Obwohl es jahrzehntelang fast vollständig war, sagen Wissenschaftler, dass es ihnen schließlich gelungen ist, das menschliche Genom, die Anweisungen für den Aufbau und die Wartung eines Menschen, zu entschlüsseln.
Dieser genetische Plan war laut den Teilnehmern der an diesem Donnerstag in der Zeitschrift Science veröffentlichten Studie vollständig zusammengestellt. Ein internationales Team beschrieb die erste Sequenzierung eines vollständigen menschlichen Genoms. Die bisherigen Bemühungen, die auf der ganzen Welt gefeiert wurden, waren unvollständig, da die damaligen DNA-Sequenzierungstechnologien bestimmte Teile davon nicht lesen konnten. Selbst nach den Aktualisierungen fehlten etwa 8% des Genoms.
„Einige der Gene, die uns nur zum Menschen machen, befanden sich tatsächlich in dieser 'dunklen Materie des Genoms' und wurden völlig übersehen“, sagte Evan Eichler, ein Forscher an der University of Washington, der an den aktuellen Bemühungen und dem ursprünglichen Humangenomprojekt beteiligt war. „Es hat mehr als 20 Jahre gedauert, aber es ist uns endlich gelungen“, betonte er.
Viele, darunter Eichlers eigene Schüler, dachten, es sei vorbei. „Ich habe es ihnen beigebracht und sie sagten: 'Warte eine Minute. Ist das nicht das sechste Mal, dass sie den Sieg erklärt haben? Ich sagte: „Nein, dieses Mal haben wir es wirklich, wirklich geschafft!
Wissenschaftler sagten, dass dieses umfassende Bild des Genoms der Menschheit ein besseres Verständnis unserer Evolution und Biologie vermitteln und gleichzeitig die Tür für medizinische Entdeckungen in Bereichen wie Altern, neurodegenerative Erkrankungen, Krebs und Herzerkrankungen öffnen wird.
„Wir erweitern einfach unsere Möglichkeiten, Krankheiten des Menschen zu verstehen“, sagte Karen Miga, Autorin einer von sechs am Donnerstag veröffentlichten Studien.
Die Forschung gipfelt in jahrzehntelanger Arbeit. Der erste Entwurf des menschlichen Genoms wurde im Rahmen einer Zeremonie im Weißen Haus im Jahr 2000 von den Leitern zweier konkurrierender Einrichtungen angekündigt: einem international öffentlich finanzierten Projekt unter der Leitung einer Behörde des US-Handelsministeriums und eines privaten Unternehmens, Celera Genomics, mit Sitz in Maryland.
„Das Telomer-zu-Telomer (T2T) -Konsortium hat die erste wirklich vollständige 3,055-Milliarden-Basenpaar-Sequenz (bp) eines menschlichen Genoms fertiggestellt, was die größte Verbesserung des menschlichen Referenzgenoms seit seiner ersten Einführung darstellt“, schrieben die Wissenschaftler letzten Juni in einem Artikel, der über die Forschung veröffentlicht wurde -Server biorXiv, seitdem wurde es bis dahin nicht von Experten begutachtet, was jetzt endlich passiert ist.
Das neue Genom sei ein Sprung nach vorne, sagten die Forscher zu dieser Zeit, der durch neue DNA-Sequenzierungstechnologien ermöglicht wurde, die von zwei Unternehmen des privaten Sektors entwickelt wurden: Kaliforniens Pacific Biosciences, auch bekannt als PacBio, und British Oxford Nanopore. Seine Technologien zum Lesen von DNA haben sehr spezifische Vorteile gegenüber Tools, die für Forscher seit langem als grundlegend angesehen wurden.
„Diese 8% des Genoms wurden aufgrund ihrer mangelnden Bedeutung, aber aufgrund technologischer Einschränkungen nicht übersehen“, schrieben die Forscher. „Die hochpräzise Long-Read-Sequenzierung hat diese technologische Barriere endgültig beseitigt und umfassende Untersuchungen der genomischen Variation im gesamten menschlichen Genom ermöglicht. Solche Studien erfordern zwangsläufig ein vollständiges und genaues Referenzgenom für den Menschen, was letztendlich die Einführung des hier vorgestellten T2T-CHM13-Sets vorantreiben wird.“
Das menschliche Genom besteht aus etwa 3,1 Milliarden Untereinheiten DNA, chemischen Basenpaaren, die unter den Buchstaben A, C, G und T bekannt sind. Gene sind Zeichenfolgen dieser Buchstabenpaare, die Anweisungen zur Herstellung von Proteinen, den Bausteinen des Lebens, enthalten. Menschen haben etwa 30.000 Gene, die in 23 Gruppen organisiert sind, die als Chromosomen bezeichnet werden und sich im Zellkern jeder Zelle befinden.
Bisher „große und anhaltende Lücken, die auf unserer Karte waren, und diese Lücken fallen in sehr wichtigen Regionen“, sagte Miga.
Miga, Genomforscherin an der University of California-Santa Cruz, arbeitete mit Adam Phillippy vom National Institute for Human Genome Research zusammen, um das Wissenschaftlerteam so zu organisieren, dass es bei Null mit einem neuen Genom beginnt, mit dem Ziel, alles zu sequenzieren, einschließlich fehlender Teile. Die Gruppe, benannt nach den Schnitten an den Enden der Chromosomen, Telomere genannt, ist als Telomere-zu-Telomer-Konsortium oder T2T bekannt.
Seine Arbeit fügt dem menschlichen Genom neue genetische Informationen hinzu, korrigiert frühere Fehler und deckt lange DNA-Abschnitte auf, von denen bekannt ist, dass sie sowohl bei der Evolution als auch bei der Krankheit eine wichtige Rolle spielen. Eine Version der Forschung wurde letztes Jahr veröffentlicht, bevor sie von Wissenschaftlerkollegen überprüft wurde.
„Ich würde sagen, dass dies eine enorme Verbesserung des Humangenomprojekts ist“, was seine Wirkung verdoppelt, sagte der Genetiker Ting Wang von der University of Washington School of Medicine in St. Louis, der nicht an der Untersuchung beteiligt war.
Eichler sagte, dass einige Wissenschaftler früher dachten, dass unbekannte Gebiete „Müll“ enthielten. Aber „einige von uns dachten immer, es gäbe Gold in diesen Hügeln“, sagte er.
Es stellt sich heraus, dass Gold viele wichtige Gene enthält, wie zum Beispiel diejenigen, die wichtig sind, um das Gehirn einer Person größer als das eines Schimpansen zu machen, mit mehr Neuronen und Verbindungen.
Um solche Gene zu finden, brauchten Wissenschaftler neue Wege, die kryptische genetische Sprache des Lebens zu lesen. Das Lesen von Genen erfordert das Schneiden von DNA-Strängen in Stücke von Hunderten bis Tausenden von Buchstaben. Sequenziermaschinen lesen die Buchstaben auf jedem Stück und Wissenschaftler versuchen, die Teile in die richtige Reihenfolge zu bringen. Dies ist besonders schwierig in Bereichen, in denen Buchstaben wiederholt werden.
Wissenschaftler sagten, dass einige Bereiche vor Verbesserungen der Gensequenzierungsmaschinen unleserlich waren, mit denen sie beispielsweise eine Million Buchstaben DNA gleichzeitig genau lesen können. Auf diese Weise können Wissenschaftler Gene mit wiederholten Bereichen als längere Ketten betrachten und nicht als Fragmente, die sie später zusammensetzen mussten.
Die Forscher mussten auch eine weitere Herausforderung bewältigen: Die meisten Zellen enthalten Genome von Mutter und Vater, was Versuche, die Teile richtig zusammenzusetzen, verwirrt. Die T2T-Forscher lösten dies, indem sie eine Zelllinie aus einem „vollständigen hydatiformen Mol“ verwendeten, einem abnormalen befruchteten Ei, das kein fötales Gewebe enthält und zwei Kopien der DNA des Vaters und keine der DNA der Mutter enthält.
Der nächste Schritt wird darin bestehen, weitere Genome abzubilden, einschließlich solcher, die Sammlungen von Genen beider Elternteile enthalten. Diese Bemühungen haben keines der 23 Chromosomen, die bei Männern gefunden wurden, das sogenannte Y-Chromosom, abgebildet, da das Mol nur ein X enthielt.
Wang sagte, er arbeite mit der T2T-Gruppe im Human Pangenome Reference Consortium zusammen, das versucht, „Referenz“ -Genome oder -Vorlagen für 350 Personen zu generieren, die die Breite der menschlichen Vielfalt repräsentieren.
„Wir haben jetzt ein korrektes Genom und wir müssen viele, viele weitere tun“, sagte Eichler. „Dies ist der Beginn von etwas wirklich Fantastischem für den Bereich der Humangenetik.“
In einem weiteren bemerkenswerten Fortschritt in der Genetik haben Wissenschaftler der University of Oxford im vergangenen Februar den ersten Stammbaum der Menschheit geschaffen. „Der theoretische Hintergrund genomweiter Genealogien, die beschreiben, wie wir Gene von unseren Vorfahren geerbt haben, hat sich in den letzten drei Jahrzehnten entwickelt“, erklärte Anthony Wilder Wohns, Postdoktorand am Broad Institute am MIT und Harvard, ehemaliger Doktorand an der Big Data Institut (BDI) der Universität Oxford und Hauptautor der Forschung-. Die tatsächliche Schätzung dieser Struktur ist jedoch ein enorm schwieriges statistisches Problem.“
Die Schwierigkeiten, die mit der Kombination riesiger Datensätze aus einer Vielzahl verschiedener Datenbanken verbunden sind, waren bisher ein großes Hindernis für diese Forschungsbemühungen. Wilder Wohns, ein weiterer Hauptautor dieser neuen Studie, die während seiner Zeit am BDI durchgeführt wurde, berichtete über „eine neuartige Methode zur einfachen Kombination von Millionen genomischer Sequenzen aus alten und modernen Populationen“.
Zusammen mit seinen Kollegen nutzte Wohns diese Methode, um einen „ersten Entwurf“ des Stammbaums der Menschheit zu erstellen. „Wir haben einen neuartigen Algorithmus entwickelt, der genetische Beziehungen ableitet, ohne jede DNA-Sequenz miteinander vergleichen zu müssen, und sie mit einem anderen Algorithmus kombiniert, der Daten auf gemeinsame Vorfahren setzt, indem alle Abstammungen als ein einziges Netzwerk behandelt werden“, erklärte er. Durch die Schätzung der gesamten Genealogie der Menschheit konnten wir außerdem Algorithmen erstellen, mit denen wir das gesamte Genom verwenden konnten, um abzuschätzen, wann und zum ersten Mal wo unsere Vorfahren lebten.“
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