Un team internazionale di scienziati afferma di aver sequenziato e assemblato l'intero genoma umano, comprese le parti che erano mancate nel sequenziamento del primo genoma umano due decenni fa.
L'affermazione, se confermata, supera il risultato raggiunto dai leader dello Human Genome Project e Celera Genomics sul prato della Casa Bianca nel 2000, quando hanno annunciato il sequenziamento della prima bozza del genoma umano. A quella bozza storica e le successive sequenze di DNA umano mancava circa l'8% del genoma.
Il sequenziamento del nuovo genoma colma queste lacune utilizzando la nuova tecnologia. Ha diversi limiti, tuttavia, incluso il tipo di linea cellulare che i ricercatori hanno usato per accelerare i loro sforzi.
Il lavoro è stato dettagliato il 27 maggio in una prestampa , il che significa che non è stato ancora sottoposto a revisione paritaria.
Miga ha sottolineato che non considererà l'annuncio ufficiale fino a quando il documento non sarà sottoposto a revisione paritaria e pubblicato su una rivista medica.
I ricercatori dicono che il nuovo genoma è un balzo in avanti, reso possibile dalle nuove tecnologie di sequenziamento del DNA sviluppate da due società del settore privato: Pacific Biosciences di Menlo Park, California, conosciuta anche come PacBio, e Oxford Nanopore, di Oxford Science Park, UK. Le loro tecnologie per la lettura del DNA hanno vantaggi molto evidenti rispetto agli strumenti che sono stati a lungo considerati standard di riferimento dei ricercatori.
Ewan Birney, vicedirettore generale del Laboratorio europeo di biologia molecolare, ha definito il risultato "un tour de force tecnico". I documenti originali sul genoma sono stati formulati con cura perché non hanno sequenziato ogni molecola di DNA da un'estremità all'altra, ha osservato. "Ciò che questo gruppo ha fatto è dimostrare che possono farlo end-to-end". Questo è importante per la ricerca futura, ha detto, perché mostra ciò che è possibile.
George Church, un biologo di Harvard e pioniere del sequenziamento, ha definito il lavoro "molto importante". Ha detto che gli piace notare nei suoi discorsi che fino ad ora nessuno ha sequenziato l'intero genoma di un vertebrato, cosa che, non è più vera, se il nuovo lavoro sarà confermato.
Una domanda importante e senza risposta: quanto sono importanti questi pezzi mancanti del puzzle umano? Il consorzio ha affermato di aver aumentato il numero di basi del DNA da 2,92 miliardi a 3,05 miliardi, con un aumento del 4,5%. Ma il conteggio dei geni codificanti proteine è aumentato solo dello 0,4%, a 19.969. Ciò non significa, hanno sottolineato i ricercatori, che il lavoro non possa portare anche ad altre nuove intuizioni, comprese quelle relative al modo in cui i geni sono regolati.
La sequenza del DNA utilizzata non proveniva da una persona, ma da una mola idatiforme, una crescita nell'utero di una donna causata quando lo sperma ha fecondato un uovo che non aveva un nucleo. Ciò significava che conteneva due copie degli stessi 23 cromosomi, invece di due diversi set di cromosomi, come fanno le normali cellule umane.
I ricercatori hanno scelto queste cellule, che erano state conservate in un laboratorio, perché questo rendeva più semplice lo sforzo computazionale per creare la sequenza del DNA. Anche la bozza originale del genoma creata nel 2003 conteneva solo 23 cromosomi, ma poiché le tecnologie per il sequenziamento del DNA sono diventate più economiche e più semplici, i ricercatori hanno avuto la tendenza a sequenziare tutti i 46 cromosomi.
Elaine Mardis, co-direttore esecutivo dell'Institute for Genomic Medicine presso il Nationwide Children's Hospital, è preoccupata che, poiché queste linee cellulari sono state mantenute in laboratorio, potenzialmente mutanti, le nuove informazioni genetiche " potrebbero essere in gran parte i detriti che si accumulano quando una linea cellulare è propagato per molti anni nella cultura”.
Miga ha affermato che gli studi sulla linea cellulare hanno dimostrato che è simile alle cellule umane e che i ricercatori hanno utilizzato cellule che erano state congelate, non propagate per molti anni. Scrive ancora Miga in un'email: "Abbiamo fatto di tutto nelle preprint per dimostrare che queste nuove sequenze servono come riferimento biologico per i genomi umani". Ha convenuto che il passo successivo era che il gruppo cercasse di sequenziare tutti i 46 cromosomi, noto come genoma diploide.
Perché ci sono voluti 20 anni per sequenziare quest'ultimo 8% del genoma, anche se il costo del sequenziamento del resto del genoma è sceso da 300 milioni di dollari a 300 dollari? La risposta ha a che fare con il modo in cui funzionano le tecnologie di sequenziamento del DNA.
Gli attuali sequenziatori di DNA da lavoro, realizzati da Illumina, prendono piccoli frammenti di DNA, li decodificano e riassemblano il puzzle risultante. Funziona bene per la maggior parte del genoma, ma non nelle aree in cui il codice del DNA è il risultato di schemi ripetitivi lunghi. Se un supercomputer avesse solo piccoli frammenti, come potrebbe assemblare una sequenza di DNA che ripetesse "AGAGAGA" per basi su basi? Ecco come appariva l'8% mancante del genoma.
Tra queste regioni "non mappabili" c'era una delle strutture più riconoscibili in biologia. Se hai mai guardato i cromosomi (ripensa alla biologia del liceo), sembrano fili che sono stati annodati insieme. Quei nodi sono centromeri, fasci di DNA che tengono insieme i cromosomi. Svolgono un ruolo chiave nella divisione cellulare. E sono pieni di ripetizioni.
Sono stati i centromeri, infatti, a spingere Miga a voler vedere queste regioni mancanti.
|frammento di genoma umano|
Miga ricorda di aver chiesto da studentessa: "Perché le regioni che sono così fondamentali per la vita, così fondamentali per il funzionamento della cellula, sono posizionate su parti del nostro genoma che sono questi mari giganti di ripetizioni in tandem?" È stata quella domanda che l'ha portata nel 2019, discutendo con Adam Phillippy, ricercatore presso il National Institutes of Health, a proporre di avviare la loro attuale iniziativa, denominata Telomere 2 Telomere Consortium, dai telomeri, che sono le estremità del cromosoma. Hanno firmato come coautore Evan Eichler, un biologo dell'Università di Washington che da anni si preoccupava delle parti mancanti del genoma.
Il lavoro è stato possibile perché le tecnologie Oxford Nanopore e PacBio non tagliano il DNA in piccoli pezzi di puzzle. La tecnologia Oxford Nanopore fa passare una molecola di DNA attraverso un minuscolo foro, risultando in una sequenza molto lunga. La tecnologia PacBio utilizza i laser per esaminare ripetutamente la stessa sequenza di DNA, creando una lettura che può essere estremamente accurata. Entrambi sono più costosi della tecnologia Illumina esistente.
Le società sono in una gara accesa. Per questo progetto, affermano i ricercatori, l'accuratezza della tecnologia PacBio si è rivelata preziosa e hanno utilizzato Oxford Nanopore per rifinire alcune aree. Ma Oxford Nanopore ha già promesso nuove tecnologie più utilizzabili. "Nel qui e ora, PacBio ha il vantaggio, ma non è chiaro per quanto tempo potranno mantenerlo". Tutti i ricercatori hanno parlato di una visione del futuro in cui invece di utilizzare un singolo genoma di riferimento, assemblano centinaia di genomi diversi e completi che sono interconnessi ed etnicamente diversi e possono essere utilizzati come riferimenti. Miga sta aiutando anche a condurre quel lavoro. E questo è solo un passo in quella direzione.
Ma fino ad ora, dice Schatz, ci sono sempre state domande su cosa mancasse. Ora finalmente abbiamo i dati giusti". "Abbiamo la tecnologia giusta".
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