Вчені створили найповнішу на сьогодні карту людського геному: прочитано тисячі складних фрагментів ДНК
Через чверть століття після першого проєкту секвенування людського геному, дослідники нарешті наблизились до його справжньої повноти. Хоча основна структура була складена ще у 2000-х роках, мільйони літер ДНК залишалися незчитаними — недоступними через складність структури або обмеження технологій. Нова міжнародна ініціатива, очолювана Крістін Бек з Лабораторії Джексона та Центру охорони здоров’я Університету Коннектикуту, змінила цю ситуацію.
У межах масштабного дослідження команда секвенувала 65 повних геномів людей з різним етнічним походженням, що дозволило заповнити 92% раніше невідомих ділянок. Це створює принципово новий рівень точності для клінічних досліджень, діагностики рідкісних захворювань і розуміння генетичної різноманітності людства.
Значна частина втрачених раніше фрагментів ДНК пов’язана з функціями, критично важливими для здоров’я: перетравлення, імунітет, регуляція м’язової активності. Їхня відсутність означала, що навіть найсучасніші генетичні тести могли не виявити реальні причини хвороб. Нові зборки тепер дають змогу «побачити» ці складні регіони і виявляти варіації, які раніше просто ігнорувалися.
Одна з найважливіших ділянок, яка була повністю секвенована, пов’язана з розвитком спінальної м’язової атрофії — тяжкого спадкового захворювання. Інша — комплекс головної гістосумісності, генетичний кластер, пов’язаний більш ніж зі 100 різними станами здоров’я.
Успіх цього проєкту забезпечили нові технології довгого зчитування ДНК. Замість фрагментів довжиною в сотні пар основ, як це було раніше, вчені змогли зчитати цілі фрагменти у десятки тисяч пар, що дало змогу правильно збирати найзаплутаніші ділянки геному. Для кожного з 65 геномів було відновлено повні копії як від матері, так і від батька — досягнення, яке раніше вважалося надзвичайно складним. У близько 40% випадків вдалося завершити хромосоми «від теломери до теломери».
У процесі аналізу вчені виявили майже 2000 складних генетичних перебудов, які не вдавалося ідентифікувати раніше, а також понад 12 000 мобільних елементів ДНК — фрагментів, що можуть «перестрибувати» по геному та змінювати функцію генів. Особливу увагу привернули центромери — центральні ділянки хромосом, що відповідають за правильне розподілення під час поділу клітин. Виявилося, що багато з них мають не один, а два потенційні «центри з’єднання», що змінює підходи до вивчення стабільності геному.
Також було вперше повністю зчитано генетичний кластер, пов’язаний з виробленням амілази — ферменту, що допомагає перетравлювати крохмаль. Детальна карта цього регіону дозволяє антропологам співвідносити гени з харчовими традиціями різних народів.
Ще одним досягненням стало те, що дослідження охоплює геноми людей різного походження. Попередні референсні карти були побудовані здебільшого на основі ДНК європейців, що призводило до викривлення в діагностиці та оцінці ризиків у пацієнтів з Африки, Азії чи Латинської Америки. Тепер ситуація змінюється: близько 60% нововиявлених вставок і 14% видалень трапляються рідше ніж в 1% людей — це важливі маркери для точнішої діагностики рідкісних хвороб.
Клінічні тести, які раніше видавали десятки тисяч ймовірних варіантів, тепер можуть звузити пошук до кількох сотень, значно прискорюючи встановлення діагнозу.
Ця робота стала логічним продовженням публікації «пангеному» у 2023 році, де були інтегровані 47 геномів у загальну карту. Нове дослідження не лише розширило її, а й наповнило деталями — не просто окресливши можливості, а фактично завершивши повноцінні збірки.
За словами Чарльза Лі з Лабораторії геномної медицини Джексона, лише останні три роки технології дозволили повністю секвенувати людський геном. Він вважає 65 повних геномів лише початком, а не фінальною метою. Ян Корбель з EMBL у Гейдельберзі додає, що багато з того, що раніше вважалося «генетичним сміттям», насправді має ключове значення.
Науковці вже передають ці дані у графові системи аналізу, щоб навіть звичайні короткі прочитування ДНК могли використовувати оновлену карту. Раннє тестування показує подвоєння кількості структурних варіацій, які можна виявити в кожному геномі — понад 26 000 змін. Завдяки стрімкому падінню вартості секвенування повний геном високої якості скоро може стати рутинним у медичних лабораторіях. Ще кілька років тому одне таке зчитування коштувало мільйони доларів, сьогодні — менше 10 000.
Згідно з Крістін Бек, лише маючи повну карту, можна говорити про справжнє розуміння здоров’я. Цей проєкт нарешті надає лікарям більшість сторінок, які донедавна були недоступні. І хоча деякі прогалини ще залишаються, їхнє закриття — лише питання часу, адже довго читальні технології стають дедалі доступнішими. Дослідження опубліковано в журналі Nature.