31 март 2022 г. Зад постижението сега и за началото, поставено преди няколко десетилетия стоят усилията и труда на стотици учени.