211service.com
Čínské, africké genomy sekvenovány
Muž Yoruba z Nigérie a Číňan Han se ve středu připojili k významným osobnostem genetiky Jamesi Watsonovi a Craigu Venterovi jako jediní lidé, kterým byly jejich genomy sekvenovány a zpřístupněny veřejnosti. Dva anonymní genomy slouží jako důkaz, že nové sekvenační technologie, které jsou řádově levnější než standardní metody, jsou schopny přesně přečíst sekvenci kompletního lidského genomu. To znamená, že vědci budou schopni sekvenovat tisíce lidí, což, jak doufají, konečně umožní koherentní pochopení genomického základu onemocnění.
Čtení DNA: Husté zabalení fragmentů DNA na tento čip velikosti kreditní karty od společnosti Illumina, nazývaný průtoková buňka, umožňuje vysoce výkonné sekvenování. Na průtokovou buňku se vejde asi 50 milionů shluků DNA, z nichž každý obsahuje přibližně 1 000 kopií stejného fragmentu. K přesné sekvenaci lidského genomu je v současnosti potřeba asi 40 průtokových buněk.
To přináší čas potřebný k sekvenování lidského genomu z let na měsíce, říká Samuel Levy , ředitel lidské genetiky na Craig Venter Institute v Rockville, MD, který nebyl zapojen do výzkumu. To je obrovský technologický pokrok. Dává nám to možnost provádět druhy studií, které chceme dělat, abychom spojili genetické variace s lidskými vlastnostmi.
Během posledního desetiletí náklady na sekvenování dramaticky klesly. Zatímco referenční sekvence vytvořená během projektu Human Genome Project stála 300 milionů dolarů, Watsonův genom, vydaný minulý rok a sekvenovaný pomocí technologie vyvinuté společností 454 Živé vědy , v Branfordu, CT, stála asi 1 až 2 miliony dolarů. Genom Yoruba stál odhadem 250 000 dolarů a jeho dokončení trvalo jen dva měsíce, s využitím technologie od Osvětlit , genetická technologická společnost se sídlem v San Diegu.
Nové sekvenační technologie zvyšují rychlost a snižují náklady současným sekvenováním stovek tisíc kusů DNA. Z technických důvodů tento masivní paralelismus snižuje počet párů bází – písmen DNA – které lze přečíst z každého kusu. Standardní sekvenační metody dokážou číst 400 až 800 párů bází, ale technologie Illumina umí číst pouze 35 až 50. To ztěžuje sestavení kompletní sekvence, což vyžaduje výpočetní sešití překrývajících se kusů dohromady.
Kvůli těmto krátkým délkám čtení nebylo jasné, jak přesně by technologie společnosti Illumina a dalších společností mohla sekvenovat lidský genom. V nových studiích, které byly dnes zveřejněny v Příroda , výzkumníci z Illumina a z Pekingského genomického institutu v Číně ukazují, že sekvenováním genomů svých subjektů zhruba 40krát každý, byli schopni přečíst 99,9 procent sekvence v referenčním genomu. Větší počet průchodů sekvenování – standardní sekvenování vyžaduje pouze asi 6 až 10 průchodů – je nezbytný pro kompenzaci kratších délek čtení. Ale i s extra pasy je nová technologie mnohem levnější.
Vědci byli schopni ověřit přesnost jejich sekvencí jejich porovnáním s předchozími genetickými analýzami stejných genomů. Jorubská DNA sekvenovaná Davidem Bentleym a jeho kolegy z Illumina byla použita v předchozích studiích, které hledaly jednonukleotidové polymorfismy (SNP) nebo genetické variace jednoho písmene najednou, rozprostřené po celém genomu. Jun Wang a kolegové z Pekingského genomického institutu, kteří sekvenovali čínský genom, porovnali své výsledky s výsledky z mikročipu, které je navrženo k detekci tisíců běžných SNP.
Dvě nové sekvence neodhalují žádná genomická překvapení. Výzkumníci našli přibližně čtyři miliony SNP v genomu Yoruba, z nichž asi 26 procent nebylo dříve identifikováno. Jorubský genom vykazoval vyšší úroveň genetické diverzity než dříve sekvenované jednotlivé genomy, ale dřívější analýza africké DNA to předpovídala. Čínský genom měl naproti tomu asi 13,6 procenta dříve neidentifikovaných SNP.
Vědci doufají, že schopnost identifikovat nové SNP bude přínosem v honbě za genomickým základem nemoci. Většina dosavadních velkých genomických studií se soustředila na běžné genetické variace – ty s frekvencí alespoň 5 procent – protože byly nejsnáze k nalezení. Výzkum však naznačuje, že tyto variace představují pouze zlomek genetického příspěvku k běžným onemocněním. Schopnost sekvenovat mnoho lidských genomů umožní vědcům najít vzácnější varianty a charakterizovat potenciálně velkou roli, kterou hrají v lidském zdraví.
Takové studie již probíhají. Genom Yoruba je součástí mezinárodní spolupráce známé jako projekt 1 000 Genomes, který bude sloužit jako technologické testovací lože pro velkoobjemové sekvenování lidí. Se starými technologiemi byste nemohli udělat 1000 genomů, ale nové technologie to umožňují, říká Lisa Brooksová , ředitel programu genetických variací v National Human Genome Research Institute, Bethesda, MD. Vědci zapojení do projektu mají za cíl katalogizovat všechny lidské variace, které se objevují s frekvencí asi 0,1 procenta.
Illumina není sama ve své snaze levně sekvenovat lidské genomy. Applied Biosystems, společnost, která dodala mnoho sekvenačních strojů pro projekt Human Genome Project, také sekvenovala genom Yoruba a své výsledky pravděpodobně brzy zveřejní. Na stopě jsou také dva startupy, Pacific Biosciences a Complete Genomics . Complete Genomics například slibuje do příštího roku genom za 5000 dolarů. Vědci společnosti ještě nepublikovali své výsledky v recenzovaných časopisech, takže úplnost a přesnost jejich metody musí být ještě nezávisle ověřena. S těmito a dalšími údaji z projektu 1 000 Genomes budeme v dobré pozici pro správnou kalibraci těchto různých technologií, říká Richard Gibbs , ředitel Centra sekvenování lidského genomu na Baylor College of Medicine v Houstonu, TX.
Tyto dva nové genomy jsou také prvními nekavkazskými, které byly přidány do veřejné databáze. Poskytují odrazový můstek k pochopení genetických rozdílů mezi etniky, říká Levy, který napsal komentář doprovázející zveřejnění těchto dvou dokumentů.
Ve stejném čísle Příroda , vědci z Washington University School of Medicine, v St. Louis, popisují použití technologie Illumina k sekvenování prvního kompletního rakovinového genomu. Našli osm dříve neidentifikovaných mutací, které mohou vrhnout světlo na nemoc.
V sekvenačním přístupu Illumina je DNA fragmentována na malé kousky a molekulárně připojena ke speciálně navrženému sklíčku známému jako průtoková buňka. Na jednu buňku se vejde asi 50 milionů fragmentů. Každý fragment je zkopírován 1000krát, zatímco je stále přilepený k průtokové cele. Do buňky se pak přidají fluorescenčně označené báze představující čtyři písmena tvořící DNA a zbarvená červeně, zeleně, modře a žlutě. Báze, která odpovídá písmenu na první pozici fragmentu DNA, se k tomuto fragmentu připojí. Kamera poté pořídí snímek fluorescenčních bází na každém z 50 milionů míst na průtokové cele. Báze se poté odřízne a cyklus se opakuje pro každé písmeno fragmentu DNA. Výsledné obrázky se výpočtově spojí dohromady, aby se vytvořila sekvence.