На карті генетичної мінливості людини поменшало білих плям

Десять років тому вчені ставили собі за мету розшифрувати геном однієї людини. Нині 1000 геномів — це абсолютний мінімум. У рамках проекту «1000 геномів» було створено найдокладніший каталог генетичної мінливості людини — зібрання мільйонів невідомих раніше однонуклеотидних поліморфізмів (SNP) та інших варіацій. Дослідники вже використовують ці дані для визначення ділянок ДНК, пов’язаних із тяжкими спадковими захворюваннями.

Хоча всі люди мають на 99% однакові ДНК, 1% відмінностей впливає на хвороби, особистісні та інші риси. Першою масштабною спробою виявлення цих відмінностей став міжнародний проект HapMap, у рамках якого було визначено 3,5 млн. однонуклеотидних поліморфізмів (відмінностей послідовності ДНК розміром в один нуклеотид у геномі представників одного виду). Генетики використовували ці SNP в полігеномних дослідженнях асоціацій (GWAS), щоб виявляти гени, важливі для таких хвороб, як, наприклад, діабет, захворювання серця, різні види раку та вікова макулярна дегенерація. Однак ці дослідження охоплювали тільки варіації, які існували у принаймні 10% людей, і найчастіше допомагали визначити ділянку геному, пов’язану з підвищеним ризиком захворюваності, але не конкретний нуклеотид, котрий зумовлює цей ризик.

Проект «1000 геномів», започаткований у 2008 р., спрямований, зокрема, й на вирішення цих питань. Його розпочали інститут Wellcome Trust Sanger (Хінкстон, Великобританія), Національний науково-дослідний інститут людського геному (Бефесда, штат Меріленд) та BGI (Шеньчжень, Китай) із метою виявлення поліморфізмів, наявних щонайменше в 1% людей, а також інших відмінностей. Результатом проекту має бути секвенування варіацій 2500 зразків ДНК 27 груп населення в усьому світі.

Проект складався з трьох досліджень. У рамках одного вчені секвенували геноми двох сімей, що складалися з трьох осіб — матері, батька й дитини, і виявили, що нащадки успадковують близько 60 мутацій, які виникли в їхніх батьків, причому від батька — трохи більше, ніж від матері. Друге дослідження передбачало менш детальне секвенування геномів 179 людей родом з Європи, Східної Азії та Африки. У рамках третього було визначено послідовності 8140 екзонів (у межах 906 генів) 697 осіб. Протестувавши різні технології секвенування і розробивши способи підготовки та аналізу зразків, дослідницька група, що складалася з дев’яти центрів, виявила надійні методи вивчення генетичної мінливості, які швидко стають стандартом у галузі, доповідає один із керівників проекту «1000 геномів» Девід Альтшулер, генетик із Інституту Броуд (Кембридж, штат Массачусетс).

У результаті досліджень було ідентифіковано 15 млн. SNP, зокрема 8,5 млн. раніше не відомих, а також 1 млн. мікровставок і делецій та 20 тис. інших структурних варіацій. Це на порядки більше, ніж було відомо раніше.

Вчені вже використовують дані з досліджень проекту «1000 геномів», щоб доповнити свої карти ділянок геному, пов’язаних із хворобами. Так, наприклад, Джонатан Марчін, статистик із Оксфордського університету, та його колеги скористалися даними проекту при мета-аналізі 20 досліджень, які шукали гени, пов’язані з палінням. Ці дослідження окреслили кластер генів на 15-й хромосомі, що кодує білки, які сильно зв’язуються з нікотином. Вчені використали дані проекту «1000 геномів» для виявлення конкретних SNP, що впливають на транскрипцію одного з цих генів.

Дані можуть також допомогти відстежити гени, пов’язані з рідкісними генетичними захворюваннями. Генетик Секар Катірсан із Массачусетського загального шпиталю в Бостоні та його колеги шукали дефектний ген у сім’ї з дуже низьким рівнем холестерину, сподіваючись, що це допоможе виробити нові стратегії для зниження рівня холестерину. «Наш аналіз спирався на припущення, що шукана варіація є тільки в цієї родини і, отже, її не виявиться в наявних базах даних генетичної мінливості», — пояснює Катірсан. Із допомогою нових даних вчені звузили пошук від тисяч до 481 SNP і зрештою визначили два SNP в гені під назвою ANGPTL3.

Але навіть проект «1000 геномів» має обмеження: у пошуках генетичних варіацій зазвичай пропускають зміни на великих відтинках ДНК, які часто дублюються (у цих ділянках розміщуються близько 1000 генів). Усвідомлення цього факту допомогло Евану Ейхлеру з університету Вашингтона в Сіетлі знайти спосіб проаналізувати цю раніше непроникну ДНК.

Ейхлер та його колеги розробили метод для підрахунку кількості копій гена на будь-якій ділянці, що дублюється. Кількість копій генів може бути різною у різних людей. Ця кількість може впливати на те, скільки виробляється білка, кодованого цим геном, і, відповідно, на функції цього білка.

Група Ейхлера також знайшла спосіб виявляти майже ідентичні копії. З часом копії мають тенденцію до розвитку невеликих відмінностей у послідовностях, які також можуть впливати на роботу цього гену або білка, який він кодує. Група Ейхлера каталогізувала ці сигнальні варіанти нуклеотидів для близько 70% дубльованих генів.

Несподівано аналіз даних проекту «1000 геномів» виявив досить великі розбіжності у кількості копій деяких генів між африканськими, європейськими та азіатськими популяціями. «Люди більше різняться між собою, ніж ми досі уявляли», — каже Еван Ейхлер.

За матеріалами
Українського наукового клубу
та журналу Science