Опубликована новая версия референсного генома человека, при помощи которой ученые смогут найти больше связей между мутациями и болезнями — Naked Science
12 минут
СПбГУ

Опубликована новая версия референсного генома человека, при помощи которой ученые смогут найти больше связей между мутациями и болезнями

5.4

Международный консорциум Telomere-to-Telomere, куда вошли ученые СПбГУ, опубликовал первую версию нового референсного генома человека. В ней впервые, при участии представителей университета, удалось расшифровать центромеры — участки ДНК с большим количеством повторов, составляющие около двух процентов всего генома. С помощью эталона ученые смогут найти больше связей между мутациями и болезнями, а значит — повысить эффективность различных видов лечения.

Опубликована новая версия референсного генома человека, при помощи которой ученые смогут найти больше связей между мутациями и болезнями / ©medrussia.org

Первая сборка генома была получена около двадцати лет назад. На проект «Геном человека» (The Human Genome Project, HGP) было потрачено несколько миллиардов долларов и более десяти лет упорной работы многих специалистов по всему миру. При этом полученная сборка на самом деле была далеко не полной.

Почти 10 процентов человеческого генома не было собрано из-за проблем на различных стадиях исследования: от биологических экспериментов до решения алгоритмических задач по сборке. В течение следующих двадцати лет референсный геном многократно улучшался, но тем не менее даже его последняя версия GRCh38 все еще содержала неизвестные последовательности длиной около 161 миллиона пар оснований — это почти 5 процентов генома.

«Одной из главных проблем для сборки являются длинные участки повторяющихся последовательностей. С использованием технологий секвенирования, способных производить только короткие фрагменты, было невозможно определить, где именно в геноме и в каком количестве такие повторяющиеся участки содержатся.

Но в 2010-х годах активное распространение получили новые технологии секвенирования, разрабатываемые компаниями Pacific BioSciences и Oxford Nanopore. Последовательности, получаемые с помощью этих технологий, намного длиннее, чем у предыдущих поколений секвенаторов, и составляют десятки и сотни тысяч оснований», — рассказала один из авторов проекта, научный сотрудник лаборатории «Центр алгоритмической биотехнологии» СПбГУ Алла Михеенко.

Поэтому только сейчас, почти через двадцать лет после создания первой сборки генома человека, наука наконец-то готова закрыть все пробелы в референсном геноме. Для этого исследователи из разных стран объединились в международный консорциум Telomere-to-Telomere (T2T), возглавляемый Адамом Филлиппи (Adam Phillippy) из Национальных институтов здоровья США (The National Institutes of Health, NIH) и Карен Мига из Университета Калифорнии в Санта-Круз (University of California, Santa Cruz, UCSC).

Чтобы понять смысл названия консорциума, необходимо знать, что теломеры — это участки генома, которые находятся на концах каждой хромосомы. Соответственно, целью T2T является сборка каждой хромосомы «от теломеры до теломеры», то есть от начала до конца. Первая версия нового референсного генома, созданного Т2Т, была опубликована осенью 2020 года. Сейчас консорциум занимается подготовкой большой научной публикации, в которой будут подробно описаны методы сборки генома и проверки его на наличие ошибок. Теперь исследователей по всему миру ждет огромная работа по анализу нового референсного генома.

«Наша группа под руководством профессора Павла Певзнера занималась в первую очередь работой с одними из самых сложных участков человеческого генома, сборка которых до недавнего времени была принципиально невозможна, — центромерами. Это участки длиной несколько миллионов букв, в которых одна и та же последовательность может повторяться несколько тысяч раз. Центромеры участвуют в важнейших клеточных процессах — например, в делении клетки», — отметила другой автор проекта, сотрудница лаборатории «Центр алгоритмической биотехнологии» СПбГУ Татьяна Дворкина.

Первая программа, способная получать автоматическую сборку центромер, была создана в лаборатории Павла Певзнера в Университете Калифорнии в Сан-Диего его аспирантом Андреем Бзикадзе. Затем группа под руководством Сергея Нурка из NIH создала программу HiCanu, способную собирать любые геномы из длинных высокоточных фрагментов, производимых секвенатором компании Pacific BioSciences. В проекте по расшифровке генома были использованы обе эти программы, что позволило получить последовательности центромер для всех хромосом. Примечательно, что оба ученых, Андрей Бзикадзе и Сергей Нурк, защитили диссертации (магистерскую и кандидатскую соответственно) в СПбГУ.

Программа TandemTools, разработанная сотрудниками Центра алгоритмической биотехнологии СПбГУ Аллой Михеенко и Алексеем Гуревичем, позволила найти важные ошибки в первых вариантах сборки центромер, исправить алгоритм сборки и получить в итоге правильные последовательности, которые и были включены в опубликованную сборку генома. Другая программа, разработанная сотрудницей лаборатории Татьяной Дворкиной, StringDecomposer, использовалась для изучения структуры центромер, и результат ее работы сможет пролить свет на многие важные вопросы, связанные с эволюцией человеческого генома.

«Важно понимать, что собирать качественный геном каждого человека — задача, с одной стороны, невероятно сложная и дорогостоящая, а с другой — совершенно не нужная. Два разных человека генетически совпадают более чем на 99,9 процентов. Мы можем секвенировать ДНК человека, сравнивать полученные фрагменты с известным эталоном (или референсом) и находить различия», — объясняет Татьяна Дворкина.

Отличия от референсного генома могут быть как «вредными» (например, мутации, которые служат причиной генетических заболеваний), так и, напротив, «полезными». К примеру, существуют мутации, снижающие риск развития онкологических или сердечно-сосудистых заболеваний. Поиск «вредных» мутаций очень важен как для понимания механизмов развития различных заболеваний, так и для прогнозирования рисков и разработки методов лечения.

Сейчас любой человек может секвенировать свой геном и получить информацию о том, носителем каких генетических заболеваний он является, есть ли риск передачи этих заболеваний детям, повышен ли у него риск развития болезни Альцгеймера или рака. Все эти данные ученые получили, сравнивая геномы тысяч людей с референсом.

«Новые статьи, в которых исследователи сообщают о найденных связях между определенными участками в геноме и заболеваниями, публикуются буквально ежедневно. Именно поэтому, так важно, чтобы эталонная геномная последовательность была полная и безошибочная. В противном случае механизмы развития некоторых заболеваний останутся неясными и разработка лечения для них будет затруднена», — рассказала Алла Михеенко.

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
СПбГУ
16 статей
Один из старейших, крупнейших и ведущих классических университетов и один из важнейших центров науки, образования и культуры в России.
Вчера, 18:50
7 минут
Василий Парфенов

С момента появления систем автономного вождения многие задавались вопросом: а как они будут выглядеть в идентичных условия? К счастью, у нас наконец-то появилась возможность сравнить два самых известных автомобильных автопилота: системы разработки Tesla и Waymo — дочерней структуры Alphabet, владеющей Google. Машины проехали по одному маршруту, но сделали это совершенно по-разному, что весьма удивляет.

Вчера, 19:26
10 минут
Мария Азарова

Исследование предоставило доказательства более плохого состояния костей тех, кто придерживается веганской диеты. Также исследователи обнаружили комбинацию биомаркеров, связанных с питанием, которые могут способствовать здоровью костной ткани.

Вчера, 18:20
5 минут
Илья Ведмеденко

Согласно решению Арбитражного суда Амурской области, строительство стартового комплекса «Ангара» на Восточном должны приостановить. Напомним, стартовый стол создают под тяжелую ракету «Ангара-А5», которую хотят применить для испытаний космического корабля нового поколения.

2 марта
42 минуты
Редакция

Все знают, что нефть — это углеводороды. Но из чего она образовалась? Правда ли, что из динозавров? И сколько миллионов лет нефти, из которой сегодня делают бензин и сотни других важных окружающих нас вещей? Разбираемся, какие запасы нефти залегают в России и сколько их осталось, почему их до сих пор не добыли, а также, как это связано с существами, которые жили миллионы лет назад.

2 марта
5 минут
Сергей Васильев

Моделирование показало, что через миллиард лет атмосфера нашей планеты переживет резкие изменения и потеряет весь свой кислород, отбросив жизнь к древнейшим анаэробным формам.

Вчера, 07:05
10 минут
Василий Парфенов

Американские исследователи проанализировали данные опросов молодежи в возрасте от 18 до 23 лет с 2007 по 2017 год и обнаружили несколько факторов, коррелирующих с общей тенденцией к снижению популярности случайного секса, то есть нерегулярных половых связей вне постоянных романтических отношений. Среди наиболее заметных — возросшая вовлеченность в компьютерные игры, жизнь под одной крышей с родителями и меньшее употребление алкоголя.

26 февраля
10 минут
Василий Парфенов

Даже при разработке точнейших научных инструментов случаются разные технические сюрпризы — и хорошо, если приятные. К счастью, именно так вышло на этот раз. Ученые получили очередную порцию данных с космического аппарата Parker Solar Probe и здорово удивились. На сделанном в оптическом диапазоне снимке ночной стороны Венеры видны детали поверхности, обычно скрытые плотными облаками. Теперь предстоит решить загадку: либо камера оказалась чувствительна к инфракрасному диапазону излучения, либо случайно обнаружилось «окно» для наблюдений через атмосферу этой планеты.

21 февраля
20 минут
Василий Парфенов

Кого и что только ни успели уже обвинить в технологической катастрофе, которая произошла на этой неделе в США. Но эмоции плавно оседают, и начинают появляться первые результаты разбирательства. А они порой вызывают искреннее недоумение, честно говоря.

15 февраля
9 минут
Василий Парфенов

Новость, которую странно публиковать на серьезном научно-популярном портале, но от реальности не убежишь. Уфологи всего мира могут радоваться: американские военные официально признали, что изучали места крушения НЛО и в их распоряжении есть некие аномальные объекты, свойства которых выходят за рамки известных науке материалов.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий

Подтвердить?
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: