چرا ژنوم انسان هرگز کامل نشد؟

اولین موفقیت بزرگ T2T در جولای 2020 زمانی که محققان پروژه توالی کامل کروموزوم X را منتشر کردند، رخ داد. در آن زمان، بهترین توالی موجود از کروموزوم X دارای 29 شکاف بود و تیم T2T تمام شکاف ها را پر کرد. سال بعد، آنها توالی کامل کروموزوم 8 را منتشر کردند. در سال 2021، آنها همچنین پیش چاپی با عنوان “توالی کامل یک ژنوم انسانی” منتشر کردند که در آن 8 درصد از توالی از دست رفته را پر کردند.

خواندن تکرارها

اما هنوز ژنوم انسان به طور کامل خوانده نشده بود. ایشلر می گوید که تیم از ترفند کوچکی استفاده کرد که برخی آن را تقلب نامیدند.

اکثر سلول های بدن ما دو نسخه از هر کروموزوم دارند: یکی از مادر و دیگری از پدر. این کار قرار دادن توالی ها را در رایانه دشوارتر می کند، زیرا این دو نسخه تفاوت بسیار کمی دارند. برای حل این مشکل، T2T از سلول های غیرطبیعی استفاده کرد که دو کپی از DNA پدر تقریباً یکسان دارند. سلول های مذکور حاصل خال هیداتی فرم (بارداری مولار یا بچه خوار) بوده که نوعی حاملگی ناموفق است.

تخمک ها و اسپرم ها فقط یک کپی از هر کروموزوم دارند، بنابراین وقتی یک اسپرم تخمک را بارور می کند، جنین حاصل دو نسخه دارد. با این حال، گاهی اوقات تخمک DNA خود را از دست می دهد و سپس بارور می شود. سپس سلول تخمک که DNA خود را از دست داده است، DNA اسپرم را تکثیر می کند. خال های هیداتی فرم ضایعات خطرناکی را تشکیل می دهند که تا حدودی شبیه سرطان هستند و باید برداشته شوند. این همان چیزی است که T2T توالی یابی کرد. به گفته برخی از محققان، آنها فقط نیمی از ژنوم را خوانده بودند، زیرا ژنوم کامل دارای دو نسخه از هر توالی خاص است. اگرچه به طور کلی، توالی آنها نسبت به توالی های قبلی پیشرفت آشکاری داشت و بیش از 200 میلیون حرف و دو هزار ژن به ژنوم انسان اضافه کرد.

میگا می‌گوید: داشتن یک ژنوم کامل به این معنی است که بالاخره بتوانیم بفهمیم بخش‌های تکراری DNA چه می‌کنند. او می‌گوید: «اکنون که ما این نقشه‌ها را داریم، بسیار هیجان‌زده هستم که ببینم چه توالی‌هایی در این مناطق وجود دارد. اما کارکرد اصلی آنها چیست؟ و اگر مشکلی در این زمینه‌ها وجود داشته باشد، چگونه می‌تواند به درک ما از بیماری و سلامت انسان کمک کند؟»

DNA تکراری حاوی توالی های زیادی است که می توانند در اطراف ژنوم حرکت کنند و به آنها “DNA متحرک” می گویند. ریچل اونیل، متخصص ژنتیک مولکولی در دانشگاه کانکتیکات در استورز می گوید: «بسیاری از این عناصر در تکامل اخیر ما نقش داشته اند. بسیاری از جهش های تکاملی، از جمله جفت، از دست دادن دم، و برخی از عملکردهای مغز، را می توان به این نوع از DNA محرک نسبت داد.

در همین حال، آیشلر به تکرارها اشاره می کند، جایی که بخش های طولانی DNA که می تواند حاوی چندین ژن باشد، به طور همزمان تکثیر می شوند. این توالی ها می توانند با سرعت فوق العاده ای تکامل یابند. ایشلر می گوید: نتیجه این پدیده ظهور ژن های جدیدی است که مختص انسان است.

در حالی که ژنوم انسان و شامپانزه 99٪ یکسان است، تکرار یکی از راه هایی است که در آن تفاوت های مهمی بین ما و شامپانزه ها ایجاد می شود. ژنوم انسانی که در ابتدا منتشر شد تا حد زیادی فاقد این توالی های تکراری بود.

دانشمندان علوم اعصاب نشان داده اند که برخی از ژن های تکراری در عملکرد مغز مهم هستند. اما ژنتیک دانان نتوانستند آن ها را دقیقاً مطالعه کنند، زیرا تکرارهایی بودند که در ژنوم های قدیمی تر اتفاق نمی افتاد.

توالی T2T سرانجام در یک شماره ویژه مجله Science در مارس 2022 منتشر شد. اما در آن زمان تیم در حال حرکت رو به جلو بود.

شکاف بزرگ باقی مانده کروموزوم Y بود که فقط در مردان وجود دارد. اسپرم معمولاً حامل تنها یک کروموزوم جنسی (یا یک کروموزوم X یا یک کروموزوم Y) است. از آنجایی که DNA مول هیداتی شکل مورد استفاده توسط T2T از اسپرم حاوی کروموزوم X آمده است، کروموزوم Y توالی یابی نشد. تیم برای تکمیل کار خود به یک اهداکننده مرد نیاز داشت، بنابراین از پوشکین استفاده کردند.

اهدا کننده DNA

پوشکین یک زیست شناس سیستمی در دانشکده پزشکی هاروارد در بوستون، ماساچوست است. بیشتر تحقیقات او بر درک مکانیسم های پیری و چگونگی کاهش سرعت آنها متمرکز است. او معتقد است که عمر انسان محدودیتی ندارد و قابل افزایش است. ژنومیک بخش بزرگی از کار او است. پوشکین DNA خود را به تعدادی از پروژه های اصلی توالی یابی اهدا کرده است.

اولین اهدای پوشکین به پروژه ژنوم شخصی بود که در سال 2015 راه اندازی شد. هدف این پروژه جذب داوطلبانی بود که مایل بودند DNA خود را به صورت عمومی به اشتراک بگذارند تا تحقیقات سریعتر و کارآمدتر انجام شود و همچنین برای غلبه بر ترس در مورد سوء استفاده احتمالی. داده های ژنومی

یک دهه بعد، DNA پوشکین دوباره توسط پروژه GIAB مورد استفاده قرار گرفت. هدف از این پروژه تعیین توالی ژنوم رده های سلولی بود که می توانند به طور نامحدود در آزمایشگاه رشد کنند و مطالعه اثرات جهش ها را آسان تر کند. ژنوم پوشکین مطلوب بود زیرا او والدین خود را نیز در این پروژه ثبت نام کرده بود و اطلاعاتی در مورد مادر، پدر و پسر در اختیار آنها قرار داده بود.