ژنوم انسان برای اولین بار به طور کامل توالی یابی شد - وبلاگ جعبه گیگابایتی

به گزارش وبلاگ جعبه گیگابایتی، بیست سال پس از آنکه دانشمندان پروژه ژنوم انسانی، پیروز شدند اولین پیش نویس توالی ژنوم انسانی را فراوری نمایند، گروه دیگری از این دانشمندان در کنسرسیوم تلومر تو تلومر (T2T) اکنون نسخه کامل آن را معرفی نموده اند. نسخه ای که اولین توالی یابی کامل ژنوم انسان محسوب می گردد.

به گزارش وبلاگ جعبه گیگابایتی، به گفته محققان T2T، داشتن یک توالی کامل و بدون شکاف از تقریباً سه میلیارد جفت باز در DNA ما برای درک طیف کامل تنوع ژنومی انسان و برای درک نقش ژنتیکی در بعضی بیماری ها لازم است. آن ها قبلاً بیش از دو میلیون نوع دیگر را در ژنوم انسان کشف نموده اند و اطلاعات دقیق تری در خصوص انواع ژنومی در 622 ژن مرتبط با پزشکی ارائه نموده اند.

ژنوم انسان از بیش از 6 میلیارد حرف DNA تشکیل شده است، تقریباً به همان تعداد پستانداران دیگر مانند شامپانزه ها که در بین 23 جفت کروموزوم پخش شده است. برای خواندن یک ژنوم، دانشمندان ابتدا تمام آن DNA را به قطعاتی به طول صد ها تا هزاران حرف خرد می نمایند. سپس ماشین های توالی یابی حروف جداگانه هر قطعه را می خوانند و محققان سعی می نمایند قطعات را به ترتیب درستی مانند کنار هم قرار دادن یک پازل پیچیده جمع نمایند.

یک چالش بزرگ در این راستا این است که بعضی از منطقه ها ژنوم حروف یکسان را بار ها و بار ها تکرار می نمایند. نواحی تکرار شونده شامل سانترومر ها که دو رشته کروموزوم را در کنار هم نگه می دارند و نقش مهمی در تقسیم سلولی دارند، و DNA ریبوزومی است که دستورالعمل هایی را برای کارخانه های پروتئین سلول ارائه می دهد. البته بخش های تکراری دیگر هنوز شامل ژن های تازهی است که ممکن است به گونه ها یاری کند تا سازگار شوند.

در گذشته، این همه تکرار باعث می شد که نتوان بعضی از قطعات خرد شده را به ترتیب صحیح جمع آوری کرد. زیرا این امر مانند داشتن تعداد زیاد قطعات پازل یکسان است و دانشمندان نمی دانستند کدام یک به کجا می رسد و هم شکاف های بزرگی در تصویر ژنومی ایجاد می کرد. مشکل دیگر این بود که بیشتر سلول ها حاوی دو ژنوم هستند؛ یکی از پدر و دیگری از مادر. هنگامی که دانشمندان سعی می نمایند همه قطعات را جمع آوری نمایند، توالی های هر یک از والدین می توانند با هم ترکیب شوند و تنوع واقعی در هر ژنوم فردی را پنهان نمایند.

دکتر اریک گرین، مدیر مؤسسه ملی تحقیقات ژنوم انسانی، گفت: فراوری یک توالی ژنوم انسانی واقعاً یک دستاورد علمی باورنکردنی است که اولین نمای جامع از طرح DNA ما را ارائه می دهد. این اطلاعات بنیادی کوشش های مداوم بسیاری را برای درک تمام تفاوت های عملکردی ژنوم انسان تقویت می نماید، که به نوبه خود مطالعات ژنتیکی بیماری های انسانی را توسعه می دهد. توالی ژنوم انسانی که اکنون کامل شده است، به ویژه برای مطالعاتی که با هدف ایجاد دیدگاه های جامع از تنوع ژنومی انسان، یا چگونگی تفاوت DNA افراد انجام می گردد، ارزشمند خواهد بود. چنین بینش هایی برای درک نقش ژنتیکی در بعضی بیماری ها و برای استفاده از توالی ژنوم به عنوان بخشی از مراقبت های بالینی در آینده حیاتی است.

توالی کامل بر اساس کار پروژه ژنوم انسانی، که حدود 92 درصد از ژنوم را ترسیم نموده است، و تحقیقاتی که از آن موقع صورت گرفته است، ساخته شده است. هزاران محقق ابزار های آزمایشگاهی، روش های محاسباتی و رویکرد های استراتژیک بهتری را برای رمزگشایی توالی پیچیده توسعه داده اند. این 8 درصد به جای مانده نیز شامل ژن های متعدد و DNA تکراری است که از نظر مقدار با کل کروموزوم قابل مقایسه است.

محققان T2T توالی کامل ژنوم را با استفاده از یک رده سلولی انسانی با تنها یک کپی از هر کروموزوم، برخلاف بیشتر سلول های انسانی که دو نسخه از هر کروموزوم را حمل می نمایند، فراوری کردند. آن ها اشاره کردند که بیشتر توالی های DNA تازه اضافه شده در نزدیکی تلومر های تکراری (انت های طولانی و انتهایی هر کروموزوم) و سانترومر ها (قطعات میانی متراکم هر کروموزوم) قرار دارند. دکتر ایوان آیشلر، محقق دانشگاه واشنگتن و رئیس مشترک کنسرسیوم T2T، گفت: از زمانی که اولین پیش نویس توالی ژنوم انسانی را داشتیم، معین توالی دقیق منطقه ها پیچیده ژنومی چالش برانگیز بود. من خوشحالم که این کار را انجام دادیم. این طرح کامل، طرز تفکر ما در خصوص تنوع ژنومی، بیماری و تکامل انسان را متحول خواهد نمود.

هزینه معین توالی یک ژنوم انسانی با استفاده از فناوری های خواندن کوتاه، که چندین صد پایه توالی DNA را در یک زمان ارائه می نماید، تنها چند صد دلار است که از زمان سرانجام پروژه ژنوم انسانی به طور قابل توجهی کاهش یافته است. با این حال، استفاده از این روش های کوتاه خوان به تنهایی هنوز هم شکاف هایی در توالی های ژنوم مونتاژ شده باقی می گذارد. روش توالی یابی DNA نانوپور آکسفورد می تواند تا 1 میلیون حرف DNA را در یک خواندن با دقت میانه بخواند، در حالی که روش توالی یابی DNA PacBio HiFi می تواند حدود 20000 حرف را با دقت تقریباً کامل بخواند. تیم T2T از هر دو روش توالی یابی DNA برای فراوری توالی کامل ژنوم انسانی استفاده کرد.

دکتر آدام فیلیپی، محقق در مرکز تحقیقات ملی ژنوم انسانی، می گوید: در آینده، زمانی که فردی توالی ژنوم خود را معین می نماید، ما قادر خواهیم بود تمام گونه های موجود در DNA او را شناسایی نموده و از آن اطلاعات برای هدایت بهتر مراقبت های بهداشتی او استفاده کنیم. تکمیل توالی ژنوم انسان واقعاً مانند گذاشتن یک عینک تازه بود. اکنون که می توانیم همه چیز را به وضوح ببینیم، یک قدم به درک معنای همه آن رمز و راز ها نزدیک تر شده ایم.

منبع: sci-news

ترجمه: مصطفی جرفی-وبلاگ جعبه گیگابایتی