Открытие, как ожидается, поможет узнать природу развития многих генетических заболеваний.
«Это достижение открывает новую эру в геномных исследованиях. Полная расшифровка всей хромосомы целиком или всего генома полностью позволяет нам понять, как он работает и как можно использовать эти знания в медицинских целях», – прокомментировал открытие один из его авторов, директор Национального института изучения человеческого генома (NHGRI) Эрик Грин.
Значащую часть генома человека, которая состоит из шести миллиардов генетических «букв»-нуклеотидов, ученые полностью расшифровали в 2003 году в рамках инициативы Human Genome Project. В результате ученые получили первую возможность детально изучить то, как был устроен человеческий геном и все 46 его хромосом.
Однако этот набор далеко не полон. В реальном геноме человека есть множество повторяющихся участков, точную длину, структуру и роль которых ученые не смогли установить. Яркий пример этого – так называемые теломеры, повторяющиеся концевые участки хромосом, которые не управляют производством белков, но играют критически важную роль в размножении клеток и управляют процессом их старения.
«Представьте себе, что вы собираете некий паззл. Если он разбит на множество мелких частей, его будет невероятно сложно собрать, особенно если у некоторых его кусочков, к примеру, на фрагментах с чистым небом, не будет никаких уникальных опознавательных черт. Раньше мы просто не могли собрать эти части геномного паззла», – рассказал еще один автор исследования, молекулярный биолог из NHGRI Адам Филиппи.
Он и его коллеги решили эту задачу с помощью новых технологий секвенирования ДНК, которые основаны на использовании нанопор, а также специальной линии клеток, которую извлекли из так называемого пузырного заноса. Он представляет собой дефектный эмбрион, который формируется в результате оплодотворения яйцеклетки без хромосом.
Получив подобные клетки, Филлиппи и его команда извлекли из них фрагменты ДНК и сосредоточили свои усилия на поиске особенно длинных участков, которые связаны с женской Х-хромосомой. Биологи избрали ее для опытов, потому что мутации в ней связаны со множеством генетических болезней, в том числе мышечной дистрофией, гемофилией и синдромом ломкой Х-хромосомы.
В общей сложности ученые считали каждый ее нуклеотид более чем 70 раз, используя как этот подход, так и другие методы расшифровки ДНК. В итоге они достигли точности чтения 99,995% и создали первую виртуальную копию Х-хромосомы, в которой нет ни одного пробела или участка неясной длины.
В частности, биологи впервые полностью «прочитали» то, как устроены теломеры и центромеры – повторяющиеся наборы нуклеотидов в центральной части хромосомы, в той точке, где нити ДНК пересекаются и образуют букву Х. Их изучение, как надеются исследователи, поможет узнать природу развития многих генетических заболеваний.
Успешное составление полного «портрета» Х-хромосомы, как отмечают Филлиппи и его коллеги, открывает дорогу для подготовки первого полноценного генома человека. Эту задачу, как ожидают исследователи, можно будет решить уже к концу 2020 года.
Ранее ученые выяснили причину женского долголетия. Различия в работе мозга и других органов мужчин и женщин могут быть связаны с работой и устройством половых хромосом.
