Тысячи невиданных ранее генетических вариантов в геноме человека были обнаружены с помощью новой технологии секвенирования генома. Эти открытия закрывают многие пробелы в картировании генома человека, которые долгое время сопротивлялись секвенированию.
По словам Эвана Эйхлера, профессора геномных наук из Университета Эвана Эйхлера, этот метод, называемый одномолекулярным секвенированием ДНК в реальном времени (SMRT), теперь может позволить исследователям выявлять потенциальные генетические мутации, лежащие в основе многих состояний, генетические причины которых давно ускользали от ученых. Вашингтонский университет, возглавлявший команду, проводившую исследование.
"Теперь у нас есть доступ к совершенно новому царству генетических вариаций, которое раньше было для нас непрозрачным," Эйхлер сказал.
Эйхлер и его коллега сообщают о своих выводах ноябрь. 10 в журнале Nature.
На сегодняшний день ученым удалось определить генетические причины только примерно половины наследственных заболеваний. Эта головоломка получила название "отсутствует проблема наследственности." Одна из причин этой проблемы может заключаться в том, что стандартные технологии секвенирования генома не могут точно отобразить многие части генома. Эти подходы отображают геномы путем выравнивания сотен миллионов небольших перекрывающихся фрагментов ДНК, обычно длиной около 100 оснований, а затем анализа их последовательностей ДНК для построения карты генома.
Этот подход успешно выявил миллионы небольших вариаций в геноме человека. Эти вариации возникают в результате замены одного нуклеотидного основания, называемого однонуклеотидным полиморфизмом или SNP. Стандартный подход также позволял идентифицировать очень большие вариации, обычно с участием сегментов ДНК длиной 5000 оснований и более. Но по техническим причинам ученым ранее не удавалось надежно обнаруживать вариации, длина которых находится между ними – от 50 до 5000 оснований в длину.
Технология SMRT, использованная в новом исследовании, позволяет секвенировать и считывать сегменты ДНК длиной более 5000 оснований, что намного больше, чем стандартная технология секвенирования генов.
Этот "долго читал" методика, разработанная Pacific Biosciences of California, Inc. Менло-Парк, Калифорния., позволили исследователям создать карту структурных вариаций генома с гораздо более высоким разрешением, чем это было достигнуто ранее. Марк Чейссон, научный сотрудник лаборатории Эйхлера и ведущий автор исследования, разработал метод, который позволил обнаруживать структурные варианты при разрешении пар оснований, используя эти данные.
Чтобы упростить свой анализ, исследователи использовали геном пузырно-заносной родинки, аномального роста, вызванного тем, что сперматозоид оплодотворяет яйцеклетку, в которой отсутствует ДНК матери. Тот факт, что геном крота содержит только одну копию каждого гена вместо двух копий, существующих в нормальной клетке. упрощает поиск генетических вариаций.
Используя новый подход к гидатидиформному геному, исследователи смогли идентифицировать и упорядочить 26079 сегментов, которые отличались от стандартного эталонного генома человека, используемого в исследованиях генома. По словам Эйхлера, о большинстве из этих вариантов, около 22000, никогда раньше не сообщалось.
"Эти данные свидетельствуют о том, что мы упускаем множество вариантов," он сказал.
Этот метод также позволил Эйхлеру и его коллегам составить карту некоторых из более чем 160 сегментов генома, называемых эухроматическими пробелами, которые бросили вызов предыдущим попыткам секвенирования. Их усилия закрыли 50 пробелов и сузили 40 других.
По словам Эйхлера, пробелы включают некоторые важные последовательности, в том числе части генов и регуляторные элементы, которые помогают контролировать экспрессию генов. Некоторые сегменты ДНК в промежутках показывают сигнатуры, которые, как известно, токсичны для Escherichia coli, бактерий, которые обычно используются в некоторых процессах секвенирования генома.
Эйхлер сказал, "Вполне вероятно, что если бы последовательность этой ДНК была помещена в E. coli, бактерии удаляют ДНК." Это может объяснить, почему его нельзя было секвенировать с использованием стандартных подходов. Он добавил, что промежутки также несут сложные последовательности, которые плохо воспроизводятся стандартными технологиями секвенирования.
"Последовательности сильно различаются у разных людей и, вероятно, являются очагами генетической нестабильности," он объяснил.
На данный момент технология SMRT останется инструментом исследования из-за ее высокой стоимости, около 100 000 долларов за геном.
Эйхлер предсказал, "Через пять лет может появиться технология длинных последовательностей, которая позволит клиническим лабораториям секвенировать хромосомы пациента от кончика до кончика и сказать: «Да, у вас около трех-четырех миллионов SNP и вставок-делеций, но у вас также есть примерно 30 000- 40000 вариантов конструкции. Из них несколько структурных вариантов и несколько SNP являются причиной того, что вы подвержены этому заболеванию.’Знание всех вариаций изменит правила игры."