Опубликована новая версия референсного генома человека, при помощи которой ученые смогут найти больше связей между мутациями и болезнями
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.
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.
Telegram 
Дзен 
VK Анализ более 150 тысяч древних звезд Млечного Пути показал, что возраст космоса, судя по всему, близок к 13,8 миллиарда лет. Авторы нового исследования заключили, что сценарии, в которых Вселенную приходится делать заметно «моложе» ради решения хаббловского кризиса, плохо согласуются с наблюдениями. Это важно, поскольку возраст старейших светил — один из немногих независимых способов проверить космологические модели не по данным ранней Вселенной, а по объектам нашей собственной Галактики.
Японские исследователи выловили у берегов Окинавы пластиковую бутылку с узким горлышком, внутри которой сидел большой живой краб. В итоге ученые смогли найти ответы на несколько возникших в связи с этой находкой вопросов: как краб попал в бутылку, сколько там находился и как ему удалось выжить?
Звезды типа Солнца в конце жизни превращаются в пульсирующего красного гиганта, а потом – в белого карлика. Ранее считали, что на этом этапе их планеты становятся слишком холодными, ведь белый карлик светит слабо. Новые наблюдения показали, что все намного сложнее и планета может даже прибавить свою температуру. Примерно в 80 световых годах от Земли лежит белый карлик WD 1856. Хотя он всего вдвое легче Солнца, по размерам близок к нашей планете (примерно на треть больше). За счет этого у него огромная плотность, поэтому, несмотря на отсутствие в нем термоядерных реакций (топливо уже кончилось), поверхность этой «мертвой» звезды разогрета почти до пяти тысяч градусов.
Древнеримские инженеры проложили колоссальную сеть дорог через Европу, Северную Африку и Ближний Восток, многие участки которой до сих пор поражают безупречной прямолинейностью. Секрет строительства заключался в использовании трех особых геодезических инструментов, с помощью которых разбивали местность на ровные отрезки и размечали трассы.
Терраформировать Марс — то есть превратить в мир, где можно жить без защитных куполов — мечта человечества с того момента, как стало понятно, что это холодная планета с призрачной бескислородной атмосферой. Сейчас главный хедлайнер ее освоения — Илон Маск, компания SpaceX которого планирует первые полеты туда уже в 2028 году. Многие энтузиасты вспоминают слова Маска 14-летней давности: Красную планету надо лишь «подремонтировать», чтобы ходить без скафандра. Но между полетом и прогулками по городу-саду на Марсе лежит огромная пропасть. Пару лет назад Naked Science рассматривал положительный сценарий терраформирования. Пришло время подсчитать, сколько же лет и ресурсов потребуется.
Самый маленький дневной хищник Африки впервые попал под наблюдение с помощью GPS-трекеров. Ученые выяснили, что для выкармливания птенцов ему нужен участок почти в 14 раз меньше, чем у степной пустельги — ближайшего «рекордсмена» среди изученных птиц.
Хотя длительность помех не превышала десяти секунд, это первый известный случай такого рода. Обычно спутникам не хватает мощности для создания радиосигналов той силы, что нужна для подобных помех.
Вселенная может оказаться «замкнутой» глобальной структурой, где свет от далеких галактик способен возвращаться к наблюдателю с разных направлений. Именно такой сценарий не удалось исключить авторам нового масштабного обзора. Проверить его предсказания астрономы смогут уже в ближайшие годы.
Ученые впервые на молекулярном уровне доказали, что обычная вода одновременно состоит из двух разных жидких состояний — более плотного и менее плотного, которые непрерывно сменяют друг друга. Раз молекулярная «двойственность» действительно существует, это подтверждает спорную 30-летнюю гипотезу. Новое открытие поможет, наконец, объяснить десятки «странных» физических аномалий воды, включая ее расширение при замерзании и парадоксальное изменение вязкости под давлением.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Что-то в вашем комментарии показалось подозрительным, поэтому перед публикацией он пройдет модерацию.
Понятно
Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
Понятно
Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
Понятно
Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно