Геномы, полученные от людей со всего мира, могут улучшить генетическое тестирование и исследования заболеваний.
Каковы ваши шансы заболеть ишемической болезнью сердца? На какое лечение рака вы будете реагировать лучше всего? Ответы, скорее всего, кроются в вашей ДНК. Но ученые основывают свои исследования не на вашей ДНК. Вместо этого они смотрят на "эталонный" геном, собранный из кусочков генетического материала нескольких людей, в основном европейского и африканского происхождения.
И вот теперь исследователи выпустили первый "пангеном", отражающий людей со своими предками со всего земного шара. Эта работа может улучшить генетическое тестирование на различные заболевания и даже дать новое понимание эволюции и биологии человека. "Это исключительное достижение", - считает Машаал Сохаил, эволюционный генетик из Национального автономного университета Мексики, который не участвовал в проекте. "Это делает картину генетических вариаций человека более точной и более полной".
Когда в 2001 году был опубликован первый геном человека, он еще не был завершен. В нем отсутствовало около 8% генетического алфавита, который было трудно прочитать с помощью тогдашней технологии секвенирования. С тех пор ученые постоянно пополняли этот "черновой геном", и последнее обновление, известное как GRCh38, вышло в 2017 году. В прошлом году исследователи опубликовали самый полный на сегодняшний день геном человека, который представляет собой практически 100% всех человеческих сиквенсов.
Но этот полный эталонный геном, известный как T2T-CHM13, все еще не отражает генетического разнообразия нашего вида. Он не включает множество вариантов одного и того же гена, или аллелей, которые, например, могут присутствовать в одних популяциях, но не в других. В нем также отсутствуют так называемые структурные варианты - большие участки ДНК, которые могут объяснить, почему каждый из нас отличается от других.
Более того, поскольку и GRCh38, и T2T-CHM13 были получены от людей преимущественно европейского происхождения, медицинские методы, использующие их в качестве эталона, могут не подойти для пациентов неевропейского происхождения. Например, биологические маркеры, которые помогают предсказать некоторые виды рака, могут быть более достоверными у людей из определенных частей света, а генетический маркер, который помогает оценить риск развития ишемической болезни сердца, может сильно недооценивать этот риск у темнокожих людей.
"Мы упускаем довольно много информации, которая может способствовать расширению наших знаний о неравенстве и несправедливости в области здравоохранения", - утверждает Кристал Цоси, генетический эпидемиолог из племени Дине из Университета штата Аризона.
Чтобы заполнить эти пробелы, Бенедикт Патен, специалист по вычислительной геномике из Калифорнийского университета (UCSC), и его коллеги из Консорциума по изучению пангенома человека (HPRC) собрали геномы 47 человек и их родителей, причем эта группа представляла все континенты, кроме Антарктиды. Они детально проанализировали геном каждого человека, выясняя, какие части принадлежат каждому из родителей. Чтобы получить высококачественное разрешение каждого генома, исследователи секвенировали длинные отрезки ДНК, что позволило им охватить больше вариаций, чем в предыдущих исследованиях. Это позволило добавить еще 119 миллионов пар оснований - строительных блоков ДНК - к ранее известным 3,2 миллиардам в GRCh38. Команда также обнаружила 1115 новых дупликаций генов, участвующих в эволюции, сообщили ученые в серии статей, опубликованных в журнале Nature.
По словам Сары Тишкофф, генетика человека из Университета Пенсильвании, не участвовавшей в данном исследовании, в новый пангеном добавлены структурные варианты, которые ранее было трудно секвенировать и анализировать. "Это очень важный ресурс". По мнению Хайди Рем, генетика из Массачусетской больницы общего профиля, новый пангеном также может стать важным шагом вперед в изучении редких генетических заболеваний. Эти заболевания трудно изучать, потому что мутации, которые их вызывают, могут не проявляться в GRCh38. По ее словам, пангеном может стать лучшим инструментом для выявления таких генетических мутаций и диагностики пациентов. "Это очень важно".
Новый пангеном имеет не только медицинское значение, он также откроет двери для более точных эволюционно-генетических исследований, отмечает Сохаил. Благодаря тому, что в нем представлено больше людей, исследователи смогут заполнить пробелы в нашей эволюционной истории, особенно в исторически малоизученных частях земного шара.
Команда HPRC хочет добавить еще больше геномов в дальнейшем. Патен говорит, что они уже добавили еще 123 генома и надеются достичь цели в 350 геномов к следующему году. Пока что большинство учреждений, участвующих в HPRC, находятся в США и Европе. Карен Мига, генетик из UCSC, участвующая в проекте HPRC, заявляет, что следующая фаза проекта - сделать его по-настоящему международным и сотрудничать с зарубежными учреждениями. В настоящее время группа нацелена на секвенирование новых геномов из других регионов, которые исторически были недостаточно представлены, таких как Ближний Восток, где исследователям с трудом удается собрать достаточное количество образцов.
По словам Цоси, важно, чтобы команда не только использовала широкий спектр геномов, но и активно взаимодействовала с изучаемыми сообществами и понимала их потребности в медицинском обслуживании. Таким образом, эти сообщества могут получить непосредственную медицинскую пользу от результатов проекта. Пока что, как говорит Цоси, она не видела такого подхода в HPRC. Мига сообщил, что ее группа уже ведет переговоры с исследователями, представляющими такие сообщества, чтобы выяснить наилучший способ сотрудничества. Тишкофф подчеркивает, что даже добавления сотен дополнительных геномов к новому пангеному недостаточно. Там гораздо больше разнообразия, говорит она. "Но это отличное начало".
