Projekt 1000 Genomów, uruchomiony w 2007 r., był jednym z najważniejszych przedsięwzięć w historii badań nad ludzkim DNA. Dzięki niemu udało się zsekwencjonować genomy ponad 2500 osób z różnych kontynentów i stworzyć pierwszą mapę ludzkiej zmienności genetycznej. Jednak już wtedy naukowcy zdawali sobie sprawę, że wiele obszarów genomu wciąż pozostaje poza zasięgiem – niewidocznych z powodu ograniczeń ówczesnych technologii sekwencjonowania, bazujących wyłącznie na krótkich fragmentach DNA.
Czytaj też: Zamiast naprawiać – skróć dystans. Nowa strategia zmienia terapię genową od podstaw
Dekadę później naukowcy z Europejskiego Laboratorium Biologii Molekularnej (EMBL) wracają do tego samego zestawu próbek. Uzbrojeni w nowoczesne techniki sekwencjonowania trzeciej generacji (long-read sequencing), publikują dwa przełomowe badania w Nature, oferujące najbardziej kompletny obraz ludzkiego genomu w historii nauki.
Prof. Jan Korbel, lider zespołu EMBL w Heidelbergu i współautor obu badań, mówi:
To, co było możliwe 15 lat temu, to składanie genomu z krótkich fragmentów DNA. Dziś możemy mapować pełne sekwencje całych chromosomów.
Dwa podejścia, jeden cel: uchwycić pełną różnorodność DNA
Nowe analizy podzielono na dwa badania. Pierwsze z nich objęło 1019 osób z 26 populacji z pięciu kontynentów. Udało się stworzyć szczegółowe mapy tzw. wariantów strukturalnych – dużych fragmentów DNA, które mogą być powielone, usunięte, odwrócone lub przeniesione. Tego typu zmienność, choć przez lata niedoceniana, dziś jest uznawana za kluczowy czynnik wielu chorób genetycznych, w tym nowotworów. Zespół rozbudował referencyjną mapę strukturalnych wariantów ludzkiego genomu ponad dwudziestokrotnie względem publikacji z 2023 r.
Czytaj też: Polacy odkryli, jak komórki rozpoznają dwuniciowe RNA i decydują, czy wszczynać alarm
Drugie badanie, choć obejmujące tylko 65 osób, skoncentrowało się na głębokim złożeniu pełnych genomów z niespotykaną wcześniej dokładnością. W przypadku kilku chromosomów udało się odczytać ich sekwencje od końca do końca – co przy długościach rzędu setek milionów par zasad uznaje się za ogromny sukces technologiczny i biologiczny. Obie prace miały odrębne cele, ale ich wyniki doskonale się uzupełniają.
Prof. Jan Korbel dodaje:
Jedno z badań opiera się na liczniejszej próbie z mniejszą głębokością sekwencjonowania, drugie na odwrotnej strategii. Razem dają spójny i pełny obraz.
Nowe dane nie tylko rozszerzają mapę ludzkiego DNA – odkrywają również nowe biologiczne mechanizmy. Badacze wykazali m.in., że transpozony (czyli tzw. skaczące geny) mogą przenosić całe fragmenty genomu w nowe miejsca, generując nieznane wcześniej warianty. Takie przemieszczenia mogą prowadzić zarówno do korzystnych mutacji adaptacyjnych, jak i do chorób.
Z kolei dane z drugiego badania pozwoliły po raz pierwszy dokładnie przeanalizować centromery – newralgiczne punkty chromosomów, w których łączą się ich ramiona i które są niezbędne dla prawidłowego podziału komórkowego. Dotychczas centromery były niemal niemożliwe do przebadania ze względu na ich powtarzalną, trudną do odczytu strukturę. Zaburzenia w tych regionach są powiązane z licznymi chorobami, w tym nowotworami i defektami immunologicznymi.
Nowe mapy ludzkiego genomu mają nie tylko wartość akademicką – to również realne narzędzie w medycynie. Badacze udowodnili, że wykorzystanie nowej bazy 1019 genomów jako punktu odniesienia znacząco poprawia dokładność identyfikacji mutacji związanych z chorobami. To krok w stronę bardziej spersonalizowanej diagnostyki i terapii, zwłaszcza w onkologii oraz genetyce chorób rzadkich.
Jak podkreśla prof. Tobias Marschall z Uniwersytetu w Düsseldorfie, współautor obu prac:
Stworzyliśmy zasób, który nie tylko jest naukowo przełomowy, ale również medycznie istotny. To zestaw narzędzi, który pozwoli lepiej zrozumieć, jak i dlaczego pojawiają się zmiany w naszym DNA i co z tego wynika dla zdrowia człowieka.
Wszystkie dane z nowych badań zostały udostępnione publicznie i mogą być wykorzystane przez naukowców na całym świecie. To nie tylko wkład w rozwój genomiki – to także dowód na to, że międzynarodowa współpraca i otwarta nauka mogą przyspieszać przełomowe odkrycia. Konsorcja stojące za publikacjami – Human Genome Structural Variation Consortium i zespoły EMBL oraz CRG – zapowiadają dalsze prace i uzupełnianie referencyjnej mapy ludzkiego DNA w kolejnych populacjach.
