İnsanlığın gen bulmacası: genom haritası tüm genetik varyasyonları göstermek istiyor
Onu zaten tanıyor musun? “Daha önce birçok kez tamamlandı, ancak hiçbir zaman kesin olarak tamamlanmadı.” Bu, profesyonel çevrelerde insan genom projesi hakkında sık sık alıntılanan bir şakadır. ABD Başkanı Bill Clinton, “tüm insan genomunun ilk araştırması”nı ilk kez 2000 yılında Beyaz Saray’daki bir törenle duyurdu ve “insanoğlunun şimdiye kadar yarattığı en önemli ve harika harita” olarak nitelendirdi.
Ama iş henüz tam olarak bitmemişti. Bir yıl sonra, bu kez “bir insan için genetik planın” “taslak” resmi olarak yayınlanmasıyla zafer yeniden ilan edildi. 2003 yılında, araştırmacılar başka bir girişimde bulundular ve daha yüksek bir doğruluk düzeyine atıfta bulunarak projenin “başarılı bir şekilde tamamlandığını” duyurdular. On dokuz yıl sonra, 2022’de yeniden zafer ilan ettiler, bu sefer baştan sona hiçbir boşluk olmadan gerçekten eksiksiz bir genom dizilimi için. Büyük şeref sözü.
Son zamanlarda, Santa Cruz’daki California Üniversitesi’nden (UCSC) bilgisayar biyoloğu Benedict Paten liderliğindeki bilim adamları, Afrikalı, yerli Amerikalılar ve Afrikalılar da dahil olmak üzere 47 farklı bireyin tam DNA’sını analiz ettikleri Nature dergisinde insan genomunun başka bir versiyonunu sundular. Asyalılar, türümüzün şaşırtıcı genetik çeşitliliğini daha iyi yansıtmak için tasarlanmış geniş bir genetik atlasta. Bu nedenle yeni DNA haritasına pangenom da denir (“pan” ön eki “bütün” veya “dahil olan herkes” gibi bir anlama gelir).
Onları oluşturmak on yıl sürdü. Şakaya uygun olarak, henüz bitmedi. İlgili araştırmacılara göre, genomun daha eksiksiz bir resmini oluşturmak için dünyanın dört bir yanından 300 başka insanın DNA’sını ekleyerek büyümeye devam edecek. Paten’in UCSC’deki meslektaşı Karen Miga, “Artık tek bir insan genomunun haritasının tüm insanlığı yeterince temsil edemeyeceğini anlıyoruz” diyor.
Genomlar: ayrıntılı olarak çeşitlilik
Temel olarak, farklı insanların genomları büyük ölçüde benzerdir. Bununla birlikte, hepimizi benzersiz kılan, bazen DNA’nın tek bir harfi (bir baz) kadar küçük olan yüz binlerce küçük farklılık vardır. Yeni pangenom, bu çeşitliliği her zamankinden daha ayrıntılı bir şekilde gözlemlemeyi ve sözde evrimsel sıcak noktaları ve şaşırtıcı derecede büyük binlerce farklılığı belirlemeye yardımcı olmayı hedefliyor: örneğin, geleneksel çalışmalarda gözlemlenemeyen silinmiş, tersine çevrilmiş baz dizisi ve kopyalanmış genler.
Pangenom, matematiksel bir konsepte, noktadan noktaya oyunun dev bir versiyonu olarak düşünülebilecek bir grafiğe dayanmaktadır. Her nokta, DNA’nın bir bölümüdür. Belirli bir kişinin genomunu çizmek için numaralı noktaları birleştirerek başlarsınız. Bunu yaparken, her kişinin DNA’sı biraz farklı bir yol izleyebilir, bazı sayıları atlayabilir ve başkalarını ekleyebilir.
Yeni pangenomun pratik uygulamalarını adlandırmak kolay değil. Bir avantaj, nadir hastalıkların daha iyi teşhis edilebilmesi olabilir. Buna ek olarak, bilim adamları, daha önce bulunması zor olan genomun ‘karanlık maddesi’ hakkında onlara fikir vereceğini umuyorlar. Bunlar, örneğin, DNA’nın bölümlerini birbirleriyle paylaşan ve değiştiren garip kromozomal bölgeleri içerir.
Şimdilik çoğu biyolog ve klinisyen, ilk olarak 2001’de derlenen ve kademeli olarak geliştirilen mevcut referans genoma bağlı kalacak. Araştırmacıların ilgilendiği soruların çoğuna yanıt verir ve tüm bilgisayar araçları onunla çalışır.
Genom haritaları yoluyla ‘daha adil’ genetik araştırma mı?
Bir referans genom hala önemlidir, çünkü yeni bir kişinin genomu dizilendiğinde, bu dizi, yeni verileri düzenlemeye ve deşifre etmeye yardımcı olmak için referans genoma yansıtılır. Bununla birlikte, mevcut referans genom yalnızca bir olası genom olduğundan, diğer insanların sahip olduğu kısımlardan yoksundur, bazı bilgiler analiz edilemez ve genellikle göz ardı edilir. Araştırmacılar bu etkiyi “referans bozulması” veya daha basit bir şekilde sokak lambası sorunu olarak adlandırıyorlar. Bakmazsanız, hiçbir şey göremezsiniz.
Paten, “Mevcut referansın önemini takdir etmek zor. Onu bir koordinat sistemi veya harita olarak kullanıyoruz ve genler hakkında konuşurken her zaman buna atıfta bulunuyoruz” diyor. “Ama hem eksik hem de yeterince çeşitli değil. Bizi farklı kılan şeyler, başka bir deyişle havalı kısımlar eksik.”
Ulusal Sağlık Enstitüleri (NIH) yetkilileri, yeni genom haritası güncellemesinin genetik araştırmayı ‘daha adil’ hale getireceğini umuyor. Genomumuz mevcut referanstan ne kadar farklı olursa, hakkımızda o kadar fazla bilgi kaybolabilir. Mevcut referans haritası, diğer birçok insandan bölümler içermesine rağmen, büyük ölçüde bir Afrikalı Amerikalı erkeğin DNA’sından oluşur.
Daha önce NIH’de referans genomu yönetmede önemli bir rol oynayan inkübatör General Inception’da danışman olan Deanna Church, “Analiz etmek istediğiniz genom referansta olmayan diziler içeriyorsa, analiz onları kaçıracaktır” diyor. tutulmuş. “Aslında, bir ‘insan genomu’ olduğu fikri asıl sorun” diyor. “Mevcut sürüm, yapabileceğiniz en basit model. Başladığımızda mantıklıydı. Ama şimdi daha iyi modellere ihtiyacımız var.”
İnsanlığın yapbozunu bir araya getirmek
Henüz taslak aşamasında olan pangenom, iki yeni teknoloji kullanılarak oluşturuldu. Bir yandan, DNA’nın çok uzun bölümlerini tek seferde okuyabilen bir dizileme makinesine yardımcı oldu. Çoğu dizileme yönteminde, DNA 200 harften daha küçük küçük parçalara bölünür. Pacific Biosciences’ın yeni cihazları ise tek seferde 10.000 harf okuyabiliyor. Araştırmacıların dediği gibi bu tür “uzun okumalar”, bir kişinin genomunda doğru sırada düzenlenmesi çok daha kolay olan ekstra büyük yapboz parçaları gibidir.
Genom montajı adı verilen bu bulmaca oluşturma süreci, araştırmacıların yeni hesaplama araçlarını kullanarak ilerleme kaydettiklerini söyledikleri diğer alandır. Ancak, (her biri yaklaşık altı milyar DNA harf çifti içeren) 47 genomu aynı anda organize etmek ve karşılaştırmak karmaşık bir problem olmaya devam ediyor.
On yıldan fazla bir süredir pangenom üzerinde çalışan Paten, “Pek de göz alıcı olmayan dergilerde yayınlanan çok sayıda harika bilgisayar bilimi var” diyor.
Paten ayrıca, DNA’nın alternatif düzenlemelerini “spagetti diyagramları” adı verilen karmaşık döngüler ve düğümler olarak tasvir eden veri görselleştirme araçlarına profesyoneller dışında kimsenin bakmak istemediğini de kabul ediyor. Gerçek başarı ancak pangenom arka planda kaybolduğunda ve araştırmacıların hiç görmeden kullanabilecekleri genetik çağın yeni tesisat sistemi haline geldiğinde gelecek.
Pangenom: “Sonsuz bir süreç”
Uzmanlara göre, işe yarayıp yaramayacağını söylemek için henüz çok erken. Church, “Umarım öyledir, ancak bu zorlu bir yol olacak” diyor. “Araçlarımızın ve altyapımızın birçoğu doğrusal bir temsile dayalı olduğundan, insanların fikirlerini değiştirmesini sağlamak zor olacak.”
Tennessee Üniversitesi’nde hesaplamalı biyolog ve aynı zamanda proje liderlerinden biri olan Erik Garrison, kesin olan bir şey olduğunu söylüyor. İnsan genomu bitmedi ve asla bitmeyecek.
Garrison, “Bir pangenom hakkında konuşmaya başladığınızda, her zaman eksik olacak ve asla bitmeyecek. Her bireyin farklı bir genomu olacak, bu yüzden bu hiç bitmeyen bir süreç” diyor. “Her popülasyon ve nesil kendi pangenomuna sahip olabilir.
(jle)
Haberin Sonu