Prima secvențiere completă a cromozomului X deschide o nouă etapă în cercetarea genomică
De curând, cercetătorii de la NHGRI (National Human Genome Research Institute) au realizat prima secvențiere completă, de la un capăt la celălalt al unui cromozom uman, cromozomul X. Rezultatele au fost publicate în revista Nature.
„Această realizare reprezintă începerea unei noi ere în cercetarea genomică. Abilitatea de a genera secvența completă a cromozomilor și a genomurilor ne va ajuta la o mai bună înțelegere a funcției genomului și ne va ajuta să utilizăm aceste informații în practica medicală.”, a declarat dr.Eric Green, Ph.D., director al NHGRI.
După aproape două decenii de îmbunătățiri, secvența genomică umană de referință (GRCh38) este cea mai precisă și completă secvență a vertebratelor produsă vreodată. Cu toate acestea, nici un cromozom nu a fost finalizat de la un capat la celălalt și încă există goluri nerezolvate sau secvențe ADN necunoscute încă. Aceste goluri conțin cel mai adesea secvențe de ADN repetitiv, dificil de secvențiat, iar aceste segmente repetitive pot include elemente funcționale care pot fi relevante pentru sănătatea umană sau pentru patologie.
Deoarece genomul uman este incredibil de lung și conține aproximativ 6 miliarde de baze azotate, instrumentele utilizate pentru secvențiere nu pot citi toate bazele deodată. Cercetătorii fragmentează genomul în bucăți de dimensiuni mai mici și apoi analizează fiecare porțiune, pentru a produce secvențe de câteva sute de baze simultan. Aceste secvențe mici de ADN trebuie apoi reasamblate.
Dr. Adam Phillippy, Ph.D., de la NHGRI compară această problemă cu asamblarea unui puzzle:
„Imaginați-vă că trebuie să reconstituiți un puzzle. Dacă lucrați cu piese mai mici, fiecare conține mai puțin context pentru a afla de unde a venit, în special în părți ale puzzle-ului, fără niciun indiciu unic, precum un cer albastru. Același lucru este valabil și pentru secvențierea genomului uman. Până acum, piesele erau prea mici și nu exista nici o modalitate de a pune împreună cele mai grele părți ale puzzle-ului genomului.”, a explicat acesta.
Dintre cei 24 de cromozomi umani, (incluzând X și Y), autorii studiului, dr. Adam Phillippy și dr. Karen Miga, Ph.D., de la Universitatea din California, Santa Cruz, au ales să înceapă cu secvențierea cromozomului X datorită implicării acestuia într-o multitudine de boli, printre care și hemofilia, boala granulomatoasă cronică sau distrofia musculară Duchenne.
Fiecare om are în mod normal un număr de 46 de cromozomi, două seturi de cromozomi, câte unul de la fiecare părinte. Dintre aceștia, 22 perechi de autozomi și o pereche de cromozomi sexuali, și anume XX la femei sau XY pentru bărbați.
Persoanele de sex feminin moștenesc doi cromozomi X, unul de la mamă și unul de la tată. Acești doi cromozomi X nu sunt identici și conțin numeroase diferențe în secvențele lor de ADN.
În cadrul acestui studiu, cercetătorii nu au secvențiat cromozomul X de la o celulă normală umană, ci au utilizat una specială care conține doi cromozomi X identici. O astfel de celulă oferă mai mult material genetic de secvențiat decât o celulă provenită de la o persoană de sex masculin, care are un singur cromozom X. De asemenea s-a evitat astfel diferențierea secvențelor diferite întâlnite într-o celulă tipică provenită de la o persoană de sex feminin.
În cadrul acestui studiu s-a utilizat o tehnologie care permite analiza unei secvențe lungi de ADN. În loc de prepararea și analiza unor fragmente mici de ADN, cercetătorii au utilizat o metodă care păstrează molecule lungi de ADN intacte. Aceste molecule de ADN au fost analizate cu două tipuri de instrumente, fiecare generând secvențe lungi de ADN, fapt imposibil de realizat cu instumentele utilizate anterior.
Au fost reconstruite peste 3 milioane de baze de ADN repetitiv de la nivelul centromerului, porțiunea centrală a cromozomului. Evaluarea cu acuratețe a acestor regiuni înalt repetitive nu este un gold standard în cercetare. Această realizare face parte dintr-o inițiativă mai amplă care își propune să genereze o secvențiere cât mai completă a genomului uman în anul 2020.
Rămân însă numeroase provocări. Spre exemplu, cromozomii 1 și 9 conțin secvențe de ADN repetitiv cu mult mai mari decât cele identificate la nivelul cromozomului X.
Aceste noi secvențe descoperite vor fi integrate în secvența umană de referință și de asemenea va permite pentru prima dată analiza pattern-urilor de metilare de la nivelul secvențelor repetitive
Generarea secvenței complete a cromozomului X uman va crea noi oportunități pentru genetica umană. Aceste rezultate demonstrează că este posibilă secvențierea precisă, bază cu bază, a unui cromozom uman, care va permite cercetătorilor sa producă secvența completă a genomului uman.
Citește și:
- Genomul coronavirusului SARS-CoV-2, secvențiat într-o lună de la apariția primului caz de boală. Ritmul cercetărilor este fără precedent – un vaccin ar putea fi dezvoltat în următoarele 3 luni
- #ESMO17: Secvențierea genomului poate ajuta la identificarea tratamentelor potrivite pentru unele cancere rare
- Progrese în managementul distrofiei musculare Duchenne: FDA aprobă primul test de screening pentru nou-născuți și o nouă terapie țintită