DNA: Μετά από είκοσι χρόνια ολοκληρώθηκε το ανθρώπινο γονιδίωμα χωρίς κανένα κενό

DNA: Είκοσι χρόνια μετά το Πρόγραμμα Ανθρώπινου Γονιδιώματος, ερευνητική κοινοπραξία συμπλήρωσε όλα τα κενά και δημοσίευσε το πρώτο πλήρες γονιδίωμα

Ολοκληρώθηκε έτσι το έργο που είχε ξεκινήσει πριν από 20 και πλέον χρόνια με το Πρόγραμμα Ανθρωπίνου Γονιδιώματος, το οποίο είχε «χαρτογραφήσει» έως το 2003 περίπου το 92% του ανθρώπινου DNA.

Το υπόλοιπο 8%, το οποίο δεν είχε τότε αλληλουχηθεί, περιλαμβάνει αρκετά γονίδια και περιοχές επαναλαμβανόμενου DNA, ενώ είναι συγκρίσιμο σε μέγεθος με ένα χρωμόσωμα.

Το πλήρες γονιδίωμα προσθέτει σχεδόν 200 εκατομμύρια νέα ζεύγη βάσεων DNA, μεταξύ των οποίων 99 γονίδια που πιθανώς κωδικοποιούν πρωτεΐνες και σχεδόν 2.000 υποψήφια γονίδια που χρήζουν περαιτέρω μελέτης. Επίσης διορθώνει χιλιάδες λάθη στο έως τώρα ανολοκλήρωτο ανθρώπινο γονιδίωμα αναφοράς (το λεγόμενο GRCh38), που είχε πρωτοπαρουσιαστεί το 2000, το οποίο είχε συναρμολογηθεί από πολλούς δωρητές και δεν αφορούσε έναν μόνο άνθρωπο, όπως συμβαίνει με το νέο πλήρες γονιδίωμα.

Γενετικό υπόβαθρο ασθενειών

Οι περισσότεροι από 100 ερευνητές του Εθνικού Ινστιτούτου Ερευνών Ανθρωπίνου Γονιδιώματος (NHGRI) των ΗΠΑ και πολλών αμερικανικών και άλλων πανεπιστημίων, οι οποίοι είχαν συστήσει την επιστημονική κοινοπραξία Τ2Τ (Telomere to Telomere) παρουσιάζουν έξι δημοσιεύσεις στο Science, καθώς και μερικές ακόμη σε άλλα επιστημονικά περιοδικά.

Υπογράμμισαν ότι η ύπαρξη μιας ολοκληρωμένης αλληλουχίας των συνολικά περίπου τριών δισεκατομμυρίων βάσεων («γραμμάτων») του ανθρώπινου DNA είναι κρίσιμη για την κατανόηση όλου του φάσματος της ανθρώπινης γονιδιωματικής ποικιλομορφίας, του γενετικού υποβάθρου ορισμένων ασθενειών και της ανθρώπινης εξέλιξης.

«Η δημιουργία μιας πραγματικά πλήρους αλληλουχίας του ανθρώπινου γονιδιώματος αντιπροσωπεύει ένα απίστευτο επιστημονικό επίτευγμα, παρέχοντας την πρώτη ολοκληρωμένη εικόνα του υποβάθρου του DNA μας» δήλωσε ο διευθυντής του NHGRI δρ Έρικ Γκριν.

«Δεν υπάρχουν πλέον καθόλου κρυμμένα ή άγνωστα τμήματα του ανθρώπινου DNA. Ψυχολογικά και μόνο αυτό είναι κάτι σημαντικό» ανέφερε ο γεβνετιστής Ρόμπερτ Γουότερστον του Πανεπιστημίου της Ουάσιγκτον.

«Συνιστά θεμελιώδες πλεονέκτημα να βλέπουμε το πλήρες γονιδίωμα έως ένα ολοκληρωμένο σύστημα. Μας επιτρέπει πια να φωτίσουμε πώς το σύστημα αυτό δουλεύει. Είχαμε πετύχει μια τεράστια κατανόηση της ανθρώπινης βιολογίας και ασθένειας έχοντας διαβάσει περίπου το 90% του ανθρώπινου γονιδιώματος, αλλά υπήρχαν πολλές σημαντικές πλευρές του που έμεναν κρυμμένες, στο επιστημονικό σκοτάδι, επειδή δεν είχαμε την τεχνολογία να διαβάσουμε αυτά τα τμήματα του γονιδιώματος. Τώρα πλέον μπορούμε να σταθούμε στην κορυφή του βουνού και να δούμε όλο το τοπίο από κάτω και έτσι να έχουμε μια σφαιρική εικόνα της ανθρώπινης γενετικής κληρονομιάς μας» τόνισε ο Ντέηβιντ Χάουσλερ, διευθυντής του Ινστιτούτου Γονιδιωματικής του Πανεπιστημίου της Καλιφόρνιας-Σάντα Κρουζ.

Η αλληλούχηση του πλήρους γονιδιώματος αναφοράς με την ονομασία T2T-CHM13 θα διευκολύνει την καλύτερη κατανόηση του πώς διαφέρει το DNA από άνθρωπο σε άνθρωπο. Ήδη, χρησιμοποιώντας το πλήρες γονιδίωμα ως σημείο αναφοράς, οι ερευνητές ανακάλυψαν περισσότερες από 2 εκατομμύρια πρόσθετες παραλλαγές στο ανθρώπινο γονιδίωμα, ενώ ασφαλώς θα ακολουθήσουν και άλλες στο μέλλον.

Το δύσκολο παζλ

Η ολοκλήρωση της ανάγνωσης του γονιδιώματος επιτεύχθηκε με ελάχιστο κόστος σε σχέση με εκείνο του αρχικού Human Genome Project, που κόστισε 3 δισ. δολάρια, χάρη στις προόδους της τεχνολογίας αλληλούχησης DNA, ιδίως των μηχανημάτων της εταιρείας Oxford Nanopore Technologies.

Το ανθρώπινο γονιδίωμα αποτελείται από δισεκατομμύρια βάσεις, ή «γράμματα», μοιρασμένα σε 23 ζεύγη χρωμοσωμάτων. Για να διαβαστεί ολόκληροι, οι επιστήμονες έπρεπε να το κόψουν σε κομμάτια μήκους μερικών εκατοντάδων ή χιλιάδων βάσεων το καθένα. Στη συνέχεια, οι μηχανές αλληλούχησης διάβαζαν τις επιμέρους βάσεις σε κάθε κομμάτι και οι επιστήμονες προσπαθούσαν να συναρμολογήσουν τα κομμάτια στη σωστή σειρά, όπως σε ένα δύσκολο παζλ.

Μια δυσκολία είναι ότι μερικές περιοχές του γονιδιώματος επαναλαμβάνουν τα ίδια γράμματα ξανά και ξανά. Παλαιότερα είχε υποτεθεί ότι επρόκειτο για «σκουπίδια», πιο πρόσφατα όμως έγινε αντιληπτό ότι σε αυτές τις επαναλαμβανόμενες, καθόλου άχρηστες περιοχές υπάρχουν ακόμη και νέα γονίδια.

Μια άλλη δυσκολία είναι ότι τα περισσότερα ανθρώπινα κύτταρα περιέχουν δύο γονιδιώματα, ένα από τον πατέρα και ένα από τη μητέρα. Όταν οι επιστήμονες προσπαθούν να συναρμολογήσουν όλα τα κομμάτια, οι γενετικές αλληλουχίες από κάθε γονέα μπορεί να ανακατευτούν, θολώνοντας την πραγματική ποικιλομορφία σε κάθε ατομικό γονιδίωμα. Τελικά οι ερευνητές απλοποίησαν το έργο τους, αναλύοντας κύτταρα με ένα μόνο γονιδίωμα (κάθε τέτοιο κύτταρο περιείχε δύο αντίγραφα του DNA του πατέρα και κανένα της μητέρας).

Το επόμενο βήμα πάνω στο οποίο ήδη εργάζονται οι ερευνητές της κοινοπραξίας, είναι η αλληλούχηση ενός γονιδιώματος με διαφορετικά χρωμοσώματα κληρονομημένα και από τους δύο γονείς. Επίσης ξεκίνησαν μια παν-γονιδιωματική προσπάθεια (Πρόγραμμα Ανθρώπινου Πανγονιδιώματος – Human Pangenome Project) για να διαβάσουν τις πλήρεις αλληλουχίες DNA σε 350 ανθρώπους από όλο τον κόσμο, με στόχο να δημιουργήσουν ένα όσο το δυνατό πληρέστερο ανθρώπινο γονιδίωμα, που θα αντιπροσωπεύει την ανθρώπινη ποικιλομορφία.