На этом недатированном рекламном проспекте показана двойная спираль ДНК. Американские исследователи впервые разработали метод секвенирования и сравнения геномов 179 человек, представляющих континенты Африки, Европы и Азии, говорится в исследовании в среду.
Небольшие генетические различия между людьми помогают объяснить, почему у одних людей риск развития таких заболеваний, как диабет или рак, выше, чем у других. Сегодня в журнале Nature международный государственно-частный консорциум «Проект 1000 геномов» опубликовал наиболее полную карту этих генетических различий, называемых вариациями, которые, по оценкам, содержат примерно 95 процентов генетических вариаций любого человека на Земле.
Исследователи составили карту, используя технологии секвенирования ДНК следующего поколения, чтобы систематически охарактеризовать генетические вариации человека у 180 человек в трех пилотных исследованиях. Более того, полное масштабирование пилотных проектов уже началось, и данные уже собраны у более чем 1000 человек.
"Пилотные исследования проекта «1000 геномов» заложили важнейшую основу для изучения генетической изменчивости человека," сказал Ричард Дурбин, доктор философии.D., института Wellcome Trust Sanger и сопредседатель консорциума. "Эти подтверждающие принцип исследования позволяют ученым консорциума создать всеобъемлющую общедоступную карту генетической изменчивости, которая в конечном итоге будет собирать последовательности от 2500 человек из разных популяций по всему миру и служить основой будущих генетических исследований."
Генетические различия между людьми относятся к различиям в порядке химических единиц ?? называется базами ?? которые составляют ДНК в геноме человека. Эти различия могут быть такими маленькими, как замена одной базы на другую ?? который называется однонуклеотидным полиморфизмом (сокращенно SNP) ?? или имеет размер, равный целым участкам хромосомы, которые дублируются или перемещаются в другое место в геноме. Некоторые из этих вариаций распространены в популяции, а некоторые – редко. Сравнивая множество людей друг с другом и сравнивая одну популяцию с другими популяциями, исследователи могут создать карту всех типов генетических вариаций.
Цель проекта «1000 геномов» – предоставить всеобъемлющий общественный ресурс, который поддерживает исследователей, стремящихся изучить все типы генетических вариаций, которые могут вызывать заболевания человека. Подход проекта выходит за рамки предыдущих усилий по сбору и интеграции данных обо всех типах вариаций, а также путем изучения образцов из множества человеческих популяций с информированного согласия, что позволяет бесплатно публиковать данные без ограничений на использование. Эти данные уже использовались в исследованиях генетической основы заболевания.
"Делая данные проекта в свободном доступе для исследовательского сообщества, он уже оказывает влияние на исследования как редких, так и распространенных заболеваний," сказал Давид Альтшулер, M.D., Ph.D., Заместитель директора Института Броуда Гарварда и Массачусетского технологического института и сопредседатель проекта. "Биотехнологические компании разработали продукты для генотипирования, чтобы протестировать распространенные варианты проекта на предмет их роли в развитии болезней. В каждом опубликованном исследовании с использованием секвенирования следующего поколения для поиска мутаций редких заболеваний и мутаций рака использовались данные проекта, чтобы отфильтровать варианты, которые могут скрыть их результаты."
В рамках проекта были изучены популяции европейского, западноафриканского и восточноазиатского происхождения. Используя новейшие технологии секвенирования ДНК, девять центров проекта секвенировали весь геном 179 человек и гены, кодирующие белок, 697 человек. Каждую область секвенировали несколько раз, так что более 4.5 терабаз (4.Было собрано 5 миллионов миллионов основных букв) последовательности ДНК. Консорциум с участием академических центров на разных континентах и технологических компаний, которые разработали и продают оборудование для секвенирования, выполнил эту работу.
Для обработки этих данных потребовалось множество технических и вычислительных инноваций, включая стандартизованные способы организации, хранения, анализа и обмена данными секвенирования ДНК. Запущенный в 2008 году проект «1000 геномов» начался с трех пилотных проектов по разработке, оценке и сравнению стратегий для создания каталога генетических вариаций. Финансируемый через многочисленные механизмы фондами и правительствами стран, проект «1000 геномов» будет стоить около 120 миллионов долларов в течение пяти лет, которые завершатся в 2012 году.
Когда работа началась, секвенирование было очень дорогим, поэтому проект начался с двух подходов, направленных на повышение эффективности: одна стратегия, называемая "НЧ", объединяет частичные данные от многих людей; второй, сфокусированный только на той части генома, которая кодирует гены, кодирующие белок. Сравнивая эти стратегии с "Золотой стандарт" данные получены с большой полнотой и точностью, проект смог показать, что оба альтернативных подхода работают хорошо и имеют взаимодополняющие сильные стороны. Исследователи будут использовать обе стратегии в полномасштабном проекте, потому что, хотя затраты на секвенирование снизились, это все еще относительно дорого.
"Мы впервые показали, что новый подход к секвенированию ?? низкий охват многих образцов ?? работает качественно и хорошо," сказал Гил Маквин, доктор философии.D., Профессор статистической генетики Оксфордского университета. "Это доказательство принципа теперь применяется не только в проекте «1000 геномов», но и в исследованиях болезней."
Полученная карта генетической изменчивости человека включает около 15 миллионов SNP, 1 миллион коротких вставок / делеций и более 20000 структурных вариаций. Многие из генетических вариантов были идентифицированы ранее, но более половины были новыми. База данных проекта содержит более 95 процентов измеряемых в настоящее время вариантов, обнаруженных у любого человека, и продолжающаяся работа в конечном итоге позволит выявить более 99 процентов человеческих вариантов.
Ричард Гиббс, доктор философии.D., директор Центра секвенирования генома человека при Медицинском колледже Бейлора (один из центров секвенирования проекта) сказал, "Что действительно волнует меня в этом проекте, так это сосредоточение внимания на выявлении вариантов в генах, кодирующих белок, которые имеют функциональные последствия. Они будут чрезвычайно полезны для изучения болезней и эволюции."
Улучшенная карта преподнесла несколько сюрпризов. Например, исследователи обнаружили, что в среднем каждый человек несет от 250 до 300 генетических изменений, которые могут привести к прекращению нормальной работы гена, и что каждый человек также несет от 50 до 100 генетических вариаций, которые ранее были связаны с наследственным заболеванием. Ни один человек не несет идеального набора генов. К счастью, поскольку каждый человек несет как минимум две копии каждого гена, люди, вероятно, останутся здоровыми, даже неся эти дефектные гены, если вторая копия работает нормально.
Помимо изучения вариантов, общих для многих людей, исследователи также подробно исследовали геномы шести человек: двух нуклеарных семей мать-отец-дочь. Обнаружив новые варианты, присутствующие у дочери, но не у родителей, команда смогла наблюдать точную скорость мутаций у людей, показав, что у каждого человека примерно 60 новых мутаций, которых нет ни у одного из родителей.
После завершения пилотной фазы проект «1000 геномов» перешел в полномасштабные исследования, в которых в течение следующих двух лет будут изучены 2500 образцов из 27 популяций. Данные пилотных исследований и полномасштабного проекта находятся в свободном доступе на сайте проекта www.1000геномов.орг.
Исследователи, изучающие конкретные заболевания, такие как болезнь сердца или рак, используют карты генетической изменчивости, чтобы помочь им определить генетические изменения, которые могут способствовать возникновению заболеваний. За последние пять лет первое поколение таких исследований (называемых общегеномными ассоциативными исследованиями или GWAS) было основано на более ранней карте генетической изменчивости, называемой HapMap. Созданный с использованием более старых технологий, HapMap не обладает полнотой и детализацией проекта 1000 Genomes.
"Карта проекта 1000 геномов заполняет пробелы между ориентирами HapMap, помогая исследователям идентифицировать все гены-кандидаты в регионе, связанном с заболеванием," сказала Лиза Брукс, доктор философии.D., программный директор по генетическим вариациям в Национальном исследовательском институте генома человека, входящем в состав Национальных институтов здравоохранения. "После идентификации ассоциированной с заболеванием области генома необходимо провести экспериментальные исследования, чтобы определить, какие варианты, гены и регуляторные элементы вызывают повышенный риск заболевания. С помощью новой карты исследователи могут просто найти все гены-кандидаты и почти все варианты в базе данных, сэкономив им много шагов в поиске причин."