Prošle godine, naučnici su otkrili najkompletniju sekvencu ljudskog genoma bez praznina ikad proizvedena – ali joj je nedostajao jedan mali deo: Y hromozom.
Sada je najmanji član porodice ljudskih hromozoma u potpunosti sekvencioniran, kompletirajući zagonetku za koju su bile potrebne tri decenije da se reši.
Rezultat je sveobuhvatni ljudski referentni genom, koji bi sada mogao da sadrži tajne o muškoj plodnosti.
„Sada kada imamo ovu 100 posto kompletnu sekvencu Y hromozoma, možemo identifikovati i istražiti brojne genetske varijacije koje bi mogle uticati na ljudske osobine i bolesti na način na koji ranije nismo mogli“, kaže Dilan Tejlor, genetičar sa Univerziteta Džon Hopkins i jedan od autora studije.
Y hromozom sadrži mnogo ponavljajućih sekvenci – uključujući nekoliko dugih palindroma – koji su ga do sada činili uglavnom „nečitljivim“.
Predvođen genomičarem Arangom Rijem iz američkog Nacionalnog instituta za istraživanje ljudskog genoma, konzorcijum sa odgovarajućim imenom Telomere-to-Telomere koristio je napredne tehnike sekvenciranja i novorazvijene bioinformatičke algoritme da spoje duge delove DNK, konačno mapirajući Y hromozom u potpunosti.
„Znali smo da imamo nepotpunu sliku do sada“, kaže računarski biolog sa Univerziteta Džon Hopkins Rajiv Mekoj u onome što bi se moglo smatrati blagim potcenjivanjem, s obzirom da je prethodnom nacrtu Y hromozoma nedostajalo više od polovine njegovih baza.
Te praznine, od kojih su mnoge obuhvatale gene koji se odnose na proizvodnju sperme, doveli su do raznih netačnih pretpostavki koje su napravljene u drugim studijama. Za neke ranije nepoznate ljudske I sekvence se, na primer, pogrešno smatralo da su tragovi uzoraka koji kontaminiraju bakterijsku DNK.
„Ali sada možemo da vidimo ceo genom od kraja do kraja po prvi put“, kaže Mekoj.
Tim je popunio više od 30 miliona ‘slova’ u DNK sekvenci da bi sastavio I hromozom u celosti: svih 62.460.029 parova baza. Takođe su ispravili višestruke greške u prethodno sekvenciranim delovima i otkrili 41 novi gen koji kodira proteine.
„Najveće iznenađenje bilo je koliko su reprize organizovane“, kaže Adam Filipi, kompjuterski naučnik sa američkog Nacionalnog instituta za istraživanje ljudskog genoma.
„Skoro polovina hromozoma je napravljena od naizmeničnih blokova dve specifične ponavljajuće sekvence poznate kao satelitska DNK. Pravi prelepu šaru nalik na jorgan.“
U drugoj studiji koju je vodio genetičar sa Univerziteta u Vašingtonu Pille Hallast, istraživači su otišli korak dalje, koristeći referentnu sekvencu za sastavljanje ljudskih I hromozoma od 43 muške osobe, od kojih je polovina predstavljala afričke linije.
Zajedno, skupovi su obuhvatali 183.000 godina ljudske evolucije i otkrili neke iznenađujuće varijacije u I hromozomu.
Kao prvo, I hromozomi su bili veoma različitih veličina, u rasponu od 45,2 miliona do 84,9 miliona parova baza u dužini.
Postojale su i upadljive strukturne razlike: precizne sekvence gena su bile očuvane (tako da su i dalje kodirali prave proteine), ali su ponekad veći delovi DNK bili okrenuti, orijentisani u suprotnom smeru duž Y hromozoma.
„Kada pronađete varijaciju koju ranije niste videli, uvek se nadamo da će te genomske varijante biti važne za razumevanje ljudskog zdravlja“, kaže Filipi.
Nedavno su geni na Y hromozomu bili umešani u agresivne oblike uobičajenih karcinoma kod muškaraca, dok je otkriveno da gubitak Y hromozoma pokreće rast karcinoma bešike. Ali ne znamo šta smo još previdjeli.
Nova era personalizovane medicine vabi ako tehnologije sekvenciranja nastave da napreduju, omogućavajući da se celi genomi – a ne samo odabrani delovi – jeftino sekvenciraju.
Ali sekvenciranje genoma moglo bi pogoršati disparitete u zdravstvu ako se ne reše istorijske nepravde i nedostatak raznolikosti u istraživačkim studijama.
„Na kraju, kako kompletno, tačno i bez praznina sklapanje diploidnih ljudskih genoma postane rutinsko, očekujemo da će ‘referentni genomi’ postati poznati jednostavno kao ‘genomi'“, zaključuju istraživači.
