Sonsuz Ark/ Evrensel Çerçeveye Yolculuk
"İnsan genomunun ilk kez incelenebilecek kısımları, genetik hastalıkları, insan çeşitliliğini ve evrimi anlamak için önemlidir."
Hidden Regions Revealed in First Complete Sequence of a Human Genome
Bir insan genomunun, her bir kromozomu uçtan uca hiçbir boşluk ve benzeri görülmemiş bir doğrulukla kapsayan gerçekten eksiksiz ilk dizisine artık UCSC Genom Tarayıcısı aracılığıyla erişilebilir ve Science dergisinde bugün (31 Mart 2022) yayınlanan altı makalede bu açıklanmıştır.
İnsan Genom Genetiği DNA Kavramı
Bir insan genom dizisinin ilk çalışma taslağı 2000 yılında UC Santa Cruz'da toplandığından beri, genomik araştırmalar insan biyolojisi ve hastalıklarına ilişkin anlayışımızda muazzam ilerlemelere yol açtı. Bununla birlikte, insan genomunun yaklaşık %8'ini oluşturan önemli bölgeler, DNA dizileme teknolojilerinin sınırlamaları nedeniyle 20 yılı aşkın bir süredir bilim adamlarından saklı kalmıştır .
UC Santa Cruz'da biyomoleküler mühendislik yardımcı doçenti Karen Miga ve Ulusal İnsan Genomu Araştırma Enstitüsü'nden (NHGRI) Adam Phillippy, eksik parçaları tamamlamak için uluslararası bir bilim adamları ekibi (Telomere-to-Telomere (T2T) Konsorsiyumu) oluşturdu. Çabaları şimdi meyvesini verdi.
T2T-CHM13 olarak adlandırılan yeni referans genomu, proteinleri kodlaması muhtemel 99 gen ve daha fazla çalışılması gereken yaklaşık 2.000 aday gen dahil olmak üzere yaklaşık 200 milyon baz çifti yeni DNA dizisi ekliyor. Ayrıca mevcut referans dizisindeki binlerce yapısal hatayı düzeltiyor.
Şimdi yeni dizi tarafından tamamlanan boşluklar, beş insan kromozomunun bütün kısa kollarını içeriyor ve genomun en karmaşık bölgelerinden bazılarını kapsıyor. Bunlar, kromozomların uçlarındaki telomerler ve hücre bölünmesi sırasında kopyalanmış kromozomların ayrılmasını koordine eden sentromerler gibi önemli kromozomal yapıların içinde ve çevresinde bulunan oldukça tekrarlayan DNA dizilerini içeriyor. Yeni dizi ayrıca daha önce tespit edilmemiş segmental kopyaları, genomda kopyalanan ve evrim ve hastalıkta önemli roller oynadığı bilinen uzun DNA uzantılarını da ortaya koyuyor.
Miga, "İnsan genomunun 20 yılı aşkın süredir inceleyemediğimiz bu kısımları, genomun nasıl çalıştığını, genetik hastalıkları ve insan çeşitliliğini ve evrimini anlamamız açısından önemlidir" diyor.
İnsan Genom Dizileme Zaman Çizelgesi
İnsan genomunun son %8'ini bitirmek, ilk %92'sini sıralamaktan neredeyse iki kat daha uzun sürdü. Yeni laboratuvar ve hesaplama teknolojileri nihayet Miga ve meslektaşlarının kalan boşlukları doldurmak için yüksek oranda tekrarlayan DNA dizileri gibi engellerin üstesinden gelmelerini sağladı. Kaynak: NHGRI
Yeni ortaya çıkan bölgelerin birçoğu, aktif genler içermeseler bile genomda önemli işlevlere sahiptir.
"Bütün genomu eksiksiz bir sistem olarak görmenin büyük bir avantajı var." diyor UC Santa Cruz Genomik Enstitüsü müdürü David Haussler, "Bu, bizi bu sistemin nasıl çalıştığını çözecek bir konuma getiriyor. İnsan genomunun kabaca yüzde 90'ı hakkında bilgi sahip olarak insan biyolojisi ve hastalıkları hakkında muazzam bir anlayış elde ettik, ancak bilimin görüş alanının dışında kalan birçok önemli yön vardı, çünkü genomun bu kısımlarını okuyacak teknolojiye sahip değildik. Şimdi dağın tepesinde durabilir ve aşağıdaki bütün manzarayı görebilir ve insan genetik mirasımızın tam bir resmini elde edebiliriz."
Tamamlanmış CHM13 genomu artı yakın zamanda tamamlanmış T2T Y kromozomunu temsil eden T2T genom dizisi (CHM13, bir X içermesine rağmen bir Y kromozomu içermez), şimdi UCSC Genom Tarayıcısında yeni bir referans genomdur. T2T dizisi tarayıcıda tam olarak açıklanmıştır ve bilim adamlarının genlerle ve genomun diğer unsurlarıyla ilişkili çok sayıda bilgiye erişmesi ve görselleştirmesi için verimli bir yol sağlıyor.
Miga, "Bilgiyi araştırmacıların erişebileceği ve aşina oldukları bir şekilde ortaya koymak istedik, böylece onlar üzerine inşa etmeye ve tarayıcının sağladığı tüm araçları ve kaynakları kullanmaya başlayabilirler" diyor.
Karen Miga
Yeni T2T referans genomu, kökenleri kamu tarafından finanse edilen İnsan Genom Projesi'ne dayanan ve 2000'deki ilk taslaktan bu yana sürekli güncellenen Genome Reference Consortium build 38 (GRCh38) olarak bilinen standart insan referans genomunu tamamlayacaktır.
Haussler, "İkinci bir tam genom ekliyoruz ve sonra daha fazlası olacak" diyor. “Bir sonraki aşama, insanlığın genomunun tek bir genom dizisi olmadığı referansını düşünmektir. Bu, insan çeşitliliğini eninde sonunda tarafsız bir şekilde yakalayacağımız yeni bir çağın habercisi olan derin bir geçiştir.”
T2T Konsorsiyumu, 350 bireyin tam genom dizilimine dayalı yeni bir "insan pangenom referansı" oluşturmayı amaçlayan İnsan Pangenom Referans Konsorsiyumu'na katıldı.
UCSC'de biyomoleküler mühendisliği doçenti, T2T makalelerinin ortak yazarı ve pangenomik çabanın lideri olan Benedict Paten, “Pangenomik, insan popülasyonunun çeşitliliğini yakalamak ve aynı zamanda tüm genomu düzgün bir şekilde keşfetmemizi sağlamakla ilgilidir” dedi. "Birden fazla bireyde genomun bu dizilenmesi zor bölgelerinin bir haritasına sahip olmadan, o zaman popülasyonumuzdaki çok büyük miktarda varyasyonu kaçırıyoruz. T2T, telomerden telomere yüzlerce genomu incelememizi sağlıyor. Harika olacak!"
Standart referans genomu (GRCh38) herhangi bir bireyi temsil etmiyor, ancak birden fazla donörden toplanmıştır. Bunları tek bir doğrusal dizide birleştirmek, dizide yapay yapılar oluşturdu. İnsan Pangenom Projesi, yeni dizili genomları, bir dizi insan atasını temsil eden çoklu tam genomlarla karşılaştırmayı mümkün kılacaktır.
Yeni T2T dizisinin önemli bir sonucu, genetik varyantların daha doğru değerlendirilmesini mümkün kılıyor. İnsan genomları, hastalıktaki genetik varyantların rolünü anlamak veya insan popülasyonları içindeki ve arasındaki genetik çeşitliliği incelemek için klinik çalışmalar için dizilendiğinde, karşılaştırma için dizileme sonuçları referans genomla hizalanarak hemen hemen her zaman analiz edilirler. T2T varyant ekibi, standart insan referans genomuna kıyasla yeni T2T dizisini kullanarak genetik varyantların tanımlanması ve yorumlanmasında önemli gelişmeler olduğunu belgeledi.
Miga, "Yeni insan genomu, temel düzeyde inanılmaz derecede doğrudur ve yanlış yorumlanmış yüz binlerce varyantı standart referansla eşleştirerek işaretlememize olanak tanımaktadır. Bu yeni varyantların çoğu, hastalığa katkıda bulunduğu bilinen genlerdedir. Artık bunları tespit edebiliyoruz çünkü daha eksiksiz ve doğru bir referans genomumuz var." diyor.
Miga'nın araştırması, çoğunlukla telomerlerde ve sentromerlerde ve çevresinde bulunan uzun tekrarlayan DNA dizileri olan uydu DNA'ya odaklanmıştı. Sentromerler, her bir kromozomu kısa bir kol ve bir uzun kol olarak ayırır ve hücre bölünmesinden önce kopyalanmış kromozomları bir arada tutarlar.
"Sentromerler, hücre bölünmesi sırasında kromozomların düzgün bir şekilde ayrılmasında kritik bir rol oynar ve bir süredir bunların her türlü insan hastalığında yanlış düzenlendiklerini biliyoruz. Ama onları dizi düzeyinde asla çalışamadık, ” diyor Miga. "Referansa eklenen yeni dizilerin açık ara en büyük kısmı, sentromer uydu DNA'larıdır. İlk kez, sentromeri tanımlayan dizileri 'taban bazında' inceleyebilir ve nasıl çalıştığını anlamaya başlayabiliriz."
UC Santa Cruz'da öncülük edilen nanopor dizilimi gibi "uzun okunan" DNA dizileme teknolojileri, T2T Konsorsiyumu için kullanılan temel araçlardı. İki uzun okuma dizileme veri seti - yüksek doğrulukta okumalar (PacBio sistemlerinden HiFi verileri) ve rutin olarak 100.000 baz çiftinden daha uzun uzunluğa ulaşan son derece uzun okumalar (Oxford Nanopore cihazlarından ultra uzun veriler) - T2T araştırmacılarının tekrarlayan bölgeleri kapsamasına ve montajın son derece doğru olmasını sağlamak için stratejiler. geliştirmesine olanak sağladı. Miten Jain ve diğer UCSC Genomics Institute araştırmacıları, ultra uzun okuma protokolünün oluşturulmasına yardımcı oldu.
UC Santa Cruz'un, 1985'te dönemin Şansölyesi Robert Sinsheimer tarafından UCSC'de düzenlenen insan genomunun dizilimini tartışmak için yapılan ufuk açıcı bir toplantıyla başlayan, genom biliminde uzun bir liderlik geçmişi vardır. Haussler, 1999 yılında halka açık İnsan Genom Projesine katılmaya davet edildi ve ekibi, projenin tamamlanmasında çok önemli bir rol oynadı. O zamanlar, şimdi Genomik Enstitüsü'nde bir araştırma bilimcisi ve UCSC Genom Tarayıcı projesinin yöneticisi olan James Kent, bir UCSC yüksek lisans öğrencisiydi. Uluslararası İnsan Genomu Dizileme Konsorsiyumu tarafından elde edilen verilerden insan genomunun ilk çalışma taslağını bir araya getiren kodu yazdı ve UCSC taslağı tüm dünyanın erişmesi için çevrimiçi yayınladı. Kent daha sonra, insan genomuna erişmek için hala en yaygın kullanılan platform olan UCSC Genom Tarayıcısını üretti..
UC Santa Cruz Genomik Enstitüsü, genomik araştırmalarının ön saflarında yer almaya devam etti ve T2T ve pangenomik çabalarında lider bir rol oynuyor.
"T2T çalışması, UC Santa Cruz ve başka yerlerdeki birçok insanın sürekli ve özverili çabalarını yansıtıyor. Karen Miga, on yıldır insan genom düzeneklerine gerçek sentromer dizileri almak için çok çalışıyor ve bu sonunda meyvesini verdi!” diyor Kent. "Bu çalışmanın, diğer insan atalarından telomer-telomer dizileri elde etme çabalarıyla birleştiğini görmek beni çok heyecanlandırıyor. İnsan genomunun gerçekten eksiksiz bir temsiline doğru hızla ilerliyoruz.”
University Of California- Santa Cruz, 31 Mart 2022, SciTechDaily
Mustafa Tamer, 29.06.2022, Sonsuz Ark, Çeviri, Bilim ve Teknoloji, Aklın Merdivenleri
Referans: Sergey Nurk, Sergey Koren, Arang Rhie, Mikko Rautiainen, Andrey V. Bzikadze, Alla Mikheenko, Mitchell R. Vollger, Nicolas Altemose, Lev Uralsky, Ariel Gershman, Sergey Aganezov, Savannah tarafından “Bir insan genomunun tam dizisi” J. Hoyt, Mark Diekhans, Glennis A. Logsdon, Michael Alonge, Stylianos E. Antonarakis, Matthew Borchers, Gerard G. Bouffard, Shelise Y. Brooks, Gina V. Caldas, Nae-Chyun Chen, Haoyu Cheng, Chen-Shan Chin , William Chow, Leonardo G. de Lima, Philip C. Dishuck, Richard Durbin, Tatiana Dvorkina, Ian T. Fiddes, Giulio Formenti, Robert S. Fulton, Arkarachai Fungtammasan, Erik Garrison, Patrick GS Grady, Tina A. Graves-Lindsay , Ira M. Hall, Nancy F. Hansen, Gabrielle A. Hartley, Marina Haukness, Kerstin Howe, Michael W. Hunkapiller, Chirag Jain, Miten Jain, Erich D. Jarvis, Peter Kerpedjiev, Melanie Kirsche,Mikhail Kolmogorov, Jonas Korlach, Milinn Kremitzki, Heng Li, Valerie V. Maduro, Tobias Marschall, Ann M. McCartney, Jennifer McDaniel, Danny E. Miller, James C. Mullikin, Eugene W. Myers, Nathan D. Olson, Benedict Paten , Paul Peluso, Pavel A. Pevzner, David Porubsky, Tamara Potapova, Evgeny I. Rogaev, Jeffrey A. Rosenfeld, Steven L. Salzberg, Valerie A. Schneider, Fritz J. Sedlazeck, Kishwar Shafin, Colin J. Shew, Alaina Shumate , Ying Sims, Arian FA Smit, Daniela C. Soto, Ivan Sovic, Jessica M. Storer, Aaron Streets, Beth A. Sullivan, Françoise Thibaud-Nissen, James Torrance, Justin Wagner, Brian P. Walenz, Aaron Wenger, Jonathan MD Wood, Chunlin Xiao, Stephanie M. Yan, Alice C. Young, Samantha Zarate, Urvashi Surti, Rajiv C. McCoy, Megan Y. Dennis, Ivan A. Alexandrov, Jennifer L. Gerton, Rachel J. O'Neill, Winston Timp , Justin M.Zook,Michael C. Schatz, Evan E. Eichler, Karen H. Miga ve Adam M. Phillippy, 31 Mart 2022, Science. DOI: 10.1126/science.abj6987
Miga, NHGRI'den Adam Phillippy ve Washington Üniversitesi'nden Evan Eichler ile birlikte “İnsan genomunun tam dizisi” başlıklı ana Bilim makalesinin ortak yazarlarından biridir. Aynı zamanda “İnsan sentromerlerinin tam genomik ve epigenetik haritaları” ve “Tam bir insan genomunda epigenetik modeller” konulu makalelerin ve "Tam bir insan genomundaki segmental duplikasyonlar ve varyasyonları", "Tam bir referans genom, insan genetik varyasyonunun analizini geliştirir" ve "Telomerden telomere: insan tekrar elementlerinin transkripsiyonel ve epigenetik durumu" konulu makalelerin ortak yazarıdır. ”
UC Santa Cruz Genomik Enstitüsü'ndeki makalelerin ortak yazarları olan diğer araştırmacılar arasında Benedict Paten, Mark Diekhans, Erik Garrison (şu anda Tennessee Sağlık Bilimleri Merkezi'nde), Marina Haukness, Miten Jain ve Kishwar Shafin yer alıyor. Bu çalışma Ulusal Sağlık Enstitüleri tarafından desteklenmiştir.
- Sonsuz Ark'ta yayınlanan yazılardan yazarları sorumludur.
- Sonsuz Ark linki verilerek kısmen alıntı yapılabilir.
- Sonsuz Ark yayınları Sonsuz Ark manifestosuna aykırı yayın yapan sitelerde yayınlanamaz.
- Sonsuz Ark Yayınlarının Kullanımına İlişkin Önemli Duyuru için lütfen tıklayınız.