Vienos chromosomos sekos nustatymas

Per pastaruosius trejus metus sekvenuotų žmogaus genomų (jų DNR skaitoma raidė po raidės) skaičius šoktelėjo nuo kelių iki šimtų, o dar tūkstančiai vyksta. Tačiau visiems tiems genomo rodmenims trūksta esminės informacijos. Žmogus paveldi dvi kiekvienos chromosomos kopijas, vieną iš motinos ir vieną iš tėvo. Esami sekos nustatymo metodai nenurodo, ar genetinės variacijos, kurios yra arti viena kitos genominiame žemėlapyje, buvo paveldėtos iš to paties tėvo, todėl yra iš tos pačios chromosomos, ar kai kurios yra motinos chromosomoje, o kitos – tėvo. Tai žinant galima įvairiai – nuo ​​vaisiaus DNR sekos nustatymo iki lengviau aptikti genus, atsakingus už įvairias ligas, ir geriau sekti žmogaus evoliuciją.

Chromosomų fiksavimas: Stepheno Quake'o ir bendradarbių sukurtas mikrofluidikos įrenginys gali užfiksuoti vieną chromosomą, todėl lengviau analizuoti atskirus genomus.

Dabar dvi komandos sukūrė būdus, kaip nustatyti šias grupes, žinomas kaip haplotipas. Steponas Quake'as ir bendradarbiai iš Stanfordo universiteto sukūrė būdą, kaip fiziškai atskirti chromosomų poras ir suskirstyti kiekvieną DNR grandinę atskirai. Jay Shendure ir kolegos iš Vašingtono universiteto Sietle iš atskirų chromosomų DNR sekvenavo specialiai atrinktuose telkiniuose ir panaudojo šią informaciją genomui sujungti. Abu projektai buvo paskelbti šią savaitę Gamtos biotechnologija .

Tai buvo tikras techninis genomų [sekų], kurie buvo paskelbti iki šiol, trūkumas, sako Quake'as, Stanfordo bioinžinierius, vienas iš Technologijų apžvalga geriausi novatoriai iki 35 metų 2002 m. Kiekvienas genomas, kurį ketiname daryti nuo šiol, bus įrašytas su haplotipu.

Quake komanda pasinaudojo mikrofluidikos technologija, kurią jie sukūrė atskiroms ląstelėms atskirti ir analizuoti. Pirma, mokslininkai sulaikė pavienes ląsteles tam tikroje ląstelių ciklo fazėje, kurioje dvi jo chromosomų kopijos yra suskaidomos. Tada jie susprogdino ląstelę, atsitiktinai suskirstė chromosomas į skirtingas mikrofluidikos lusto kameras ir nukopijavo arba amplifikavo bei išanalizavo kiekvienoje kameroje esančią DNR.

Shendure, TR35 nugalėtojas 2006 m., ir jo komanda amplifikavo 40 000 raidžių DNR atkarpų, atsitiktinai paimtų iš atskirų chromosomų. Kadangi kiekviena DNR dalis yra iš vienos chromosomų poros pusės, mokslininkai žino, kad visi jos sekos genetiniai variantai yra toje pačioje chromosomoje.

Shendure ir Quake teigia, kad informacija apie haplotipą turės didžiulį poveikį žmogaus genetikai, nes padės ne tik diagnozuoti ir suprasti kai kurių ligų genetinį pagrindą, bet ir sekti mūsų rūšies evoliuciją iš primatų protėvių.

Jei kas nors turi dvi su liga susijusias mutacijas viename gene, naudojant dabartinius genomo sekos nustatymo metodus sunku nustatyti, ar yra viena genetinė klaida motinos kopijoje ir viena tėvo kopijoje, ar abi variacijos yra toje pačioje geno kopijoje. . Pirmuoju atveju žmogus turi du sugedusius genus, kurie gali sukelti sveikatos problemų. Pastarajame asmuo turi vieną gerą geno kopiją ir vieną blogą kopiją. Daugeliu atvejų geros kopijos turėjimas gali kompensuoti sugedusią kopiją.

Ląstelių dalijimasis: Specializuotas mikroskysčių prietaisas pirmiausia išskiria vieną ląstelę (kairėje). Cheminės medžiagos virškina ląstelės membraną, išlaisvindamos chromosomas (viduryje), o atskiros chromosomos sugaunamos (dešinėje) kameroje, kur jos amplifikuojamos ir analizuojamos.

Haplotipų nustatymas taip pat leidžia nustatyti žmogaus leukocitų antigeno (HLA) tipą iš imuninių genų, kurie turi būti glaudžiai suderinti tarp donoro ir recipiento kaulų čiulpų ar organų transplantacijos atvejais. Tai viena iš polimorfiškiausių [kintamiausių] žmogaus genomo dalių, sako Quake. Dabartiniai HLA tipo nustatymo metodai sukuria variantų sąrašą, bet nesuteikia informacijos apie tai, kuris iš jų yra kurioje chromosomoje. Jei to nestebėsite, jums gali nepavykti pasiekti tobulos atitikties, sako Quake. Mes parodėme, kad galite išmatuoti [haplotipą] ir gauti informacijos, kuri iš esmės gali būti naudojama siekiant geriau suderinti kaulų čiulpų transplantaciją.

Ši technologija taip pat gali būti naudojama vaisiaus genomų sekvenavimui iš DNR, surinktos iš motinos kraujo, siekiant aptikti genetinius anomalijas. (Vaisiaus kraujyje esanti DNR yra motinos ir vaiko mišinys, todėl ypač sunku sukurti visą genomo seką.)

Mokslininkai teigia, kad ne tik medicina, bet ir informacija apie haplotipą padės atlikti populiacijos genetikos tyrimus, pavyzdžiui, įvertinti žmogaus ekspansijos ir migracijos dydį ir laiką. Galite užfiksuoti įvairovę iki didesnės skiriamosios gebos, jei turite atskirų chromosomų, sako Nikolajus Schorkas , genetikas iš Scripps tyrimų instituto, kuris nedalyvavo nė viename projekte ir parašė komentarą apie tyrimą Gamtos biotechnologija . Jūs prarandate daug informacijos, jei žiūrite į dalykus genotipo lygiu, palyginti su haplotipo lygiu.

Tyrėjai sugebėjo statistiškai nustatyti Europos populiacijų haplotipą dėl to, kad europiečiai prieš tūkstančius metų patyrė genetinę kliūtį. (Haplotipai labai palaipsniui trumpėja, nes chromosomų poros suyra ir vėl susirenka su kiekviena karta. Europiečiai turi ilgus haplotipus, kurie dar nesuirę, todėl juos lengviau analizuoti.) Tačiau statistiniai metodai Afrikos populiacijoms nepasiteisino, o tai reiškia, kad genetinė Informacija apie šią grupę yra daug mažesnė. Dėl šios priežasties dauguma iki šiol atliktų genomo asociacijos tyrimų buvo sutelkti į Europos populiacijas.

Abu metodai padidina genomo sekos nustatymo išlaidas, todėl neaišku, kaip greitai jie pasieks, sako Schorkas. Jis sako, kad „Shendure“ požiūris yra toks, kurį žmonės greičiausiai galėtų pritaikyti laboratorijose. „Quake“ metodas sukuria daug išsamesnius duomenis – haplotipą, kuris yra visos chromosomos ilgio, tačiau tai yra techniškai sudėtingesnė, todėl atskiroms ląstelėms analizuoti reikia specializuotų lustų. Vienos ląstelės sekos nustatymas ir galimybė atskirti chromosomas lėkštelėje yra sudėtingi, sako Schorkas. Nebent kas nors sukurs prieinamą tyrimą, jis nebus naudojamas įprastai. Quake'as teigia, kad lustai, kuriuos naudoja jo laboratorija ir artimi bendradarbiai, šiuo metu yra gaminami akademinėje Stanfordo liejykloje. Jis sako: galbūt kada nors bus komercinis sprendimas.

paslėpti