הקונסורציום הבינלאומי Telomere-to-Telomere, הכולל מדענים מאוניברסיטת סנט פטרסבורג, פרסם את הגרסה הראשונה של הגנום האנושי החדש. בו, לראשונה, בהשתתפות נציגי האוניברסיטה, ניתן היה לפענח צנטרומרים - אזורי DNA עם מספר רב של חזרות, המהווים כשני אחוזים מהגנום כולו. באמצעות המדד, מדענים יוכלו למצוא קשרים נוספים בין מוטציות למחלות, מה שאומר שהם יכולים להגביר את האפקטיביות של סוגי טיפול שונים.
ההרכבה הראשונה של הגנום התקבלה לפני כעשרים שנה. פרויקט הגנום האנושי (HGP) הוציא כמה מיליארדי דולרים ויותר מעשר שנים של עבודה קשה של מומחים רבים ברחבי העולם. במקרה זה, ההרכבה שהתקבלה הייתה רחוקה מלהיות מלאה.
כמעט 10 אחוזים מהגנום האנושי לא הורכבו עקב בעיות בשלבי מחקר שונים, החל מניסויים ביולוגיים ועד לפתרון בעיות הרכבה אלגוריתמיות. בעשרים השנים הבאות, גנום ההתייחסות השתפר פי כמה, אך עם זאת, אפילו הגרסה האחרונה שלו GRCh38 עדיין הכילה רצפים לא ידועים של כ -161 מיליון זוגות בסיס - כמעט 5 אחוזים מהגנום.
"אחד האתגרים הגדולים ביותר להרכבה הוא הרצועות הארוכות של רצפים שחוזרים על עצמם. עם שימוש בטכנולוגיות רצף המסוגלות לייצר שברים קצרים בלבד, אי אפשר היה לקבוע בדיוק היכן בגנום וכמה אזורים שחוזרים על עצמם.
אך בשנות ה -2010 תפסו תאוצה טכנולוגיות רצף חדשות שפותחו על ידי Pacific BioSciences ואוקספורד ננופור. הרצפים המתקבלים באמצעות טכנולוגיות אלה ארוכים בהרבה מאלו של הדורות הקודמים של רצפי הרשת, והם מסתכמים בעשרות ומאות אלפי בסיסים ", אמרה אלה מיכנקו, אחת ממחברי הפרויקט, חוקרת במרכז למעבדה לביוטכנולוגיה אלגוריתמית. באוניברסיטת מדינת סנט פטרסבורג.
לכן, רק עכשיו, כמעט עשרים שנה לאחר יצירת האסיפה הראשונה של הגנום האנושי, המדע סוף סוף מוכן לסגור את כל הפערים בגנום ההתייחסות. לשם כך, חוקרים ממדינות שונות התחברו לקונסורציום בינלאומי Telomere-to-Telomere (T2T) בראשות אדם פיליפי מהמכון הלאומי לבריאות (NIH) וקארן מיגה מאוניברסיטת קליפורניה בסנטה קרוז. (אוניברסיטה מקליפורניה, סנטה קרוז, UCSC).
כדי להבין את משמעות שמו של הקונסורציום, עליך לדעת כי הטלומרים הם חלקים מהגנום הנמצאים בקצות כל כרומוזום. בהתאם לכך, מטרת T2T היא להרכיב כל כרומוזום "מטלומר לטלומר", כלומר מההתחלה ועד הסוף. הגרסה הראשונה של גנום ההתייחסות החדש שנוצר על ידי T2T פורסמה בסתיו 2020. כעת מכין הקונסורציום פרסום מדעי גדול, שיתאר בפירוט את שיטות הרכבת הגנום ובדיקת טעויות. כעת תהיה לחוקרים ברחבי העולם עבודה אדירה לניתוח גנום ההתייחסות החדש.
"הקבוצה שלנו בהנהגתו של פרופסור פאבל פבזנר עסקה בעיקר בעבודה עם אחד החלקים הקשים ביותר בגנום האנושי, שהרכבה שלו הייתה בלתי אפשרית מיסודה עד לאחרונה - צנטרומרים. אלה חלקים באורך של כמה מיליוני אותיות, בהם ניתן לחזור על אותו רצף כמה אלפי פעמים. צנטרומרים מעורבים בתהליכים הסלולריים החשובים ביותר, למשל בחלוקת תאים ", אמרה טטיאנה דבורקינה, כותבת נוספת של הפרויקט, עובדת המרכז למעבדה לביוטכנולוגיה אלגוריתמית באוניברסיטת סנט פטרסבורג.
התוכנית הראשונה המסוגלת לקבל הרכבה אוטומטית של צנטרומרים נוצרה במעבדה של פאבל פבזנר באוניברסיטת קליפורניה בסן דייגו על ידי סטודנט לתואר שני אנדריי בזיקאדזה. לאחר מכן קבוצה בראשותו של סרגיי נורק מה- NIH יצרה את תוכנית HiCanu, המסוגלת להרכיב כל גנום מהקטעים הארוכים והדיוקים ביותר המיוצרים על ידי רצף ה- Pacific BioSciences. פרויקט רצף הגנום השתמש בשתי התוכניות הללו להשגת רצפי צנטרומים לכל הכרומוזומים. ראוי לציין כי שני המדענים, אנדריי בזיקאדזה וסרגיי נורק, הגנו על עבודות הדוקטורט שלהם (תואר שני ותואר שלישי בהתאמה) באוניברסיטת סט פטרבורג.
תוכנית TandemTools, שפותחה על ידי Alla Mikheenko ואלכסיי גורביץ ', עובדי המרכז לביוטכנולוגיה לאלגוריתמיה, St. תוכנית נוספת, שפותחה על ידי עובדת המעבדה טטיאנה דבורקינה, StringDecomposer, שימשה לחקור את מבנה הצנטרומרים, ותוצאת עבודתה יכולה לשפוך אור על נושאים חשובים רבים הקשורים להתפתחות הגנום האנושי.
"חשוב להבין כי איסוף גנום איכותי של כל אדם הוא משימה, מצד אחד, קשה ויקרה להפליא, ומצד שני, מיותרת לחלוטין. שני אנשים שונים דומים מבחינה גנטית ביותר מ- 99.9 אחוזים. אנחנו יכולים לרצף DNA אנושי, להשוות בין השברים המתקבלים לתקן ידוע (או הפניה) ולמצוא הבדלים ", מסבירה טטיאנה דבורקינה.
הבדלים מגנום ההתייחסות יכולים להיות "מזיקים" (למשל מוטציות הגורמות למחלות גנטיות) או להיפך, "שימושיות". למשל, ישנן מוטציות שמפחיתות את הסיכון לפתח סרטן או מחלות לב וכלי דם. החיפוש אחר מוטציות "מזיקות" חשוב מאוד הן להבנת מנגנוני ההתפתחות של מחלות שונות והן לחיזוי סיכונים ופיתוח שיטות טיפול.
כעת כל אחד יכול לרצף את הגנום שלו ולקבל מידע על אילו מחלות גנטיות הוא נושא, האם קיים סיכון להעביר מחלות אלו לילדים, האם יש לו סיכון מוגבר לפתח מחלת אלצהיימר או סרטן. מדענים השיגו את כל הנתונים האלה על ידי השוואת הגנום של אלפי אנשים עם הפניה.
"מאמרים חדשים, שבהם חוקרים מדווחים על הקשרים שנמצאו בין אזורים מסוימים בגנום ומחלות, מתפרסמים ממש כל יום. זו הסיבה שחשוב כל כך שרצף ההתייחסות הגנומית יהיה שלם וללא שגיאות. אחרת, מנגנוני ההתפתחות של מחלות מסוימות יישארו לא ברורות ופיתוח הטיפול בהן יהיה קשה ", אמרה אלה מיצ'נקו.