Pirmasis pilnas žmogaus genomas, skirtas sustiprinti genetinę analizę, rodo NIST tyrimas


Pirmasis pilnas žmogaus etaloninis genomas, kuris gali būti DNR sekos nustatymo šablonas, ištaiso ankstesnės nuorodos klaidas, pvz., trūkstamą arba netinkamai įdėtą genetinį kodą.

Kreditas:

B. Hayesas / NIST

Kartu su naujai atnaujintu žmogaus genomu, kuris užpildo ilgametes spragas, kad būtų visiškai išaiškinta daugiau nei 3 milijardai raidžių, sudarančių mūsų genetinį kodą, atskiras papildomas tyrimas parodė, kad jis gali būti tikslus šablonas, pagerinantis mūsų DNR sekos nustatymo galimybes. šuoliais.

Grupė viduje Telomere-to-Telomere (T2T) konsorciumas Iniciatyva, kuri užbaigė genomą, vadovaujama Nacionalinio standartų ir technologijų instituto (NIST), Johnso Hopkinso universiteto ir Kalifornijos universiteto Davise, išbandė viso genomo gebėjimą palaikyti DNR seką iš tūkstančių žmonių. Naujame žurnale paskelbtame straipsnyje Mokslas, tyrėjai nustatė, kad jis ištaisė dešimtis tūkstančių klaidų, atsiradusių dėl ankstesnio genomo perteikimo, ir buvo geresnis daugiau nei 200 medicininės svarbos genų analizei. Išvados rodo, kad T2T genomas gali labai paskatinti genetinių sutrikimų tyrimus ir kad ateityje pacientai gali pasinaudoti patikimesnių diagnozių pranašumais.

Kai gydytojai ir mokslininkai nustato DNR seką, kad ištirtų ar diagnozuotų genetinį sutrikimą, jie naudoja mašinas, gaminančias DNR eilutes, kurių kiekviena atspindi paciento ar tiriamojo genomo dalį. Tada jie lygina tas eilutes su šablonu, vadinamu etaloniniu genomu, kad suprastų, kokia tvarka jas sudėti.

„Jei DNR sekos nustatymas yra tarsi dėlionės sudarymas, tai etaloninis genomas yra tarsi baigtos dėlionės paveikslėlis ant dėžutės. Tai padeda jums sudėti dalis“, – sakė NIST biomedicinos inžinierius Justinas Zookas, tyrimo bendraautoris.

Pažangiausiam etaloniniam genomui iki T2T versijos trūksta 8% genomo, o tam tikrose sekcijose, kurias sekvenavimo technologijoms anksčiau buvo sunku iššifruoti, gausu klaidų.

Dėl šių netobulumų nuoroda buvo panaši į dėlionės dėžutės paveikslėlį, kuriame yra tuščių dalių ir gabalai rodomi netinkamoje vietoje. Tačiau dėl technologinės ir mokslo pažangos genomikos srityje per pastaruosius du dešimtmečius T2T konsorciumas sugebėjo užpildyti ir išvalyti žmogaus etaloninį genomą.

Zookas ir kiti tyrimo autoriai siekė parodyti, kokį skirtumą baigta nuoroda padarytų nustatant DNR seką.

Komanda rado pagrindą nuorodai 1000 genomų projektas (1KGP), tarptautinės pastangos, sukaupusios genetiškai įvairias genomų sekas iš tūkstančių žmonių iš keturių skirtingų žemynų. Užuot pradėję nuo nulio ir gavę DNR iš naujų subjektų, tyrėjai sugebėjo sujungti DNR segmentus, jau išdėstytus 1KGP.

Autoriai naudojo kompiuterines programas, kad ištirtų 3202 genomus su T2T nuoroda ir palygino rezultatus su paskelbtu darbu apie šiuos genomus, kurie buvo atlikti su ankstesne nuoroda. Tapo aišku, kad genomai, sujungti naudojant vieną iš dviejų nuorodų, svarbiuose regionuose labai skiriasi.

T2T etaloninis genomas atskleidė milijonus genetinių variacijų – DNR ruožų, kurie skiriasi nuo žmogaus –, kurių neparodė kita nuoroda. Be to, sekomis nuplovė dešimtis tūkstančių dėmių, pavyzdžiui, neteisingai išdėstytus variantus. Kitaip tariant, nauji variantai užpildė dėlionės dėžutės paveikslėlio tuščias vietas, o pataisymai parodė tinkamas dėlionės dalis ten, kur tūkstančiai anksčiau buvo ne vietoje.

„Mes nustatėme, kad ši nauja nuoroda pagerino tikslumą visame pasaulyje. Taigi, nepaisant to, kokie buvo individo protėviai, nesvarbu, ar jie buvo afrikiečiai, kaukaziečiai ar azijiečiai, nauja nuoroda pagerino jų rezultatus“, – sakė Zookas.

Norėdami geriau suprasti naujosios nuorodos galimybes, mokslininkai bandė jį panaudoti, kad nustatytų 269 genų, turinčių žinomų arba įtariamų sąsajų su liga, variacijas. Šie genai yra paslėpti tose genomo srityse, kurias anksčiau buvo sunku tiksliai iššifruoti.

Norėdami atlikti šį testą, autoriai susiaurino savo dėmesį tik vienam asmeniui, kuriam plačiai būdingas NIST vadovaujamas „Genome in a Bottle Consortium“, o ne tūkstančiai. Jie atliko griežtą šio asmens, kuris sutiko viešinti savo genetinį kodą, genomo analizę, naudodami daugybę galingų sekos nustatymo technologijų, paremtų nauja nuoroda, sakė Zookas.

Už savo pastangas jie gavo genominį etaloną – labai tikslų skaitmeninį DNR rodmenis dominančiuose genuose, kuris gali būti atsakymo raktas vertinant sekos nustatymo metodus.

Komanda suporavo nuorodas su trimis skirtingomis sekos technologijomis. Bet nesvarbu, koks požiūris, T2T genomas visada pranoko savo pirmtaką, net 12 kartų sumažindamas paklaidą naudojant vieną technologiją.

T2T etaloninis genomas užbaigia mūsų genetinio plano sudarymą, pažymėdamas esminį etapą genomikos srityje. Visos srities tyrėjai dabar galės ištirti genomo sritis, kurios anksčiau buvo neribotos, ir pradės suprasti, kaip daugybė genų yra susiję su įvairiomis ligomis. Tačiau, anot Zook, dar reikia nuveikti, kol klinikos tai pradės įgyvendinti.

Pagal visus požymius iki šiol T2T nuoroda yra tikslesnė nei dabartinė nuoroda. Tačiau mokslininkai pasinaudojo dabartine nuoroda analizuodami milijonus genomų, įgydami gilių žinių, kurios yra būtinos norint tinkamai interpretuoti rezultatus. Norėdami judėti pirmyn, ekspertai turės suprasti naujosios nuorodos ypatybes ir trūkumus.

“Manau, kad tikrai reikės daug daugiau dirbti, kad suprastumėte daugelio individų DNR sekų tikslumą genomo regionuose, kuriuos dabar daro ši nuoroda prieinama”, – sakė Zookas.


Referatas: Sergejus Aganezovas, Stephanie M. Yan, Daniela C. Soto, Melanie Kirsche, Samantha Zarate, Pavel Avdeyev, Dylan J. Taylor, Kishwar Shafin, Alaina Shumate, Chunlin Xiao, Justin Wagner, Jennifer McDaniel, Nathan D. Olson, Michael EG Sauria, Mitchell R. Vollger, Arang Rhie, Melissa Meredith, Skylar Martin, Joyce Lee, Sergey Koren, Jeffrey A. Rosenfeld, Benedict Paten, Ryan Layer, Chen-Shan Chin, Fritz J. Sedlazeck, Nancy F. Hansen, Danny E. Milleris, Adamas M. Phillippy, Karen H. Miga, Rajiv C. McCoy, Megan Y. Dennis, Justin M. Zook ir Michael C. Schatz. Išsamus etaloninis genomas pagerina žmogaus genetinės variacijos analizę. Mokslas. Paskelbta internete 2022 m. kovo 31 d. DOI: 10.1126/science.abl3533