محققان مجموعه‌ای با کیفیت بالا از توالی‌های ژنوم انسانی مرجع منتشر کرده‌اند که تنوع قابل‌توجهی از جمعیت‌های مختلف انسانی را نسبت به آنچه قبلاً در دسترس بود، نشان می‌دهد. این کار توسط کنسرسیوم مرجع بین المللی پانژنوم انسانی، گروهی که توسط موسسه ملی تحقیقات ژنوم انسانی (NHGRI)، بخشی از مؤسسه ملی بهداشت، تامین مالی می شود، رهبری شد.
مرجع جدید “پانژنوم” شامل توالی های ژنومی 47 نفری است که محققین به دنبال افزایش این تعداد به 350 تا اواسط سال 2024 هستند. با هر فرد حامل مجموعه ای از کروموزوم های جفت، مرجع فعلی در واقع شامل 94 توالی ژنوم متمایز است، با هدف رسیدن به 700 توالی ژنوم متمایز با تکمیل پروژه.
اثر، در مجله ظاهر می شود طبیعتیکی از چندین مقاله منتشر شده امروز توسط اعضای کنسرسیوم است.
ژنوم مجموعه ای از دستورالعمل های DNA است که به هر موجود زنده کمک می کند تا رشد و عملکرد کند. توالی ژنوم در بین افراد کمی متفاوت است. در مورد انسان، ژنوم هر دو نفر به طور متوسط بیش از 99٪ یکسان است. تفاوت‌های کوچک به منحصر به فرد بودن هر فرد کمک می‌کند و می‌تواند بینش‌هایی در مورد سلامتی او ارائه دهد، به تشخیص بیماری، پیش‌بینی نتایج و راهنمایی درمان‌های پزشکی کمک کند.
برای درک این تفاوت‌های ژنومی، دانشمندان توالی‌های ژنوم انسانی مرجع را برای استفاده به عنوان «استاندارد» ایجاد می‌کنند – ادغام دیجیتالی از توالی‌های ژنوم انسانی که می‌تواند به عنوان مقایسه‌ای برای هم‌ترازی، جمع‌آوری و مطالعه دیگر توالی‌های ژنوم انسانی مورد استفاده قرار گیرد.
توالی ژنوم انسانی مرجع اصلی نزدیک به 20 سال قدمت دارد و با پیشرفت فناوری و محققان خطاها را برطرف کرده و مناطق بیشتری از ژنوم انسان را کشف می‌کند، مرتباً به روز می‌شود. با این حال، اساساً در نمایش تنوع گونه‌های انسانی محدود است، زیرا از ژنوم‌های تنها حدود 20 نفر تشکیل شده است، و بیشتر توالی مرجع تنها از یک فرد است.
هر کس یک ژنوم منحصر به فرد دارد، بنابراین استفاده از یک توالی ژنوم مرجع واحد برای هر فرد می تواند منجر به نابرابری در تجزیه و تحلیل ژنومی شود. برای مثال، پیش‌بینی یک بیماری ژنتیکی ممکن است برای فردی که ژنومش با ژنوم مرجع تفاوت بیشتری دارد، کارساز نباشد.»
آدام فیلیپی، دکترا، محقق ارشد در شاخه ژنومیکس محاسباتی و آماری در برنامه تحقیقات درون دانشگاهی NHGRI و یکی از نویسندگان مطالعه اصلی
توالی ژنوم انسانی مرجع کنونی دارای شکاف هایی است که منعکس کننده اطلاعات از دست رفته است، به ویژه در مناطقی که تکراری و خواندن آنها دشوار است. پیشرفت‌های فناوری اخیر مانند توالی‌یابی DNA طولانی‌مدت، که بخش‌های طولانی‌تری از DNA را در یک زمان می‌خواند، به محققان کمک کرد این شکاف‌ها را برای ایجاد اولین توالی کامل ژنوم انسانی پر کنند. این توالی کامل ژنوم انسانی که سال گذشته به عنوان بخشی از کنسرسیوم Telomere-to-Telomere (T2T) با بودجه NIH منتشر شد، در مرجع پانژنوم فعلی گنجانده شده است. در واقع، بسیاری از محققان T2T نیز اعضای کنسرسیوم مرجع پانژنوم انسانی هستند.
محققان با استفاده از تکنیک‌های محاسباتی پیشرفته برای تراز کردن توالی‌های ژنوم مختلف، یک مرجع پانژنوم انسانی جدید ساختند که هر مجموعه در پانژنوم بیش از 99 درصد از توالی مورد انتظار را با دقت بیش از 99 درصد پوشش می‌دهد. همچنین بر اساس توالی ژنوم مرجع قبلی ساخته شده و بیش از 100 میلیون پایگاه جدید یا “حروف” در DNA اضافه می کند. در حالی که توالی ژنوم مرجع قبلی منفرد و خطی بود، پانژنوم جدید چندین نسخه مختلف از توالی ژنوم انسان را به طور همزمان نشان می دهد. این به محققان طیف وسیع تری از گزینه ها را برای استفاده از پانژنوم در تجزیه و تحلیل دیگر توالی های ژنوم انسانی می دهد.
مبین عصری، دکترای تخصصی، گفت: با استفاده از مرجع پانژنوم، می توانیم گونه های ژنومی بزرگتری به نام واریانت های ساختاری را با دقت بیشتری شناسایی کنیم. دانشجوی دانشگاه کالیفرنیا سانتا کروز و نویسنده اول مقاله. ما می‌توانیم انواعی را پیدا کنیم که با استفاده از روش‌های قبلی که به دنباله‌های مرجع خطی وابسته هستند، شناسایی نشده‌اند.
انواع ساختاری می تواند شامل هزاران پایه باشد. تاکنون، محققان قادر به شناسایی اکثر گونه‌های ساختاری موجود در هر ژنوم انسان با استفاده از توالی‌یابی کوتاه مدت به دلیل سوگیری استفاده از یک توالی مرجع واحد نبوده‌اند.
Wen-Wei Liao، Ph.D، گفت: «مرجع پانژنوم انسانی ما را قادر می‌سازد تا ده‌ها هزار گونه جدید ژنومی را در مناطقی از ژنوم که قبلاً غیرقابل دسترس بودند، نشان دهیم.» دانشجوی دانشگاه ییل و نویسنده اول مقاله. با یک مرجع پانژنوم، می‌توانیم تحقیقات بالینی را با بهبود درک خود از پیوند بین ژن‌ها و ویژگی‌های بیماری تسریع کنیم.»
هزینه کل حمایت از کار کنسرسیوم مرجع پانژنوم انسانی حدود 40 میلیون دلار در طول پنج سال پیش بینی می شود که شامل تلاش برای ایجاد مرجع پانژنوم انسانی، بهبود فناوری توالی یابی DNA، راه اندازی مرکز هماهنگی، انجام اقدامات توسعه و ایجاد منابع برای جامعه پژوهش از مرجع پانژنوم استفاده کند.
بسیاری از افرادی که توالی ژنوم آنها برای ساختن مرجع پانژنوم انسانی جدید تعیین شد، در اصل به عنوان بخشی از پروژه 1000 ژنوم، یک تلاش مشترک و بین المللی که بخشی از آن توسط NIH تامین می شود و هدف آن بهبود فهرست گونه های ژنومی در جمعیت های مختلف بود، استخدام شدند. از آنجایی که مرجع پانژنوم انسانی یک کار در حال پیشرفت است، محققان کنسرسیوم بین‌المللی مرجع پانژنوم انسانی به اضافه کردن توالی‌های ژنوم بیشتر ادامه می‌دهند تا به طور فزاینده‌ای کیفیت مرجع پانژنوم را بهبود بخشند.
اریک گرین گفت: “محققان و پزشکان اساسی که از ژنومیک استفاده می کنند نیاز به دسترسی به یک توالی مرجع دارند که تنوع قابل توجه جمعیت انسانی را منعکس می کند. این به مفید بودن مرجع برای همه افراد کمک می کند و در نتیجه به کاهش شانس انتشار نابرابری های سلامتی کمک می کند.” ، MD، Ph.D.، مدیر NHGRI. “ایجاد و تقویت یک مرجع پانژنوم انسانی با هدف NHGRI برای تلاش برای تنوع جهانی در تمام جنبه های تحقیقات ژنومیک، که برای پیشرفت دانش ژنومی و اجرای پزشکی ژنومیک به روشی عادلانه ضروری است، همسو است.”
در راستای این تلاش، کنسرسیوم مرجع پانژنوم انسانی شامل یک گروه اخلاقی تعبیه‌شده است که برای پیش‌بینی مسائل چالش‌برانگیز و کمک به راهنمایی رضایت آگاهانه، اولویت‌بندی مطالعه نمونه‌های مختلف، بررسی مسائل احتمالی نظارتی مربوط به پذیرش بالینی، و کار با بین‌المللی و کمک به این موضوع کار می‌کند. جوامع بومی توالی ژنوم خود را در این تلاش‌های گسترده‌تر بگنجانند.
موسسات درگیر در کنسرسیوم مرجع پانژنوم انسانی را می توان در صفحه اصلی پروژه یافت.
منبع:
موسسه ملی بهداشت