(Maciej Frolow/Getty Images) Im Jahr 2003 wurde Geschichte geschrieben. Zum ersten Mal die Das menschliche Genom wurde sequenziert . Seitdem haben technologische Verbesserungen Optimierungen, Anpassungen und Ergänzungen ermöglicht und das menschliche Genom zum genauesten und vollständigsten Wirbeltiergenom gemacht, das jemals sequenziert wurde.
Dennoch bleiben einige Lücken – auch bei menschlichen Chromosomen. Wir haben sie im Großen und Ganzen recht gut verstanden, es gibt jedoch noch einige Lücken in den Sequenzen. Jetzt haben Genetiker zum ersten Mal einige dieser Lücken geschlossen und uns die erste vollständige, lückenlose End-to-End-Sequenz (oder Telomer-zu-Telomer-Sequenz) eines menschlichen X-Chromosoms geliefert.
Ermöglicht wurde dieser Erfolg durch eine neue Technik namens Nanoporensequenzierung, die extrem lange Lesevorgänge von DNA-Strängen ermöglicht und so eine vollständigere und sequentiellere Anordnung ermöglicht.
Dies steht im Gegensatz zu früheren Sequenzierungstechniken, bei denen jeweils nur kurze Abschnitte gelesen werden konnten. Bisher mussten Genetiker diese Abschnitte wie ein Puzzle zusammensetzen.
Sie waren zwar ziemlich gut darin, aber die Teile sehen in der Regel gleich aus, daher ist es sehr schwierig zu wissen, ob man alles richtig macht – nicht nur die richtige Reihenfolge, sondern auch, wie viele Wiederholungen es in der Reihenfolge gibt. Und natürlich gibt es winzige Lücken.
„Wir fangen an, herauszufinden, dass einige dieser Regionen, in denen es Lücken in der Referenzsequenz gab, tatsächlich zu den Regionen mit der höchsten Variationsbreite in menschlichen Populationen gehören, sodass uns viele Informationen entgangen sind, die für das Verständnis der menschlichen Biologie wichtig sein könnten.“ Krankheit,' Satelliten-DNA-Biologin Karen Miga des Santa Cruz Genomics Institute der University of California.
Hier kommt die Nanoporen-Sequenzierung ins Spiel. Sie besteht aus einer Protein-Nanopore – einem nanoskaligen Loch – in einer elektrisch widerstandsfähigen Membran. An die Membran wird Strom angelegt, der ihn durch die Nanopore leitet. Wenn genetisches Material in die Nanopore eingespeist wird, kann die Stromänderung in eine genetische Sequenz übersetzt werden.
Noch besser ist, dass diese Technologie die Abhängigkeit von der Polymerase-Kettenreaktion reduziert, einer Technik, die DNA durch die Erstellung von Millionen Kopien davon verstärkt.
Mit dieser Technik untersuchten Miga und ihr Team DNA, die aus einer seltenen Art von gutartigem Gebärmuttertumor gewonnen wurde Blasenmole , zusammen mit anderen Sequenzierungstechnologien - Illumina Und PacBio - um sicherzustellen, dass das Endergebnis so vollständig wie möglich ist.
„Wir verwendeten einen iterativen Prozess über drei verschiedene Sequenzierungsplattformen, um die Sequenz zu verfeinern und ein hohes Maß an Genauigkeit zu erreichen.“ Sagte Mega . „Die einzigartigen Marker bieten ein Verankerungssystem für die extrem langen Lesevorgänge, und sobald Sie die Lesevorgänge verankert haben, können Sie mehrere Datensätze verwenden, um jede Basis aufzurufen.“
Trotz dieser Verstärkungen blieben jedoch noch einige Lücken – vor allem im Zentromer, der Struktur, die die Chromatiden verbindet: fadenförmige Stränge, in die sich ein Chromosom teilt. Diese Region ist lebenswichtig für die Mitose - aber es ist auch sehr komplex. Im X-Chromosom handelt es sich um eine sich stark wiederholende Region, die 3,1 Millionen DNA umfasst Basenpaare .
Die Forscher konnten diese notorisch knifflige Struktur aufklären, indem sie nach leichten Variationen in den Wiederholungen suchten. Diese Variationen ermöglichten es den Wissenschaftlern, die langen Lesevorgänge auszurichten und zu verbinden, um eine vollständige Sequenz für das Zentromer zu bilden.
„Für mich ist die Idee, dass wir eine Tandemwiederholung in der Größe von 3 Megabasen zusammenstellen können, einfach umwerfend.“ Sagte Mega . „Wir können jetzt diese Wiederholungsregionen erreichen, die Millionen von Stützpunkten abdecken, die zuvor als unlösbar galten.“
Dieser rigorose Ansatz ermöglichte es dem Team, alle 29 Lücken in der aktuellen X-Chromosomen-Referenz zu schließen. Es ist ein großer Fortschritt im Projekt zur vollständigen Kartierung des menschlichen Genoms.
„Unsere Ergebnisse zeigen, dass die Vervollständigung des gesamten menschlichen Genoms jetzt in greifbare Nähe rückt“, schrieben die Forscher in ihrer Arbeit „Und die hier präsentierten Daten werden die weiteren Bemühungen zur Vervollständigung der verbleibenden menschlichen Chromosomen ermöglichen.“
Die Daten des Teams sind vollständig verfügbar auf GitHub , und der Artikel wurde veröffentlicht in Natur .