În urmă cu douăzeci și unu de ani, cercetătorii au anunțat primul proiect de secvențiere a genomului uman. A fost o foarte mare realizare, dar secvenței îi lipseau încă aproximativ 8% din genom.
Acum, oamenii de știință din întreaga lume spun că au reuşit să completeze în cele din urmă acel 8% exclusiv. Dacă se dovedește într-adevăr că au secvențiat și asamblat întreg genomul uman acest aspect ar putea schimba viitorul medicinei. Ce este într-un genom?
Secvențierea genomului uman a fost mult timp un proiect mare cu obiective demne. Deoarece, pe măsură ce oamenii își înțeleg mai bine codul genetic, pot produce medicamente mai bune și mai personalizate, de exemplu genul de medicamente axate pe gene care au alimentat primele vaccinuri COVID-19 eficiente.
Oamenii au 46 de cromozomi, în 23 de perechi, care reprezintă zeci de mii de gene individuale. Fiecare genă constă dintr-un număr de perechi de baze formate din adenină (A), timină (T), guanină (G) și citozină (C). Există miliarde de perechi de baze în genomul uman.
În iunie 2000, Human Genome Project și compania privată Celera Genomics au anunțat prima schiță a genomului uman. Acesta a fost rezultatul anilor în care oamenii au continuat să facă computere și algoritmi mai buni pentru procesarea genomului.
La acea vreme, oamenii de știință au fost surprinși de faptul că, din cele peste 3 miliarde de litere individuale ale perechilor de baze, au estimat că oamenii au doar 30.000 până la 35.000 de gene. Astăzi, acest număr este mult mai mic, situându-se chiar peste 20.000. Trei ani mai târziu, HGP și-a finalizat misiunea de a cartografia întregul genom uman și i-a definit termenii astfel:
Secvența terminată este un termen tehnic care înseamnă că secvența este extrem de precisă (cu mai puțin de o eroare la 10.000 de litere) și foarte contiguă (cu singurele lacune rămase corespunzătoare regiunilor a căror secvență nu poate fi rezolvată în mod fiabil cu tehnologia actuală).
Tehnologia actuală poate face multe lucruri la un nivel ridicat. La acea vreme, HGP a folosit un proces numit cromozom artificial bacterian (BAC), în care oamenii de știință au folosit o bacterie pentru a clona fiecare bucată a genomului, apoi le-au studiat în grupuri mai mici. O bibliotecă BAC completă este de 20.000 de bacterii atent pregătite, cu gene clonate în interior.
Dar acest proces BAC este inerent doar de unele porțiuni din întregul genom.
O descoperire de secvențiere
Perechile de baze din secțiunea de 8% sunt formate din foarte multe modele repetate. BAC și alte abordări pur și simplu nu erau potrivite pentru restul de 8% din genom.
Matthew Herper a afirmat că secvențierele ADN actuale, realizate de Illumina, iau mici fragmente de ADN, le decodează și reasamblează puzzle-ul rezultat. Acest lucru funcționează bine pentru cea mai mare parte a genomului, dar nu și în zonele în care codul ADN este rezultatul unor modele care se repetă mult timp.
PacBio folosește un sistem numit HiFi, unde perechile de baze sunt circulate, literalmente sub formă de cercuri, până când sunt citite în întregime și în înaltă fidelitate. Sistemul datează de doar câțiva ani și reprezintă un mare pas atât în lungime, cât și în acuratețe pentru acele secvențe mai lungi.
Între timp, Oxford Nanopore folosește curent electric în dispozitivele sale proprietare. Șuvițele de perechi de baze sunt presate printr-un nanopor microscopic unde un curent le împinge pentru a observa ce fel de moleculă sunt. Prin eliminarea fiecărei molecule, oamenii de știință pot identifica întregul fir.
În noul studiu publicat în serverul de preimprimare biologică bioRxiv, un consorțiu internațional format din aproximativ 100 de oameni de știință a folosit atât tehnologiile PacBio, cât și tehnologiile Oxford Nanopore pentru a urmări câteva dintre secțiunile necunoscute rămase ale genomului uman. Cantitatea de teren acoperită de consorțiu este uluitoare.
Numărul bazelor de ADN a avut o creştere de aproximativ 4,5%. Dar numărul de gene a crescut cu doar 0,4%, la 19.969. Aceasta arată cât de mari sunt secvențele de perechi de baze care se repetă puternic în această zonă în comparație cu genele pe care le reprezintă.
Secvențierea lui George Church, biolog la Universitatea Harvard, i-a spus lui Stat dacă această lucrare trece printr-o evaluare inter pares cu succes, va fi prima dată când un genom al vertebratelor este complet cartografiat. Și motivul pare să fie faptul că ambele noi tehnologii permit citirea șirurilor foarte lungi de perechi de baze simultan.
Studiul genelor se confruntă cu mult favoritism, o mână de gene populare ocupând cea mai mare parte a interesului și finanțării cercetării. Genele trecute cu vederea dețin o mulțime de mecanisme cheie care pot cauza boli. Ambele proiecte au studiat celulele care aveau doar 23 de cromozomi în loc de 46. Acest lucru se datorează faptului că utilizează celule derivate din sistemul reproductiv, în care ouăle și lichidul seminal poartă fiecare jumătate dintr-o încărcătură cromozomială completă.