Ученые полностью расшифровали геном человека

Когда два десятилетия назад ученые объявили о завершении проекта «Геном человека», их заявление было несколько преждевременным. Несомненно, это было важное достижение: исследователи всего мира получили доступ к ДНК-последовательности большинства генов, кодирующих белок, в геноме человека.

Но даже после 20 лет обновлений восемь процентов нашего генома все еще оставались несеквенированными и неизученными. Называемые некоторыми как «мусорная ДНК» без четкой функции, примерно 151 миллион пар оснований данных о последовательности, разбросанных по всему геному, по-прежнему оставались черным ящиком.

Теперь международная команда ученых раскрыла последние восемь процентов генома человека. Эти фрагменты нашего генома содержат больше, чем просто мусор.

В новых данных обнаружены таинственные участки некодирующей ДНК, которые не производят белок, но все же играют решающую роль во многих клеточных функциях и могут лежать в основе состояний, при которых клеточное деление выходит из-под контроля, таких как рак.

«Можно подумать, что если 92 процента генома завершены уже давно, то еще восемь процентов не принесут большого вклада», — говорит Эрих Джарвис, соавтор исследования, который помог разработать ряд методов, имеющих ключевое значение для раскрытия окончательного генома. «Но из этих недостающих восьми процентов мы теперь получаем совершенно новое понимание того, как делятся клетки, что позволяет нам изучать ряд болезней, которые мы не могли понять раньше».

Проект «Геном человека», по сути, дал нам ключи к эухроматину, большей части человеческого генома, который богат генами, слабо упакован и занят созданием РНК, которая позже будет транслироваться в белок. Однако остался нетронутым лабиринт из плотно закрученного повторяющегося гетерохроматина — меньшей части генома, которая не производит белок.

У ученых были веские причины для первоначальной деприоритизации гетерохроматина. Эухроматиновые области содержали больше генов и их было проще секвенировать. Точно так же, как головоломку из отдельных частей легче собрать, чем головоломку, состоящую из одинаковых частей, инструменты геномики того времени обнаружили, что эухроматиновую ДНК легче анализировать, чем ее повторяющуюся гетерохроматическую родственницу.

В результате генетики остались со значительным пробелом в своих знаниях о том, что управляет некоторыми основными клеточными функциями.

Все гетерохроматиновые последовательности за центромерами, которые лежат в узлах хромосом и проводят деление клеток, были отмечены длинными последовательностями N для «неизвестного основания» в эталонном геноме человека.

Последовательности коротких плеч хромосом 13, 14, 15, 21 и 22 также были опущены. «Даже не весь эухроматический геном был правильно секвенирован», — говорят ученые. «Ошибки, такие как ложные дублирования, необходимо было исправить».

Затем, около десяти лет назад, ученые начали разрабатывать новые методы получения более длинных последовательностей, которые заполняли пробелы в геномах человека и других видов.

Одной из таких инициатив является проект «Геномы позвоночных», который недавно создал первые почти безошибочные и почти полные эталонные геномы для 25 животных.

«Это исследование было частью международных усилий по разработке новых инструментов, позволяющих создавать наборы генов высочайшего качества», — говорит Эрих Джарвис.

«По сравнению с методами, которые использовались двадцать лет назад, современная геномика предлагает высокоточные длинные чтения, точность которых составляет 99,9%, лучшие инструменты сборки генома и более мощные алгоритмы, которые лучше различают похожие кусочки головоломки друг от друга».

С обновленными инструментами ученые смогли помочь завершить то, что было начато проектом «Геном человека», и наконец описать действительно полный человеческий геном — его эухроматиновые области были исправлены, а его гетерохроматиновые области — полностью отображены.

«Это большое дело, — говорит Эрих Джарвис. «Каждая пара оснований человеческого генома теперь завершена».

Исследование было опубликовано в журнале Science.