Peta genom manusia yang terbaik menyoroti 'Gen Jumping,' 'Junk DNA' dan banyak lagi
Dua puluh dua tahun setelah penyelesaian proyek genom manusia, para ilmuwan telah meluncurkan katalog variasi genetik manusia yang paling luas yang pernah disusun.
Di dua makalah baru yang diterbitkan Rabu (23 Juli) di jurnal Nature, para ilmuwan mengurutkan DNA 1.084 orang di seluruh dunia. Mereka memanfaatkan kemajuan teknologi baru -baru ini untuk menganalisis bentangan materi genetik yang panjang dari masing -masing orang, menjahit fragmen -fragmen itu bersama -sama dan membandingkan genom yang dihasilkan dalam detail yang baik.
Hasilnya memperdalam pemahaman kita tentang “varian struktural” dalam genom manusia. Daripada mempengaruhi “huruf” tunggal dalam kode DNA, variasi seperti itu mempengaruhi potongan besar kode – mereka dapat dihapus dari atau ditambahkan ke genom, atau mencakup tempat -tempat di mana DNA telah dibalik atau dipindahkan ke lokasi yang berbeda.
Studi telah mengungkapkan fitur “tersembunyi” dari genom manusia yang sebelumnya terlalu menantang secara teknologi untuk dipelajari, kata Jan Korbelkepala sementara Laboratorium Biologi Molekuler Eropa (EMBL) Heidelbergyang merupakan rekan penulis dari kedua makalah baru. Misalnya, sebagian besar genom berisi kode yang berulang berulang -ulang, dan ini dianggap tidak berfungsi.
“Sekitar 20 tahun yang lalu, kami menganggap ini sebagai 'sampah DNA' – kami memberikannya istilah yang sangat buruk,” kata Korbel kepada Live Science. “Semakin banyak kesadaran bahwa urutan ini bukan sampah,” dan karya baru menjelaskan urutan DNA yang sudah lama difitnah ini.
Selain itu, semua data yang dihasilkan dalam studi baru adalah akses terbuka, sehingga yang lain di lapangan sekarang dapat mengambil “temuan, beberapa alat yang telah kami kembangkan dan menggunakannya untuk tujuan mereka untuk memahami dasar genetik penyakit,” kata Korbel kepada Live Science. “Saya benar -benar percaya bahwa kemajuan yang kami terbitkan di alam hari ini, subset dari ini juga akan membuatnya menjadi diagnostik.”
Terkait: Identitas ras dan etnis orang tidak mencerminkan keturunan genetik mereka
Lebih dari 1.000 genom
Ketika draf pertama genom manusia “lengkap” diterbitkan pada tahun 2003, itu sebenarnya kehilangan sekitar 15% dari urutannya karena keterbatasan teknologi saat itu. Pada 2013, para ilmuwan berhasil menutup celah itu sekitar setengahnya. Dan akhirnya, pada tahun 2022, genom manusia “tanpa celah” pertama diterbitkan.
Pada tahun 2023, para peneliti menerbitkan Draf pertama pangenome manusiayang memasukkan DNA dari 47 orang di seluruh dunia, daripada sebagian besar didasarkan pada DNA satu orang. Dan pada tahun yang sama, para peneliti menerbitkan kromosom y pertama yang pernah diurutkan dari ujung ke ujungkarena genom “celah” sebelumnya masih kehilangan kromosom seks pria.
Dalam beberapa tahun terakhir, lapangan terus maju, berkat teknologi baru dan upaya untuk memperluas pengambilan sampel DNA di luar populasi sebagian besar keturunan Eropa. Kemajuan itu menandai dua makalah yang diterbitkan di Nature minggu ini.
Dalam studi pertama, para peneliti diurutkan DNA dari 1.019 orang mewakili 26 populasi di lima benua. Untuk menganalisis DNA, para peneliti mengumpulkan “bacaan panjang,” masing -masing terdiri dari puluhan ribu pasangan basa; Satu pasangan dasar sesuai dengan satu anak tangga di tangga spiral molekul DNA.
“Dengan bacaan pendek sekitar 100 pasangan basa, sulit untuk membedakan antara daerah genom yang terlihat sama,” jelas rekan penulis studi Jesus Emiliano Sotelo-Fonsecaseorang mahasiswa doktoral di Center for Genomic Regulation (CGR) di Barcelona, Spanyol. Itu terutama berlaku di daerah genom yang berulang. “Dengan bacaan yang lebih lama, sekitar 20K pasangan basa, menugaskan setiap bacaan ke posisi unik dalam genom menjadi jauh lebih mudah,” katanya kepada Live Science dalam email.
Lebih dari setengah variasi genom baru yang ditemukan dalam penelitian ini ditemukan di daerah berulang yang rumit, termasuk dalam transposon, juga dikenal sebagai gen melompat. Transposon dapat melompat ke lokasi yang berbeda dalam genom, menyalin dan menempelkan kode mereka. Terkadang, tergantung di mana mereka mendarat, mereka dapat mengacaukan genom, memperkenalkan mutasi berbahaya dan berkontribusi pada penyakit seperti kanker.
“Studi kami mengungkapkan bahwa beberapa transposon ini dapat membajak urutan regulasi untuk meningkatkan aktivitas mereka, berkontribusi untuk memahami mekanisme biologis di balik mutagenisitas mereka,” atau kemampuan untuk memicu mutasi, studi rekan penulis studi Bernardo Rodríguez-Martínseorang rekan independen di CGR dan mantan postdoc di Lab EMBL Korbel, mengatakan kepada Live Science dalam email.
Gen melompat pada dasarnya dapat menumpang dengan molekul pengatur tertentu – RNA yang tidak ada kode – dan menggunakan trik itu untuk membuat lebih banyak salinan diri mereka sendiri daripada biasanya. “Itu mekanisme yang sangat mengejutkan bagi kami,” kata Korbel.
Terkait: Para ilmuwan baru saja menemukan cara baru sel mengontrol gen mereka
Dari 95% hingga 99%
Studi kedua menampilkan genom yang jauh lebih sedikit – hanya total 65 – tetapi mengurutkan genom -genom tersebut lebih komprehensif daripada yang dilakukan oleh studi pertama. Studi pertama menangkap sekitar 95% dari setiap genom yang dianalisis, sedangkan studi kedua menghasilkan 99% genom lengkap.
“Ini mungkin terdengar seperti perbedaan kecil, tetapi sebenarnya sangat besar dari perspektif ilmuwan genom,” kata Korbel. “Untuk mendapatkan beberapa persentase terakhir, ini adalah pencapaian besar.”
Lompatan itu membutuhkan teknik sekuensing yang berbeda, serta pendekatan analitik baru. “Proyek ini menggunakan perangkat lunak mutakhir untuk mengumpulkan genom dan mengidentifikasi variasi genetik, yang banyak di antaranya tidak ada beberapa tahun yang lalu,” rekan penulis Charles Leeseorang profesor di Laboratorium Jackson untuk Kedokteran Genomik, mengatakan kepada Live Science dalam sebuah email.
Teknik-teknik sekuensing termasuk satu yang menghasilkan bacaan panjang dengan sangat sedikit kesalahan dan salah satu yang menghasilkan bacaan ultralong yang sedikit lebih rentan kesalahan. Dengan mengorbankan menganalisis lebih sedikit genom, pendekatan ini memungkinkan studi kedua untuk menangkap bentangan DNA yang benar-benar terlewatkan pada yang pertama, kata Rodríguez-Martín.
Daerah “tersembunyi” itu termasuk sentromerstruktur penting di pusat -pusat kromosom Itu adalah kunci untuk pembelahan sel. Saat sel bersiap untuk berpisah, serat menempel pada sentromer dan kemudian tarik kromosom menjadi dua. Studi ini menemukan bahwa, di sekitar 7% sentromer, kemungkinan ada dua tempat di mana serat ini dapat menempel, bukan hanya satu.
“Mungkinkah itu berarti kromosom itu lebih tidak stabil? Karena jika spindelnya [fiber] Melampirkan dua poin, mungkin menjadi bingung, “kata Korbel. Itu ide yang murni spekulatif, tambahnya, tetapi itu adalah salah satu yang sekarang dapat dieksplorasi. Langkah selanjutnya adalah mempelajari efek dari variasi sentromer ini secara eksperimental, Lee setuju.
Masalah dengan pemisahan kromosom dapat menyebabkan berbagai kondisi. Misalnya, “Down Syndrome adalah hasil dari kesalahan pemisahan kromosom selama pembelahan sel di meiosis,” ketika sel terpecah untuk membentuk sperma dan telur, rekan penulis bersama Miriam bergulatseorang asisten profesor di Pusat Genetika Manusia Universitas Clemson, mengatakan kepada Live Science dalam email.
Seperti studi pertama, studi kedua juga memberikan tampilan gen lompatan yang belum pernah terjadi sebelumnya, membuat katalog lebih dari 12.900. Di luar kanker, gen melompat juga dapat memicu berbagai penyakit genetik Dengan menyebabkan mutasi, serta perubahan yang lebih halus dalam bagaimana gen dinyalakan dan dimatikan, kata Konkel. Pemahaman yang lebih baik tentang keragaman gen melompat dapat membantu membongkar fungsi mereka dalam kesehatan dan penyakit manusia.
Melihat kedua studi, para ilmuwan sekarang dapat membandingkan genom yang baru diurutkan dengan set data lain yang mencakup data genom dan kesehatan, kata Korbel. Ini akan menjadi langkah pertama menuju menghubungkan variasi struktural yang baru ditemukan dengan hasil kesehatan yang nyata dan, pada akhirnya, untuk memasukkan wawasan ke dalam praktik medis.
“Studi klinis tertentu tidak akan dapat mengabaikan ini [sequencing] teknik karena mereka akan memberi mereka sensitivitas yang lebih tinggi untuk mengidentifikasi variasi, “kata Korbel.” Anda tidak ingin melewatkan varian. “
Masih ada banyak pekerjaan yang harus dilakukan untuk meningkatkan data genom, juga, Lee menambahkan. Lebih banyak DNA dapat dimasukkan dari populasi yang kurang terwakili, dan teknik sekuensing dan perangkat lunak dapat disempurnakan lebih lanjut untuk membuat proses lebih efisien dan akurat. Namun sementara itu, pasangan studi baru menandai prestasi teknologi utama.
“Alat-alat canggih ini dikembangkan baru-baru ini untuk menangani sejumlah besar data membaca panjang yang sekarang kami gunakan untuk setiap genom,” kata Lee. “Beberapa tahun yang lalu, merakit kromosom manusia yang lengkap dari ujung ke ujung, terutama termasuk sentromer, hampir tidak dapat dicapai karena perangkat lunak dan algoritma belum matang.”
