Снимка: iStock

Мисията е изпълнена – или във всеки случай достатъчно близо до това, предава CNBC.

Такова беше посланието, което учените изпратиха на света през 2003 г., когато обявиха, че човешкият геном е секвениран, сглобен и по същество завършен – с няколко на пръв поглед незначителни пропуски.

В действителност усилията за количествена оценка и идентификация на генетичния код, който прави всички нас хора, остава груб чернови проект и най-малко на 8% не беше завършен.

Някои от най-големите, повтарящи се и сложни части от ДНК пъзела оставаха на тъмно – досега.

Подкрепено от мощна нова технология за секвениране, свободно сътрудничество от около 100 учени обявиха в четвъртък, че са запълнили празнините, завършвайки един човешки геном от единия край до другия и откривайки нови, обещаващи линии на изследване в области, където учените са се лутали наоколо в тъмното.

Последователността на генома беше споделена за първи път публично преди повече от година, но резултатите от пълната отчетност, сега проверена и използвана от изследователи по целия свят, бяха публикувани за първи път в четвъртък в рецензирано списание. Шест нови статии описват пълната последователност на усилията и допълнителен анализ на нейните последици в списание Science.

„Направено е, правилно е и е минало през всички тези нива на проверка“, каза Адам Филипи, изчислителен биолог в Националния институт за изследване на човешкия геном и ръководител на последните изчисления. „Ние сме оптимисти, може би там има улики за човешката еволюция и за това, което ни прави уникални хора“.

Тази работа може един ден да помогне на изследователите да идентифицират генетичните причини за разстройствата, да разгадаят мистериите на това, което кара някои клетки да станат ракови и да помогнат да се обясни как различните групи хора са развили различни черти с течение на времето, като способността да се развиват на голяма надморска височина.

„Това е забележително събитие“, казва Стив Хеников, молекулярен биолог и професор в Центъра за изследване на рака „Фред Хътчинсън“ и Университета на Вашингтон, който не е участвал в проекта.

От редове до страници

Сглобяването на геном е подобно на „вземане на книга, разкъсване на малки парченца и сглобяването ѝ отново заедно“, каза Меган Денис, асистент, който изучава човешката генетика и геномика в UC Davis Health, която допринесе за усилията за секвениране.   

Първо, изследователите трябва да нарежат ДНК на къси фрагменти. След това се обработва и чете на части.

Нарязана на парчета, е трудно да се разбере откъде идва всяка нишка, така че учените трябва да „зашият тази ДНК заедно по изчислителен начин“, каза Денис.

През 2000-те години технологията за секвениране на ДНК може да произвежда само кратки фрагменти от генетичен код – около 500 базови двойки или символи наведнъж.

Но някои области на човешкия геном са изключително повтарящи се, почти като страница от книга с думи, повтаряни многократно.

„Повтарящите се елементи съществуват на много различни места. Трудно е да се разбере къде е мястото им“, каза Денис. Години наред учените просто е трябвало да оставят тези страници – и тяхното разбиране за генома – празни.

През последните години нова технология, която създава по-дълги четения на ДНК, напълно промени играта. Новите машини могат да произвеждат стотици хиляди базови двойки в една част.

Напредъкът позволи на изследователите да попълнят липсващите фрагменти от генома.  

„Преди 20 години би било немислимо да имаме такава технология“, каза Филипи. Изведнъж изследователите успяват да секвенират и поставят тези повтарящи се части от генома в контекст.

„В тези последователности има гени... тези области съдържат много важни функции“.

Проект за борба с пандемията

Идеята за завършване на генома възниква органично.

Като перфекционист по душа, Филипи винаги се е дразнел, че човешкият геном остава непълен.

Преди около пет години той обединява усилия с Карън Мига, асистент по биомолекулярно инженерство в Калифорнийския университет в Санта Круз, за да завърши тази работа.

Когато стигат до задънена улица, те търсят помощ. Проектът започва да се развива като снежна топка, събрайки около няколкостотин научни участници и се превръща в това, което сега се нарича проект „Теломер до теломер“, използвайки термин, който описва крайните окончания на хромозомите.

Когато пандемията започва, темпът на изследване само се ускорява и изследователите общуват от тъмни мазета на комуникационната платформа Slack и при Zoom разговори.

„2020 беше луда година по много причини. Това ни даде причина да се съсредоточим“, каза Филипи.

В крайна сметка изследователите събират целия генетичен код за една версия на генома. Този геном, който е получен преди десетилетия от клетъчна тъкан, съдържаща генетичната информация на един сперматозоид, не представлява нито един човек, който някога е живял, тъй като съдържа само един набор от бащини хромозоми.

Завършеният код сега ще формира основата на новите геномни изследвания и ще се превърне в нов, завършен показател за сравнение.

Теория и практика

Завършеният геном отваря нови възможности за изследвания.

В продължение на десетилетия учените са изследвали 92 процента от наличния геном, изследвайки го, за да намерят генетични вариации, които биха могли да причинят заболявания.

„Имаме добра представа за това как изглеждат разликите в тези региони, но нямаме представа за останалите 8 процента“, каза Филипи.

Сега изследователите преразглеждат старите си данни в сравнение с новия референтен геном, опитвайки се да извлекат нови улики от липсващото. 

„Идентифицирахме много повече, десетки хиляди, ако не и стотици хиляди нови варианти“, каза Денис. „Някои от тях се отнасят до гени, които кодират протеини, а някои от тези гени са медицински важни, клинично важни и допринасят за развитието на заболявания“.

Новата справка за генома също позволява по-нататъшно проучване на това как работят центромерите.

Центромерите са структури в средата на хромозомите, които са изпълнени с повтарящи се кодови последователности и са неразделна част от процеса на клетъчното делене. В исторически план те са сред най-малко изследваните части на генома, защото съдържат толкова много досадно, плътно кодиране. 

„Ние не разбираме основния механизъм на еволюцията на центромерите“, каза Хеников. „Изведнъж миналата година, когато излязоха данните, научихме много повече за центромерите“.

Използвайки новия геном, изследователите могат по-добре да проучат как се събират центромерните протеини и какво се случва, когато те се променят или загубят функция. 

„Дисфункцията на центромера може да бъде сериозна причина за развитието на рак“, каза Хеников. Досега „бяхме възпрепятствани, защото нямахме референтна последователност“.

По-нататъшното проучване на наскоро секвенирани части от генома може също да помогне на учените да разберат по-добре как хората са еволюирали определени черти, като например по-големите мозъци, които са ги изпратили по генетично различен път от техните прародители – човекоподобните маймуни.

„Това, което прави фронталната ни кора по-голяма, идва от гените, които се показват в тези повтарящи се региони“, казва Евън Айхлер, професор в катедрата по геномни науки в Медицинското училище във Вашингтонския университет и също участник в съвместното проучване.

Напредъкът в технологията за геномно секвениране може да доведе до възраждане на медицинските пробиви, казват изследователите.

„По-развълнувана съм от това, което не знаем, и от възможностите за откриване“, споделя Мига.

Филипи каза, че следващата му цел е да опрости процеса на секвениране, за да го направи по-евтин, по-ефективен и по-достъпен за обществеността. Той също така планира да секвенира генетичния код както с бащините, така и с майчините хромозоми. Широкото секвениране сред индивиди от различни среди ще помогне да се опише генетичното разнообразие на света и да се разкрият важни генетични вариации, каза той.

Той си представя свят, в който всеки човек има достъп до своите генетични данни, което може да помогне да се предостави индивидуална информация за това какви заболявания трябва да следят лекарите или какви лекарства да предписват. 

„В рамките на 10 години получаването на пълен, идеално точен човешки геном ще се превърне в рутинна част от здравеопазването и ще бъде достатъчно евтино, за да не се замисляте – лабораторен тест, който струва по-малко от 1000 долара“, казва Филипи. „Ще имате пълен геном в джоба си“.

Още по темата:

Черен диамант на милиард години бе купен с криптовалута за 4.3 милиона долара