Ученые только что раскрыли самый полный геном человека всех времен, и это великолепно

Ученые заполнили миллионы недостающих фрагментов ДНК человека, создав самую полную, без пробелов последовательность человеческого генома, за исключением одной крошечной хромосомы.

Этот подвиг, ставший возможным благодаря постоянно совершенствующимся технологиям секвенирования генома и консорциуму из более чем 100 ученых, устанавливает новую планку для понимания генетического разнообразия человека во всем его великолепии.

В процессе работы команда также исправила тысячи структурных ошибок в нашем предыдущем наиболее полном эталонном геноме. Это достижение невозможно недооценить: Оно несет в себе огромный потенциал для лучшего понимания эволюции человека и болезней.

"По-настоящему завершить работу над последовательностью генома человека - все равно что надеть новую пару очков", - говорит биоинформатик Адам Филлиппи из Национального института исследования генома человека США.

"Теперь, когда мы можем ясно видеть все, мы на шаг ближе к пониманию того, что все это значит".

С момента запуска проекта "Геном человека" более 30 лет назад технологии генетического секвенирования и обработки данных становились все быстрее, дешевле и точнее, что позволило исследователям с каждым годом отбирать, секвенировать и сравнивать все больше геномов.  

Но огромные фрагменты ДНК - составляющие около 8 процентов человеческого генома - все еще отсутствовали в последней эталонной последовательности, которую ученые используют в качестве шаблона для сборки новых секвенированных образцов ДНК.

Теперь ученые собрали воедино те части генома человека, которые долгое время считались "неподдающимися секвенированию", чтобы собрать самый полный на сегодняшний день эталонный геном, и поделились своими результатами в сборнике из шести статей, опубликованном в журнале Science. 

В результате этой кропотливой исследовательской работы в геном человека добавлено около 200 миллионов пар оснований генетической информации - целая хромосома. Большинство из них находится в теломерах, защитных колпачках на конце каждой хромосомы, и в плотных средних участках хромосом, называемых центромерами.

"Наконец-то, от кончика до кончика, от теломеры до теломеры, у нас есть сборка генома, на которую мы можем посмотреть, - говорит Уинстон Тимп, биомедицинский инженер из Университета Джона Хопкинса.

Дико подумать, что в геноме человека, каким мы его знаем, было столько пробелов; миллионы недостающих оснований, на самом деле. Но это говорит о завораживающей красоте и сложности ДНК, которая теснится внутри наших клеток и кодирует каждую интимную деталь жизни.

"Мы получили огромное понимание биологии и болезней человека благодаря тому, что располагаем примерно 90 процентами человеческого генома", - говорит биоинформатик Дэвид Хаусслер из Института геномики Санта-Круз Калифорнийского университета (UC). 

"Но было много важных аспектов, которые лежали скрытыми, вне поля зрения науки, потому что у нас не было технологии для чтения этих частей генома".

Ученые впервые составили карту генома человека несколько десятилетий назад, собрав воедино и наложив друг на друга "короткие чтения" ДНК, которые захватывали всего несколько сотен оснований за один раз. Затем секвенирование с длинными отрезками позволило им понять смысл ранее "нечитаемых" повторяющихся фрагментов ДНК, которые долгое время не поддавались исследованию.

"Эти части человеческого генома, которые мы не могли изучить в течение 20 с лишним лет, важны для нашего понимания того, как работает геном, генетических заболеваний, разнообразия и эволюции человека", - говорит генетик из Университета Санта-Круз Карен Мига, возглавлявшая консорциум исследователей.

Новый геном "без пробелов", который теперь насчитывает более 3 миллиардов оснований, может также пролить свет на то, как пары хромосом раздвигаются и делятся без заминок, на механику так называемых прыгающих генов, которые скачут по геному, и на, возможно, решающую роль длинных участков дублирующейся ДНК.

"Открывая эти новые участки генома, мы думаем, что там будут генетические вариации, способствующие развитию многих различных признаков и риска заболеваний", - говорит эволюционный биолог Раджив Маккой из Университета Джона Хопкинса. Но он добавляет, что "есть и такой аспект, как "мы еще не знаем, чего мы не знаем".

Вместо того, чтобы быть мозаикой последовательностей, собранных от множества людей, новый эталонный геном был создан с использованием особого типа клеточной линии, которая имеет две идентичные копии каждой хромосомы (в отличие от большинства человеческих клеток, которые несут две немного отличающиеся копии).

Это означает, что предстоит еще много работы для завершения работы над эталонным геномом (Y-хромосома все еще нуждается в доработке), но группа все ближе к тому, чтобы наконец-то секвенировать все нуклеотиды ДНК человека.

Хотя исследователи возлагают большие надежды на то, что почти полный геном, получивший название T2T-CHM13, может проложить путь к более широкому представлению человеческого разнообразия, в целом область все еще борется с тем, как устранить историческую несправедливость в геномной науке и недостаток разнообразия в генетических исследованиях, что грозит усугубить неравенство в здравоохранении.

Тем не менее, группы ученых уже использовали практически полную эталонную последовательность для выявления более 2 миллионов ранее неизвестных вариантов в геноме человека, что обогатит наше понимание того, как индивидуальные генетические различия могут способствовать развитию определенных заболеваний.

Конечно, время покажет, сможет ли персонализированная медицина действительно оправдать свое обещание предоставлять доступные и целенаправленные методы лечения, основанные на генетических особенностях человека, но исследователи полны оптимизма.

"В будущем, когда у человека будет секвенирован геном, мы сможем определить все варианты его ДНК и использовать эту информацию для более эффективного управления его здоровьем", - говорит Филлиппи.

Исследование было опубликовано в журнале Science.