Oamenii de știință au reușit să descifreze în întregime genomul uman, potrivit unei serii de articole publicate on-line, pe 31 martie, în Science și Nature Methods și citate de Science News.
Finalizarea genomului uman a mai fost anunțată de câteva ori în trecut, însă atunci era vorba doar de proiecte incomplete. ”De data aceasta chiar vorbim serios”, spune Evan Eichler, specialist în genetică umană la Institutul Medical Howard Hughes din cadrul Universității din Seattle, Washington, S.U.A.
O echipă internațională de cercetători a folosit o nouă tehnologie de secvențiere de ADN-ului pentru a descâlci porțiuni repetitive de ADN care fuseseră pregătite într-o versiune a genomului, folosită pe scară largă ca referință pentru ghidarea cercetărilor din domeniul biomedical.
Descifarea acestor porțiuni complicate de ADN a adăugat la genomul uman încă 200 de milioane de baze azotate, adică 8% din genom. Aceste regiuni noi includ brațele scurte ale unor cromozomi, gene pierdute de mult timp și părți importante ale cromozomilor numite centromeri – zone în care mașinăria implicată în scidarea ADN-ului se prinde de cromozom.
Ce anume au făcut cercetătorii?
Oamenii de știință precizează din capul locului că este vorba de finalizarea unui genom uman, nu a genomului uman. Oricare doi oameni prezintă porțiuni extinse de ADN asemănătoare sau chiar indentice, însă există și porțiuni care sunt complet diferite de la o persoană la alta. Un genom de referință îi poate ajuata pe cercetători să vadă unde diferă oamenii, ceea ce poate indica gene implicate în boli. O vedere de ansamblu asupra întregului genom, fără lacune sau ADN ascuns, le poate oferi oamenilor de știință o mai bună înțelegere a sănătății umane, bolilor și evoluției.
Noul genom descifrat nu prezintă lipsuri cum era cazul genomului uman anterior, însă tot mai are anumite limitări.
Vechiul genom de referință este un conglomerat de ADN provenit de la peste 60 de persoane, ceea ce înseamnă că nicio celulă individuală de pe planeta noastră nu prezintă acest genom. Noul genom nu provine nici el de la o singură persoană. El este genomul unei sarcini molare (mola hidatiformă), adică o tumoare benignă care apare atunci când un spermatozoid fecundează un ovul gol și cromozomii tatătului sunt duplicați. Cercetătorii au ales să descifreze genomul complet dintr-o linie celulară numită CHM13, provenită dintr-o astfel de tumoare neobișnuită.
Geneticienii au luat această decizie din motive tehnice. De obicei, oamenii prezintă două seturi de cromozomi, unul de la mamă și celălalt de la tată, deci într-o celulă există două genomuri, care ar fi trebuit să fie descifrate. În schimb, mola hidatiformă nu prezintă această problemă, deoarece ea are un singur genom.
Cercetătorii au trebuit să adauge un cromozom Y de la o altă persoană, deoarece mola hidatiformă conținea un cromozon X.
Chiar și descifrarea unui singur genom este o sarcină herculeană. Însă noile tehnologii care permit aranjarea bazelor azotate dintr structura ADN-lui – reprezentate de literele A, T, C și G – pot procesa fragmente de până la 100.000 de baze, ceea ce ușurează asamblarea fragmentelor genomului, mai ales în porțiunile sale repetitive, unde doar câteva baze ar putea face diferența între o copie și alta.
Ce au descoperit cercetătorii?
Pentru început, ADN-ul proaspăt descifrat conține brațele scurte ale cromozomilor 13, 14, 15, 21 și 22. Acești ”cromozomi acrocentrici” nu seamănă cu cromozomii X, așa cum se întâmplă cu restul cromozomilor. În schimb, ei prezintă un set de brațe lungi și un set de brațe scurte, ca niște cioturi.
Lungimea brațelor scurte contrastează cu importanța acestora. Aceste brațe găzduiesc genele ADNr (ADN ribozomal), care codifică ARN-urile ribozomale (ARNr), componente esențiale ale ribozomilor. Ribozomii citesc instrucțiunile genetice și produc toate proteinele necesare celulelor și organismului pentru a funcționa. Există sute de copii ale acestor regiuni ADNr în genomul fiecărei persoane. Ele sunt importante pentru ca celulele să aibă la îndemână ”fabrici” de producție a proteinelor.
Noul genom complet conține 3.604 gene, inclusiv 104 ce codifică proteine, care nu erau prezente în vechiul genom, incomplet. Multe dintre aceste gene sunt copii puțin diferite ale genelor deja cunoscute, inclusiv ale unor implicate în evoluția și dezvoltarea creierului, autism, răspunsurile imune, cancer și bolile cardiovasculare. A avea o hartă a locurilor în care se află toate aceste gene poate contribui la o mai bună înțelegere a ceea ce fac ele și chiar a ceea ce ne face umani.
Una dintre cele mai mari descoperiri ar putea fi structura tuturor centromerilor umari. Centromerii, porțiunile dense care conferă majorității cromozomilor aspectul lor caracteristic al literei ”X”, sunt punctele de ancorare ale chinetocorilor – mașinăria celulară împlicată în scindarea ADN-ului în timpul diviziunii celulare. Acesta este unul dintre cele mai importante procese din celulă. Atunci când el merge prost, pot rezulta malformații congenitale, cancer sau moarte.
Aceste structuri sunt, în mare parte, unități repetitive formate din 171 de perechi de baze de ADN, cunoscute sub denumirea de sateliți alfa. Ele sunt înglobate în alte unități repetitive, creând modele complexe care individualizează fiecare centromer al fiecărui cromozom.
Cercetătorii au descifrat structura tuturor centromerilor umani – porțiunile dense ale cromozomilor (cu roșu în această imagine a celulelor Hela care se divid), unde structurile numite microtubuli (cu verde) asigură o distribuție adecvată a ADN-ului în celule. | Foto: MATTHEW DANIELS/WELLCOME COLLECTION (CC BY 4.0)
Cercetătorii au acum o hartă mai detaliată a markerilor epigenetici – etichete chimice de pe ADN sau proteinele asociate, care pot influența modul în care genele sunt reglate. Un tip de marker epigenetic, numit metilarea ADN-ului, este destul de abundent în centromeri, cu excepția unui singur loc de pe cromozom denumit insulă hipometilată.
Aceste insule hipometilate sunt locurile în care chinetocorii se prind de ADN, însă nu este clar dacă metilarea redusă face ca mașinăria celulară să se fixeze de acel punct sau dacă tocmai această fixare face ca nivelurile de metilare să se reducă.
Aproximativ jumătate dintre genele implicate în evoluția creierului omului se găsesc în mai multe copii în porțiunile repetitive nou descoperite ale genomului.
Ce urmează?
O critică la adresa cercetării genetice este aceea că s-a bazat prea mult pe ADN-ului de la oameni de origine europeană. CHM13 are, de asemenea, o descendență europeană. Însă cercetătorii au folosit noua referință pentru a descoperi noi tipare ale diversității genetice.
Consorțiul Telomere-to-Telomere își propune să descifreze genomurile a 350 de persoane din medii diverse. Această strădanie, numită proiectul pangenom, este gata să-și dezvăluie primele descoperiri la sfârșitul acestui an.
Genomul uman va fi, de asemenea, util pentru cercetătorii care studiază alte organisme, spune Amanda Larracuente, genetician evoluționist la Universitatea din Rochester, New York, S.U.A., care nu a fost implicată în proiect. Oamenii de știință au planuri pentru a realiza genomurile de la cimpanzeu, bonobo și alte maimuțe, pentru a afla modul în care oamenii au evoluat diferit față de maimuțe.
Sursa: Science News.