شناسایی ژنوم انسان، سرانجام تکمیل شد

دو دهه پس از آن که پروژه ژنوم انسانی اولین پیش نویس توالی ژنوم انسانی را تولید کرد، دانشمندان اولین توالی کامل و بدون شکاف ژنوم انسان را منتشر کردند. به گفته محققان، داشتن یک توالی کامل و بدون شکاف از تقریباً ۳ میلیارد باز (یا «حروف») در DNA ما برای درک طیف کامل تنوع ژنومی انسان و برای درک نقش ژنتیکی در برخی بیماری‌ها ضروری است. این کار توسط کنسرسیوم Telomere to Telomere (T2T) انجام شد که شامل رهبری محققان در موسسه ملی تحقیقات ژنوم انسانی (NHGRI)، بخشی از موسسه ملی بهداشت ایالات متحده، دانشگاه کالیفرنیا، سانتا کروز، رانشگاه واشنگتن، سیاتل بود. NHGRI تامین کننده اصلی این مطالعه بود.

تجزیه و تحلیل توالی کامل ژنوم به طور قابل توجهی به دانش ما در مورد کروموزوم ها می افزاید، از جمله نقشه های دقیق تر برای پنج بازوی کروموزوم، که مسیر های جدیدی از تحقیقات را باز می کند. این مطلب کمک می کند تا به سوالات اولیه زیست شناسی در مورد نحوه جداسازی و تقسیم صحیح کروموزوم ها پاسخ دهیم. کنسرسیوم T2T از توالی ژنومی که اکنون کامل شده است به عنوان مرجعی برای کشف بیش از ۲ میلیون نوع دیگر در ژنوم انسان استفاده میکند تا این مطالعات اطلاعات دقیق تری در مورد انواع ژنومی در ۶۲۲ ژن مرتبط پزشکی ارائه دهد.

اریک گرین (Eric Green) پزشک و مدیر NHGRI، میگوید: «تولید یک توالی ژنوم انسانی واقعاً یک دستاورد علمی باورنکردنی است که اولین نمای جامع از طرح DNA ما را ارائه می دهد. این اطلاعات بنیادی تلاش‌های مداوم بسیاری را برای درک تمام تفاوت‌های عملکردی ژنوم انسان تقویت می‌کند، که به نوبه خود مطالعات ژنتیکی بیماری‌های انسانی را تقویت می‌کند.»

توالی ژنوم انسانی که اکنون کامل شده است، به ویژه برای مطالعاتی که با هدف ایجاد دیدگاه های جامع از تنوع ژنومی انسان، یا چگونگی تفاوت DNA افراد انجام می شود، ارزشمند خواهد بود. چنین بینش هایی برای درک نقش ژنتیکی در برخی بیماری ها و برای استفاده از توالی ژنوم به عنوان بخشی از مراقبت های بالینی در آینده حیاتی هستند. بسیاری از گروه های تحقیقاتی قبلاً استفاده از نسخه پیش از انتشار توالی کامل ژنوم انسانی را برای تحقیقات خود آغاز کرده اند.

توالی کامل بر اساس کار پروژه ژنوم انسانی، که حدود ۹۲ درصد از ژنوم را ترسیم کرد، و تحقیقاتی که از آن زمان انجام شده است، ساخته شده است. هزاران محقق تجهیزات آزمایشگاهی، روش های محاسباتی و رویکردهای استراتژیک بهتری را برای رمزگشایی توالی پیچیده توسعه داده اند. شش مقاله شامل توالی تکمیل شده در مجله Science به همراه مقالات همراستا در چندین مجله دیگر منتشر شد.

این ۸ درصد آخر شامل ژن های متعدد و DNA تکراری و از نظر اندازه با کل کروموزوم قابل مقایسه است. محققان توالی کامل ژنوم را با استفاده از یک رده سلولی خاص که دارای دو نسخه یکسان از هر کروموزوم است، بر خلاف اکثر سلول‌های انسانی که دارای دو نسخه کمی متفاوت هستند، تولید کردند. محققان خاطرنشان کردند که بیشتر توالی‌های DNA تازه اضافه شده در نزدیکی تلومرهای تکراری (انتهای طولانی و انتهایی هر کروموزوم) و سانترومرها (بخش‌های میانی متراکم هر کروموزوم) قرار دارند.

ایوان ایچلر (Evan Eichler) محقق دانشکده پزشکی دانشگاه واشنگتن و رئیس مشترک کنسرسیوم T2T افزود: از زمانی که ما اولین پیش نویس توالی ژنوم انسانی را داشتیم، تعیین توالی دقیق مناطق پیچیده ژنومی چالش برانگیز بود. من خوشحالم که کار را انجام دادیم. این طرح کامل، طرز تفکر ما در مورد تنوع ژنومی، بیماری و تکامل انسان را متحول خواهد کرد.»

هزینه تعیین توالی ژنوم انسان با استفاده از فناوری‌های «خواندن کوتاه» “short-read” ، که چندین صد پایه توالی DNA را در یک زمان ارائه می‌کند، تنها چند صد دلار است که از زمان پایان پروژه ژنوم انسانی کاهش چشمگیری داشته است. با این حال، استفاده از این روش‌های کوتاه‌خوان به تنهایی هنوز هم شکاف‌هایی در توالی‌های ژنوم مونتاژ شده باقی می‌گذارد. کاهش شدید هزینه‌های توالی‌یابی DNA همراه با افزایش سرمایه‌گذاری در فناوری‌های جدید توالی‌یابی DNA برای خواندن توالی DNA طولانی‌تر بدون به خطر انداختن دقت آزمون است.

در طول دهه گذشته، دو فناوری جدید توالی‌یابی DNA پدیدار شدند که خواندن توالی‌های بسیار طولانی‌تری را تولید کردند. روش توالی یابی DNA نانوپور آکسفورد می تواند تا ۱ میلیون حرف DNA را  با دقت متوسط قرائت کند، در حالی که روش توالی یابی DNA PacBio HiFi می تواند حدود ۲۰۰۰۰ حرف را با دقت تقریباً کامل بخواند. محققان کنسرسیوم T2T از هر دو روش توالی یابی DNA برای تولید توالی کامل ژنوم انسانی استفاده کردند.

کارن میگا (Karen Miga) یکی از رئیسای کنسرسیوم T2T که گروه تحقیقاتی آن در دانشگاه کالیفرنیا، می‌گوید: «با استفاده از روش‌های طولانی مدت، ما پیشرفت‌هایی در درک خود از سخت‌ترین و غنی‌ترین بخش‌های ژنوم انسان داشته‌ایم. این توالی کامل ژنوم انسانی در حال حاضر بینش جدیدی در مورد زیست شناسی ژنوم ارائه کرده است، و من مشتاقانه منتظر دهه آینده اکتشافات در مورد این مناطق تازه کشف شده هستم.»

به گفته آدام فیلیپی (Adam Phillippy) رئیس مشترک کنسرسیوم، که گروه تحقیقاتی او در NHGRI تلاش نهایی را رهبری کرد، تعیین توالی کل ژنوم یک فرد باید در سال های آینده با هزینه کمتر و ساده تر انجام شود.

فیلیپی همچنین افزود: “در آینده، زمانی که فردی توالی ژنوم خود را تعیین می کند، ما قادر خواهیم بود تمام گونه های موجود در DNA آنها را شناسایی کنیم و از آن اطلاعات برای راهنمایی بهتر مراقبت های بهداشتی او استفاده کنیم. واقعاً تکمیل توالی ژنوم انسان مانند گذاشتن یک عینک جدید بود. اکنون که می‌توانیم همه چیز را به وضوح ببینیم، یک قدم به درک معنای همه آن‌ها نزدیک‌تر شده‌ایم.»

 

 

جهت مشاهده سایت NIH/موسسه تحقیقات ژنوم انسانی اینجا کلیک کنید

منبع

جهت مشاهده مقالات بیشتر اینجا کلیک کنید