Более 20 лет назад геном человека был впервые секвенирован . Хотя первая версия была полна «дыр», представляющих недостающие последовательности ДНК, геном постепенно улучшался в последующих раундах . Каждый из них повысил качество генома и тем самым устранил большую часть пробелов, которые мешали нам полностью прочитать наш генетический материал.
Фундаментальная трудность, с которой столкнулись исследователи при чтении генома от начала до конца, заключается в огромном количестве населяющих его повторяющихся последовательностей. Около 20 000 генов, которыми обладает человек, занимают едва ли 2% всего генома . Остальные 98% по существу состоят из этих семейств повторяющихся последовательностей, мобильных элементов, известных как транспозоны и ретротранспозоны, и — в меньшей, но функционально важной степени — последовательностей, регулирующих экспрессию генов . Они действуют как переключатели, определяющие, когда и где гены включаются и выключаются.
В марте 2022 года в журнале Science была опубликована крупная редакция генома . Международный консорциум исследователей, известный как «T2T» (от теломер к теломерам, которые являются концами хромосом), использовал новую стратегию, основанную на типе клеток (CHM13), который сохраняет только одну копию каждой хромосомы.
В сочетании с новейшими методами секвенирования ДНК исследователям удалось добавить около 200 миллионов букв в геном человека, устранив большинство дыр в хромосомах с 1 по 22.
Осталась только самая маленькая из всех хромосом, которые есть у людей: Y. Это исключительно мужская хромосома, которая к тому же самая сложная, с повторяющимися последовательностями всех видов.
Y-хромосома наконец-то расшифрована
У каждого из нас в клетках имеется 46 хромосом , расположенных парами. На самом деле существует 23 пары хромосом, 22 пары аутосомных хромосом (от 1 до 22) и одна пара половых хромосом (которые могут быть X или Y).
Из каждой пары хромосом мы наследуем одну от отца и одну от матери. Большинство женщин имеют конфигурацию хромосомы 46ХХ — последняя пара хромосом, 23, состоит из двух копий Х-хромосомы. Большинство мужчин имеют конфигурацию хромосомы 46XY, что означает, что пара половых хромосом состоит из X- и Y-хромосомы.
Y-хромосома, присутствующая только у мужчин, содержит гены, ответственные за развитие мужских половых органов, в частности главный ген SRY , который запускает каскад событий, который в конечном итоге превращает начальную недифференцированную гонаду в семенники, где вырабатываются сперматозоиды. . В отсутствие гена SRY (как у самок 46XX) эта примордиальная гонада в конечном итоге развивается в яичники, где производятся яйцеклетки.
Консорциум T2T решил технические проблемы, которые препятствовали завершению последовательности Y-хромосомы, и тем самым обнаружил 40 ранее неизвестных генов, кодирующих белок. Как подробно описано в статье в журнале Nature , это добавляет еще 30 миллионов букв к длине общего человеческого генома , который теперь будет насчитывать 3,23 миллиарда букв. Новый эталонный геном, получивший название T2T-CHM13+Y, был предоставлен всему исследовательскому сообществу авторами исследования.
Помимо полной последовательности Y-хромосомы, Nature опубликовала второе исследование последовательностей 43 Y-хромосом, полученных от людей, живших за последние 183 000 лет. Их анализ показывает большое разнообразие размеров и структуры этой Y-хромосомы в ходе эволюции. Исследователи обнаружили, среди прочего, большие инверсии последовательностей — фрагменты ДНК, которые перевернуты и вставлены вверх ногами.
То, что мы знаем больше об Y-хромосоме, является отличной новостью. Примерно год назад мы стали свидетелями еще одного научного прорыва, связывающего распространенную потерю Y-хромосомы во многих клетках с более короткой продолжительностью жизни мужчин по сравнению с женщинами. И понятно, что в генах скрыта гораздо более ценная информация.
Пангеномная инициатива
Эти два новых исследования значительно расширяют наши знания о ДНК человека, решая то, что нам еще предстоит открыть о самой маленькой, но самой сложной хромосоме в нашем геноме. Они идут вслед за инициативой по созданию пангенома , цель которой — выявить генетическую изменчивость, существующую среди людей. Хотя у всех нас общая большая часть генома, мы различаемся примерно на 0,1%. Это соответствует разнице более чем в 3 миллиона пар букв между любыми двумя людьми.
Благодаря инициативе пангенома у нас больше не будет одного эталонного генома, а появятся сотни, которые будут более надежно иллюстрировать наши генетические сходства и различия. Помимо прочего, это должно помочь нам легче обнаруживать мутации генов, связанные с тысячами врожденных заболеваний.
