Siker - fehér foltokkal

2003-ban történelem íródott, amikor első alkalommal sikerült szekvenálni a humán genomot. Azóta a technológiai fejlesztések lehetővé tették a finomhangolást, kiigazításokat és kiegészítéseket, így ma az emberi genom a legpontosabb és legteljesebb gerinces genom, amelyet valaha szekvenáltak.

Ennek ellenére továbbra is maradtak fehér foltok, például az emberi kromoszómák területén. Általánosságban nagyon jól értjük a működésüket, ám még ma is vannak feltérképezetlen szakaszok a génszekvenciáikban.

Most, ismét csak történelmet írva a genetikusok feltártak néhányat, ezekből az ismeretlen szakaszokból, és megtörtént egy emberi X kromoszóma első teljes, résmentes, végponttól végpontig tartó (avagy telomertől-telomerig érő) genetikai szekvenálása.

Rés-eredmények

Az eredményt egy új módszer, a nanopórusos szekvenálásnak nevezett technológia tette lehetővé, mellyel ultra hosszúságú DNS-szálak is leolvashatóak, így teljesebb és szekvenciálisabb összeállítási térképet biztosít.

Ez jelentősen felülmúlja a korábbi szekvenálási technikákat, melyekkel csak a DNS rövid részei olvashatók el egyszerre, és a genetikusoknak ezeket a szakaszokat még egyfajta puzzle-ként össze is kellett rakniuk.

Bár ez sem ment rosszul, a darabok általában ugyanolyannak tűntek, ezért nagyon bonyolult volt kideríteni, hogy helyesen rakták-e össze őket, nem csupán megfelelő sorrendben, de a megfelelő ismétlődési számban is, és természetesen akadtak rések is ezekben a szekvenciákban.

"Azt kezdjük észrevenni, hogy azoknak a régióknak némelyike, ahol a referenciaszekvenciában a  hiányosságok voltak, valójában a leggazdagabb variációkat mutatják az emberi népességben. Tehát nagyon sok információ hiányzott, ami nyilvánvalóan fontos lehet az emberi biológia és betegségek megértéséhez"

- mondta el Karen Miga DNS-biológus a Kaliforniai Egyetem Santa Cruz Genomikai Intézetéből.

Nanopórusos szekvenálás

Ebben segített a nanopórusos-szekvenálás. Ehhez egy fehérje nanopórust - egy nanoméretű lyukat - használnak fel, mely egy elektromos ellenállásként funkcionáló membránban található. Amikor a membrán áram alá kerül, nanopórusokba juttatott genetikai anyag, vagyis a DNS molekulánként préselődik át ezen a lyukon, az áramban mért változás pedig lefordítható a genetikai szekvenciára. Ez a technológia ráadásul csökkenti a polimeráz láncreakciók iránti igényt, mely módszer során több millió másolat készül a DNS-ről, felerősítve azt.

A módszer használatával Miga és csapata a molaterhességnek nevezett (hydatidiform mole) ritka típusú, jóindulatú daganatból származó DNS-t használt, más szekvenálási technológiákkal (Illumina és PacBio, és a BioNano Genomics optikai térképei) együtt, biztosítva azt, hogy a végeredmény a lehető legteljesebb legyen.

Szigorúan ellenőrzött kromoszómák

"Három különböző szekvenálási platform együttes alkalmazásával iteratív eljárást használtunk a sorozat csiszolására és a lehető legmagasabb magas pontosság elérésére" - mondta Miga. "Az egyedi jelölők egyfajta rögzítőrendszert biztosítottak az ultra hosszú leolvasásokhoz, és miután a leolvasásokat  rögzítettük, több adatkészlettel is megcímkézhettük az egyes bázisokat."

Még ezekkel a redundáns, biztonsági leolvasásokkal együtt is maradtak hiányosságok - leginkább a centromerben, a kromatidokat (ezek drótszerű szálak, melyekké a kromoszóma osztódik) összekötő struktúrában. Ez a régió létfontosságú a mitózis szempontjából, de ugyanakkor nagyon összetett is. Az X kromoszómában ebben a régióban rengeteg ismétlődés található, mintegy 3,1 millió DNS bázispárt foglalva magában.

A kutatók úgy tudták megfejteni ezt a hírhedten bonyolult struktúrát, hogy az ismétlésekben előforduló, kisebb eltérésekre figyeltek. Ezek a variációk lehetővé tették a tudósok számára, hogy összehangolják és összekapcsolják a hosszú leolvasások eredményeit, megalkotva a centromer teljes DNS szekvenciáját.

"Számomra elképesztő volt annak az ötlete, hogy összeállíthatunk egy 3 megabázis méretű tandem ismétlődést" - mondta el Miga. "Most már elérhetjük ezeket a korábban kezelhetetlennek gondolt, ismétlődő régiókat, amelyek bázisok millióit fedik le."

Ez a szigorú megközelítés lehetővé tette a csapat számára, hogy megszüntessék a jelenlegi X kromoszóma referenciamodelljének mind a 29 hiányosságát, ami hatalmas előrelépés az emberi genom teljes feltérképezéséhez szükséges projektben.

"Az eredményeink azt mutatják, hogy a teljes emberi genom befejezése már elérhető távolságban van" - írták a kutatók a tanulmányban, “és a most megszerzett adatok lehetővé teszik a fennmaradó emberi kromoszómák feltérképezésére irányuló erőfeszítések sikerét."

A friss eredmények adatai teljes mértékben elérhetők a GitHub webhelyen, és a cikk megjelent a Nature-ben is.

(Képek: Unsplash)