Ученые секвенировали полные геномы более сотни отдельных клеток одного 74-летнего мужчины и обнаружили неожиданное разнообразие. В одних клетках выявлялись лишние хромосомные ветви, в других — отсутствовали фрагменты, встречались небольшие вставки, дублирования и удаленные участки ДНК. В ряде кровяных клеток Y-хромосома была полностью утрачена. Такие различия называют мозаицизмом — это словно генетический «хаос», где каждая клетка хранит собственную историю изменений. Результаты исследования опубликованы на сервере препринтов bioRxiv.
«Там были некоторые клетки, которые были очень повреждены», — говорит Джо Люкетт из Гарвардской медицинской школы, один из авторов работы.
Цель исследования и медицинский потенциал
Результаты дают первое детальное представление о том, как сильно геном может варьировать внутри одного человека. Это часть пилотного проекта консорциума, цель которого — создать каталог мутаций клеток из 19 органов у 150 доноров. Такой ресурс позволит изучать, как внутриклеточные различия влияют на риск рака, сердечно-сосудистых заболеваний и других патологий.
Раньше считалось, что геном всех клеток человека одинаков. Классический подход секвенирования ДНК обычно анализировал ДНК, извлеченную из тысяч или миллионов клеток одновременно, что усредняло результаты и скрывало редкие различия. Поэтому идея, что отдельные клетки могут содержать уникальные мутации, была известна, но именно масштаб, степень и разнообразие мозаицизма, обнаруженные при секвенировании отдельных клеток, стали настоящим открытием.
«Я уверен, что эта область будет развиваться очень быстро», — отмечает Соити Сано, специалист по мозаицизму в сердечно-сосудистой системе.
Как ученые увидели редкие мутации
Секвенирование ДНК одной клетки — крайне сложная задача. У каждой клетки только две копии генома, поэтому малейшая ошибка может исказить результат. Исследователи использовали метод первичной амплификации, который создает дополнительные копии всей ДНК клетки, позволяя затем провести точное секвенирование.
Так удалось выявить мутации, которые теряются при анализе сотен клеток одновременно. Например, в некоторых клетках обнаружили изменения, характерные для воздействия табачного дыма, показывая, как окружение оставляет «отпечатки» на нашем геноме.
Хаос и последствия мутаций
Используя алгоритмы, ученые приблизительно определили, когда возникли мутации — в раннем возрасте или в зрелом. Потеря Y-хромосомы в клетках крови, например, связана с повышенным риском сердечно-сосудистых заболеваний и инфаркта.
«Феноменально видеть, как отдельные клетки хранят собственные истории мутаций, иногда с десятилетиями различий», — добавляет Люкетт.
Ключевой следующий шаг — понять, какие мутации действительно вредны, а какие — нейтральны и являются частью нормального старения.
«Если вы обнаруживаете множество мутаций при обследовании на рак, это не всегда плохо. Нужно знать, с чем сравнивать и что считать нормой», — говорит Люкетт.
Почему это важно для медицины
Каталог мозаицизма поможет точнее прогнозировать болезни, персонализировать лечение и предсказывать риски еще до появления симптомов. Различия между клетками могут объяснить, почему у двух людей с похожими анализами исходы болезни могут отличаться.
В конечном счете, один человек оказался мини-лабораторией эволюции, где каждая клетка хранит отдельную историю изменений. Научиться читать эти истории — ключ к более точной и персонализированной медицине будущего.
Ученые создали сенсор, показывающий ремонт ДНК в живых клетках: видео
Насколько гены влияют на ум, стройность и здоровье: масштабное исследование
Подписывайтесь и читайте «Науку» в Telegram