Prima secvențiere completă a genomului uman a fost realizată în cadrul consorțiului Telomere-to-Telomere
Întreaga secvenţă a unui genom uman a fost descifrată de consorţiul Telomere-to-Telomere (T2T), reprezentând cea mai recentă şi completă variantă a genomului uman de referinţă. Numărul de baze cunoscute de la nivelul genomului uman a crescut cu 4,5%, de la 2.92 miliarde la 3.055 miliarde. Numărul de gene care codifică proteine a ajuns la 19.969, crescând cu 0,4%. Aceste realizări au fost posibile utilizând noile tehnologii de secvenţiere dezvoltate de Pacific Biosciences și Oxford Science Park. Lucrarea este disponibilă online sub formă de preprint şi nu a fost până în prezent publicată într-o revistă de tip peer review, fiind în curs de revizuire.
“Până în acest moment, au fost întotdeauna întrebări cu privire la ceea ce lipseşte. Acum, în sfârşit, avem datele potrivite. Avem tehnologia corespunzătoare”, a afirmat Michael Schatz, profesor asociat în cadrul Universităţii Johns Hopkins, autor al studiului.
Echipa T2T a descifrat structura celor 22 de cromozomi autozomi şi a cromozomului X. Studiul corectează numeroase erori, adaugă mai mult de 200 de milioane de perechi de baze azotate, care conţin 2.226 de copii ale genelor paraloge (apărute prin duplicare genică), dintre care 115 par a codifica proteine. Regiunile completate includ aranjamentele satelite centromerului, braţele scurte ale celor cinci cromozomi acrocentrici, aceste secvenţe ale genomului fiind acum pentru prima dată disponibile pentru a fi studiate din punct de vedere funcţional.
De la primul draft al genomului uman la obţinerea secvenței complete
Proiectul Genomul Uman a reprezentat cel mai complex efort internaţional ştiinţific, având drept rezultat prima versiune a genomului uman de referinţă. S-a încheiat în 2003, însă varianta publicată cuprindea secvenţe lipsă în proporţie de 8%. Actualizări ale genomului uman de referinţă au fost realizate în 2013 şi 2019, însă descifrarea întregii structuri a cromozomilor umani nu a fost posibilă.
Deşi costul secvenţierii a scăzut de la 300 de milioane de dolari la numai 300 de dolari, au fost necesare două decenii pentru a completa acest procent de 8% secvenţe lipsă. Tehnologiile de secvenţiere de nouă generaţie, care au costuri reduse şi sunt utilizate frecvent în prezent, presupun decodarea unor mici fragmente de ADN şi reasamblarea acestora. Secvenţele repetitive identice erau aproape imposibil de asamblat prin această tehnologie. Acea porţiune de 8% din structura genomului uman nedescifrată anterior era reprezentată în special de secvenţe repetitive.
Printre structurile cromozomiale descifrate incomplet până în prezent se numără centromerii. Centromerul este o regiune esenţială pentru diviziunea celulară, care prezintă numeroase repetiţii, motiv pentru care existau multe gap-uri în secvenţa cunoscută anterior. Karen Miga, cercetător în cadrul Universităţii din California, a avut un interes deosebit faţă de centromeri, modul în care aceştia îşi realizează rolul şi efectul secvenţelor repetitive de la acest nivel asupra funcţiei centromerului. Cu scopul de a răspunde acestor întrebări, Miga i-a propus lui Adam Philippy, cercetător în cadrul NIH (National Institutes of Health), să formeze consorţiul Telomere-2-Telomere în 2019. Evan Eichler, biolog în cadrul Universităţii din Washington, care era interesat de studiul secvenţelor nedescifrate din genomul uman, a fost inclus în grupul de cercetători implicaţi în descifrarea structurii complete a cromozomilor umani.
“Încercăm să explorăm acest necunoscut al genomului uman. Este ceva ce nu a mai fost realizat înainte, iar motivul este dificultatea”, a declarat Karen Miga.
Descifrarea întregii structuri a genomului uman a fost posibilă în prezent datorită tehnologiilor de secvenţiere dezvoltate de Oxford Nanopore şi PacBio care nu fragmentează ADN-ul, însă presupun costuri mai ridicate.
Secvențierea întregului genom uman a fost realizată cu ajutorul unor celule diferite din punct de vedere genetic
Pentru a realiza descifrarea secvenţei întregului genom uman, echipa T2T at folosit materialul genetic provenit de la o molă hidatiformă completă. Mola hidatiformă este o formaţiune care apare în urma fertilizării unui ovocit lipsit de nucleu de către un spermatozoid. Această structură conţine două copii ale aceluiaşi set de cromozomi, în locul a două seturi diferite (unul provenit de la mamă şi unul de la tată), aşa cum au celulele umane normale.
A fost preferată utilizarea celulelor de la nivelul molei hidatiforme, deoarece analiza acestora a fost mai facilă. Aceste celule au fost păstrate timp îndelungat în laborator, motiv pentru care există îngrijorări cu privire la probabilitatea ca acestea să fi acumulat numeroase mutaţii. Celulele molei hidatiforme utilizate în acest studiu au fost depozitate sub formă îngheţată, nu s-au multiplicat pentru mulţi ani, scăzând şansele de a dobândi mutaţii.
În viziunea cercetătorilor care fac parte din consorţiul T2T, în viitor ar trebui să existe mai mult decât un singur genom de referinţă, să fie disponibile mai multe variante, care să fie interconectate şi care să reflecte diversitatea genetică. Următorul pas în completarea genomului uman de referinţă este ca echipa T2T să realizeze secvenţierea completă a unui genom diploid, de 46 de cromozomi. Deşi secvenţa unui genom uman a fost descifrată în totalitate prin acest studiu, încă nu se cunoaşte importanţa regiunilor care erau necunoscute anterior. Această descoperire ar putea să contribuie la înţelegerea mai profundă a modului în care genele sunt reglate.
Citeşte şi:
- Completarea genomului uman de referință: secvența completă a cromozomului 8 a fost identificată
- Prima secvențiere completă a cromozomului X deschide o nouă etapă în cercetarea genomică
- #BiotechWeek2020. Dr. Eric Green, pionier al Proiectului Genomului Uman: „Genomica a devenit parte din societate”