Проект «Геном человека» был объявлен завершенным в 2002 году. Но на самом деле он не был завершен. Большая часть последовательности, около 92 процентов, была полностью расшифрована, особенно участки, содержащие гены, кодирующие белок. Но геном также содержит длинные участки повторяющихся последовательностей, которые может быть очень трудно распутать с помощью традиционных или передовых методов секвенирования ДНК. Теперь пробелы в последовательности наконец-то заполнены. О работе было сообщено в журнале Science .
Эти повторяющиеся последовательности когда-то считались «мусорной ДНК», но исследователи находят все больше участков этого мусора, которые выполняют важные биологические функции. Поскольку они не кодируют белок, их изучение может оказаться чрезвычайно сложной задачей. Но считается, что они не только связаны с некоторыми заболеваниями, они могут быть необходимы для определенных биологических функций, что делает их важными для понимания.
Усилия по картированию неуловимых частей генома были названы Консорциумом теломер-к-теломерам (T2T) , потому что колпачки, которые сидят на концах хромосом и защищают их, называются теломерами. Подобно плотным серединам хромосом, называемым центромерами, теломеры также полны повторяющихся последовательностей, которые трудно секвенировать. Эти центромеры также являются важной частью репликации ДНК и деления клеток.
На заре секвенирования можно было амплифицировать определенные участки генома; выбранная последовательность была нацелена на небольшие молекулы, называемые праймерами, которые соответствуют коротким участкам на концах этих конкретных последовательностей. После амплификации во множество копий с помощью фермента каждое основание этой конкретной последовательности может быть помечено флуоресцентной молекулой, после чего последовательность флуоресцентных цветов считывается машиной как основания ДНК.
Более продвинутые методы секвенирования использовали другой подход. При секвенировании следующего поколения части генома нарезаются на крошечные части, которые затем секвенируются и, наконец, собираются вместе, как кусочки головоломки, для создания длинной последовательности. Оба метода затрудняют повторение в геноме, поэтому был разработан метод секвенирования третьего поколения. При секвенировании третьего поколения или нанопор возможны гораздо более длинные считывания. Одна молекула ДНК проходит через нанопору, и каждое основание считывается электронным способом.
Merfin — еще один инструмент, созданный исследователями для этой работы. Merfin может исправлять ошибки, допущенные в процессе секвенирования, автоматически обнаруживая и исправляя эти ошибки.
«Растяжения идентичных пар оснований, таких как AAA, могут быть трудны для чтения современными технологиями», — объяснил постдокторский исследователь Джулио Форменти, доктор философии, который разработал Merfin. «Даже сейчас в этих последовательностях часто встречаются ошибки. Мерфин их исправляет».
Исследователи надеются, что методы, используемые для завершения последовательности генома человека, которые были представлены в статье Nature Methods , помогут ученым понять болезни, связанные со структурными повторами в центромере. «Наконец-то мы копаемся в том, что мы когда-то называли мусорной ДНК, потому что мы не могли понять или рассмотреть это точно», — сказал Форменти. «Теперь, когда эти последовательности больше не отсутствуют в эталонном геноме человека, мы можем начать картировать происхождение этих заболеваний».
Например, рак был связан с дефектами центромер. Когда некоторые гетерохроматиновые центромерные гены сверхактивны, раковые клетки быстро делятся. Теперь, когда у нас есть последовательность полного генома человека, ученые могут больше узнать об этих загадочных областях.