Ponad 20 lat po tym, jak naukowcy po raz pierwszy opublikowali szkic sekwencji ludzkiego genomu, długo oczekiwana księga życia została napisana od nowa.
Bardziej dokładna i wszechstronna wersja kodu genetycznego została opublikowana w środę, co stanowi ważny krok w kierunku głębszego zrozumienia biologii człowieka i spersonalizowanej medycyny dla ludzi z różnych ras i grup etnicznych.
W przeciwieństwie do poprzedniej publikacji — która była oparta głównie na DNA mężczyzny rasy mieszanej z Buffalo, przy udziale kilkudziesięciu innych osób, głównie pochodzenia europejskiego — nowy „pangenom” zawiera niemal kompletne sekwencje genetyczne 47 mężczyzn i kobiety o różnym pochodzeniu, w tym Afroamerykanie, Karaiby, Azjatycka, Zachodnioafrykańska i Południowoamerykańska.
Zregenerowana mapa genomu jest kluczowym narzędziem dla naukowców i klinicystów, którzy chcą zidentyfikować wariacje genetyczne związane z chorobą. Obiecuje również zapewnić leczenie, które może przynieść korzyści wszystkim ludziom, niezależnie od rasy, pochodzenia etnicznego lub etnicznego, powiedzieli naukowcy.
„Było to potrzebne od dłuższego czasu – i wykonali bardzo dobrą robotę” – powiedział Ewan Birney, genetyk i zastępca dyrektora generalnego Europejskiego Laboratorium Biologii Molekularnej, który nie był zaangażowany w ten wysiłek. „To poprawi nasze szczegółowe zrozumienie różnorodności, a następnie te badania otworzą nowe możliwości zastosowań klinicznych”.
Oparty na najnowszej technologii sekwencjonowania DNA, pangenome łączy wszystkie 47 unikalnych genomów w jednym zasobie, zapewniając najbardziej szczegółowy jak dotąd obraz kodu, który zasila nasze komórki. Luki w poprzednim odnośniku zostały teraz uzupełnione, dodając około 120 milionów brakujących wcześniej liter DNA do kodu o długości trzech miliardów znaków.
Przeminął pomysł totemicznego łańcucha DNA rozciągającego się na sześć stóp, gdy jest zwinięty i rozciąga się w linii prostej. Teraz zrestartowane odniesienie jest jak labirynt kukurydzy, z alternatywnymi ścieżkami i ścieżkami bocznymi, pozwalającymi naukowcom badać szerszy zakres różnorodności genetycznej ludzi na całym świecie.
Dr Eric Green, dyrektor Narodowego Instytutu Badań nad Genomem Człowieka, agencji rządowej, która sfinansowała prace, porównuje te pęknięcia do nowego rodzaju przewodnika po karoserii dla warsztatów samochodowych. Podczas gdy wcześniej każdy mechanik miał specyfikację projektową tylko dla jednego typu samochodu, teraz istnieje ogólny schemat obejmujący różne marki i modele.
„Przeszliśmy od posiadania jednego naprawdę fajnego projektu Chevy do posiadania planów 47 reprezentatywnych samochodów od każdego z 47 różnych producentów” – powiedział.
Ustalenie, co zrobić z Kelly Blue Book of Genomics, wymaga stromej krzywej uczenia się. Potrzebne są nowe narzędzia analityczne. Systemy koordynacji muszą zostać przedefiniowane. Powszechne przyjęcie zajmie trochę czasu.
„Uczynienie tego przyjaznego dla użytkownika przez społeczność to praca do wykonania” – powiedziała Heidi Rehm, dyrektor ds. Genomiki w Massachusetts General Hospital w Bostonie, która nie była zaangażowana w projekt.
Ale eksperci twierdzą, że z czasem pangenom zrewolucjonizuje dziedzinę medycyny genomicznej.
„Korzystalibyśmy na lepszym zrozumieniu siebie jako gatunku” – powiedział Evan Eichler, naukowiec zajmujący się genomiką na University of Washington. Dr Eichler był jednym z ponad 100 naukowców i bioetyków Opis nowego odniesienia do pangenomu W czasopiśmie Natura.
Inżynierowie projektu nadal dodają kolejne populacje, dążąc do włączenia co najmniej 350 genomów wysokiej jakości, które obejmują większość globalnej różnorodności ludzkiej.
„Chcemy reprezentować wszystkie gałęzie ludzkiego drzewa” – powiedział Ira Hall, genetyk, który kieruje Yale Center for Genomic Health.
Niektóre z nowych genomów będą pochodzić od nowojorczyków, którzy wcześniej uczestniczyli w programie badawczym w Mount Sinai Health System. Gdyby ich surowe dane DNA zdawały się odzwierciedlać pewne niedostatecznie reprezentowane pochodzenie genetyczne, osoby te zostałyby zaproszone do udziału w projekcie pangenomu.
Niektóre luki w publicznie dostępnej referencji mogą nie zostać wypełnione, pomimo projektu.
Wcześniejsze próby uchwycenia różnorodności genetycznej człowieka często polegały na pozyskiwaniu danych sekwencyjnych z marginalizowanych populacji bez uwzględnienia ich potrzeb i preferencji. Opierając się na tych błędach etycznych, kuratorzy pangenomu współpracują teraz z grupami tubylczymi, aby opracować formalne zasady dotyczące własności danych.
„Wciąż borykamy się z kwestią suwerenności tubylców i plemion” – powiedziała Barbara Koenig, bioetyk z Uniwersytetu Kalifornijskiego w San Francisco, która była zaangażowana w projekt.
W Australii naukowcy łączą sekwencje DNA różnych ludów tubylczych w podobne repozytorium, które zostanie zintegrowane z pangenomem typu open source, ale następnie będzie przechowywane za zaporą płatną. Według Hardipa Patela z Australian National Center for Indigenous Genomics w Canberze, naukowcy planują następnie skonsultować się z liderami społeczności, czy udostępnić dane na żądanie.
Niektórzy rdzenni zwolennicy chcą, aby projekt pangenomu poszedł jeszcze dalej. Keolu Fox, naukowiec zajmujący się genomiką na Uniwersytecie Kalifornijskim w San Diego, który jest rdzennym Hawajczykiem, zaproponował szkolenie następnej generacji rdzennych naukowców, aby mieli większą kontrolę nad danymi genetycznymi.
„Nadszedł czas, abyśmy w końcu zdecentralizowali władzę i kontrolę oraz rozdzielili ją między same społeczności” – powiedział dr Fox.