Первый немецкий геном полностью расшифрован на молекулярном уровне

Исследователи из Института молекулярной генетики Общества Макса Планка впервые проанализировали два набора хромосом в геноме человека отдельно.

Учёные впервые полностью расшифровали оба набора хромосом из генома человека по отдельности. Эта работа необходима для более глубокого понимания биологии человека, анализа рисков заболеваний и разработки новых, более персонализированных стратегий профилактики и лечения. Полностью расшифрованный командой Маргрет Хё геном также является первым полностью секвенированным геномом индивидуума из Германии.

Каждый человек наследует геном от матери и отца, то есть каждая из 22 хромосом (аутосом) существует в двойном экземпляре. Эти два набора хромосом отличаются друг от друга, и разные версии в эквивалентных областях генома называются гаплотипами. В текущем исследовании учёные присвоили более 99% всех различий в основаниях (SNP), а это всего более трёх миллионов SNP, одной из двух версий каждой хромосомы.

Современные технологии секвенирования не предоставляют оба набора хромосом по отдельности, а дают их композитную смесь. Поэтому исследователям пришлось разработать новый метод для идентификации разных последовательностей генетических букв для обеих версий хромосом отдельно. «По сути, у каждого из нас есть два генома, унаследованных от каждого из родителей, и нам нужно рассматривать их отдельно и их взаимодействия, чтобы полностью понять биологию геномов», — говорит Маргрет Хё.

В исследовании, финансируемом Немецкой национальной сетью исследований генома, команде удалось отдельно расшифровать последовательности почти всех генов в геноме 51-летнего мужчины из Германии для обоих наборов хромосом. Важно, что 90% генов существуют в двух разных молекулярных формах. «Два набора хромосом в нашем личном геноме различаются в общей сложности примерно в двух миллионах позиций», — объясняет Хё.

Учёным также впервые удалось зафиксировать геном в его молекулярной индивидуальности. От 60 до 70% генов, то есть их большинство, существуют в своих характерных молекулярных формах только у того индивидуума, чей геном был проанализирован. «Наши результаты очень ясно показывают, что биология генов и геномов имеет сильный индивидуальный компонент», — говорит Хё.

Это особенно важно для персонализированной медицины. Яркий пример — ген BRCA1, мутации в котором предрасполагают к раку молочной железы. В исследуемом геноме было обнаружено две мутации в этом гене — к счастью, в одной и той же копии гена. Копия на другой хромосоме не была изменена, поэтому, несмотря на две мутации, у генома оставалась здоровая версия гена. «Знание того, затрагивают ли мутации оба гаплотипа, необходимо для оценки будущего риска развития заболевания у пациента», — подчёркивает Хё.

В целом учёные идентифицировали у испытуемого 159 мутировавших генов с потенциалом предрасположенности к заболеваниям, которые могут нарушать функцию белков. В 86 из этих генов мутации были обнаружены в одной и той же копии гена.

Результаты поднимают новые фундаментальные вопросы: как две разные молекулярные формы гена ведут себя по отношению друг к другу? Работают ли они вместе или друг против друга? Какая из двух форм гена является доминантной и почему? Ген может сделать человека больным, только если одна его форма подавляет другую или если поражены обе копии. «Поэтому различение гаплотипов необходимо, чтобы в будущем понять, как возникают болезни и как их можно лечить», — заключает Маргрет Хё.