Что такое пангеном человека, только что созданный генетиками, и почему он так важен

В журнале Nature опубликована серия статей, посвященных исследованию, которое эксперты называют прорывом, сообщает Science. Речь о первом проекте пангенома человека – коллекции геномов, собранных у людей со всего мира. Для ученых он может стать источником более полных представлений о нашей эволюции, а рядовому человеку полезен тем, что в будущем даст возможность более точного тестирования на склонность к разным болезням.

Почему нам недостаточно эталонного генома

Сегодня, когда медики определяют риск того или иного пациента заболеть, например, раком или шизофренией, они ориентируются на его ДНК. Однако эта ДНК не индивидуальная: так называемый «эталонный» геном, который сейчас используется, составлен из фрагментов генетического материала нескольких людей.

Первая расшифровка генома человека была опубликована в 2001 году. Он представлял собой лоскутное одеяло из ДНК более чем 60 человек. Эта версия была не окончательной, в ней отсутствовало около 8% генетического «алфавита», который было трудно прочитать с помощью существовавших на тот момент технологий секвенирования, так что все последующие годы геном латали и дополняли.

В прошлом году было объявлено о первом полностью завершенном геноме человека T2T-CHM13. Он представляет собой почти 100% всей последовательности ДНК, но, несмотря на свою полноту, все же не отражает всего генетического разнообразия нашего вида. В него, например, не входит информация об аллелях – версиях одного и того же гена, которые могут присутствовать в одной популяции и отсутствовать в других.

Кто и как создавал пангеном

Создатели пангенома – генетики из 14 научных институтов, составивших Справочный консорциум по пангеному человека (HPRC), – https://humanpangenome.org/ объединили геномы, собранные у 47 анонимных участников и их родителей. В эту группу вошли люди со всех континентов, кроме Антарктиды: прошлые генетические исследования много критиковали за то, что они опирались на ДНК людей европейского происхождения.

В ходе работы ученые детально проанализировали геном каждой особи, определив, какие участки принадлежали родителям. Им также удалось секвенировать длинные фрагменты ДНК, что позволило зафиксировать больше вариаций, чем в предыдущих исследованиях. Была значительно расширена библиотека пар оснований – строительных блоков ДНК: к уже известным добавилось 119 миллионов оснований.

Большая часть этой ДНК находится в ранее не исследованных частях генома, содержащих множество копий генов, которые дублируются с оригиналов в других частях ДНК. Эти дублированные части изменяются быстрее, чем недуплицированные участки генома, говорят авторы исследования, причем происходящие мутации фундаментально отличаются от мутаций в остальной части генома. Некоторые из этих дублированных областей связаны с размером мозга человека и другими чертами, отличающими нас от приматов, другие – с определенными чертами характера и склонностью к заболеваниям.

В чем важность этого проекта

Наши геномы идентичны более чем на 99%. Но именно этот 1% – то, что делает каждого отдельного человека непохожим на других. «У каждого человека уникальный геном, поэтому использование единой эталонной последовательности генома для каждого человека может привести к неравенству в геномном анализе, – говорит генетик Адам Филлиппи из Национального исследовательского института генома человека в Мэриленде. – Например, предсказание генетического заболевания может хуже сработать для человека, в чьем геноме больше отличий от эталонного генома».

Пангеном – гораздо более широкий источник информации. По словам авторов, новая модель на 34% точнее при поиске небольших вариантов и на 104% – при поиске крупных, или структурных, вариантов, которые труднее всего обнаружить. Еще одним важным достоинством пангенома является то, что благодаря большему объему и разнообразию данных он дает возможность различать родительские наборы хромосом, что важно для изучения наследования заболеваний.

Планы на будущее

Несмотря на то, что пангеном сильно расширяет наши представления о генетическом разнообразии человека, он не лишен недостатков. Например, в нем по-прежнему плохо представлены латиноамериканцы, коренные американцы, люди с Ближнего Востока, нет никого из Океании. Словом, пока он не является репрезентативным для всех. Этот недостаток планируется устранять. Первая фаза проекта была направлена на разработку технологии для создания пангенома, а в будущем ученые будут добавлять в него новые данные. Через год в пангеноме должно быть уже 350 геномов. Большинство учреждений, участвующих в HPRC, базируются в США и Европе, однако к проекту, надеются его создатели, будут присоединяться научные организации из других стран. Цель – секвенировать новые геномы из других регионов и дать больше информации для изучения генетикам, биологам-эволюционистам, медицинским исследователям и другим специалистам.

Ознакомиться с исследованиями можно на сайте журнала Nature.