Новая карта ДНК человека раскрывает тайны «скачущих генов» и «мусорной ДНК»

Двадцать два года спустя после завершения проекта «Геном человека» ученые представили наиболее обширный каталог человеческих генетических вариантов, когда-либо созданный. Новейшие исследования, опубликованные в журнале «Nature» 23 июля, основаны на секвенировании ДНК 1084 человек со всех континентов, что позволяет взглянуть на геном с невиданной ранее точностью. Эти достижения открывают новые горизонты в понимании «структурных вариаций» — крупных изменений в ДНК, таких как вставки, удаления, инверсия или перемещение больших фрагментов генетического материала.

Расшифровка длинных участков и ключ к структурным вариациям

Ранние версии человеческого генома, созданные в 2003 году, были неполными примерно на 15% из-за технологических ограничений того времени. В 2013 году ученым удалось сократить этот пробел примерно наполовину, а в 2022 году был опубликован первый «беспрерывный» геном человека — то есть, без каких-либо пропущенных участков.

Современные достижения в области секвенирования, такие как использование длинных чтений с минимальной ошибкой, позволили ученым расшифровать более 99% генома, что — настоящий прорыв в сфере геномики. В их числе — создание первого «пангенного» генома, включающего ДНК 47 человек, а также полноценного секвенирования Y-хромосомы, которая ранее оставалась частично недоступной.

«Скачущие гены» и их роль в эволюции и болезнях

Одним из ключевых открытий стало обнаружение более 12 900 «скачущих генов» — транспозонов, или «jumping genes». Эти элементы способны перемещаться по геному, копируясь и вставляясь в новые места, что иногда вызывает дестабилизацию хромосом и способствует развитию заболеваний, таких как рак. Например, у человека эти движущиеся элементы могут проникать в регуляторные области гена, усиливая или подавляя их активность.

Учёные выяснили, что некоторые транспозоны используют длинные некодирующие РНК — так называемые лонг-некодирующие РНК — чтобы связаться с регуляторными последовательностями и активировать свои копии, что значительно увеличивает их численность. Этот механизм неожиданен для специалистов и открывает новые пути понимания молекулярных причин мутаций.

«Некоторые из этих элементов могут перехватывать контрольные точки генной регуляции, усиливая свою активность и вызывая мутации», — рассказывает один из авторов исследования.

Что нового в понимании «мусорной» ДНК?

Ранее считалось, что около 98% человеческого генома состоит из так называемой «мусорной ДНК» — участков, не содержащих генных структур или важных регуляторных элементов. Однако новейшие исследования показывают, что большая часть этой «мусорной» части выполняет важные функции: участвует в регуляции генов, их экспрессии и обеспечении структурной целостности хромосом.

Особое внимание уделяется так называемым «повторяющимся» последовательностям — простым и сложным повторениям, которые ранее считались бесполезными. Теперь выяснилось, что эти участки могут влиять на стабильность хромосом, участвовать в процессе деления клеток и даже быть связаны с наследственными болезнями.

Обнаружение новых структурных особенностей хромосом

Другая важная часть работы — исследование центромер, структурных элементов в центрах хромосом, отвечающих за разделение клеток. В новом исследовании было выявлено, что в около 7% центромер возможны две точки прикрепления для волокон спindle, что потенциально увеличивает нестабильность хромосом. Эта находка может объяснить механизмы, лежащие в основе таких генетических аномалий, как синдром Дауна, возникающий из-за ошибок в делении хромосом.

Кроме того, было выделено более 12 900 «скачущих генов», которые не только связаны с раком, но и участвуют в наследственных заболеваниях. Глубже понимание их функций поможет в диагностике и разработке новых методов лечения генетических болезней.

Глобальные перспективы и будущее геномики

Все собранные данные открыты и доступны для исследователей по всему миру, что способствует развитию персонализированной медицины. Теперь ученые могут сопоставлять новые вариации в структуре генома с клиническими данными, что даст возможность выявлять предрасположенность к заболеваниям, разрабатывать эффективные терапии и профилактические меры.

Однако остается еще много работы: необходимо расширять базы данных за счет представительства меньших и недоиспользуемых популяций, совершенствовать технологии секвенирования и аналитические инструменты. В будущем ожидается, что такие улучшения позволят обнаружить редкие вариации и понять их влияние на здоровье человека на более глубоком уровне.

Интервью с учеными

Как отметил Жан Корбел, один из ведущих исследователей, «современные инструменты позволяют не только детально картировать человеческий геном, но и видеть структуры, которые раньше были скрыты, — это фундаментальный шаг к пониманию генетической основы болезней и человека в целом». Он добавил, что новейшие методы секвенирования и анализа открывают уникальные возможности для диагностики и терапии, которые еще несколько лет назад казались недосягаемыми.

Что дальше?

Учёные планируют углублять исследования в области вариаций, связать генетические изменения с конкретными заболеваниями и интегрировать эти знания в клиническую практику. Также важным остается вопрос о разнообразии представленных данных — увеличение количества образцов из разных популяций позволит сделать выводы более универсальными и точными.

Область геномики развивается с поразительной скоростью, и, благодаря последним достижениям, мы приближаемся к эпохе персонализированной медицины, где лечение и профилактика заболеваний будут максимально адаптированы к индивидуальному генетическому профилю каждого человека. Взгляд на ДНК становится сложнее и точнее, а значит — и наш шанс понять тайны человеческой природы существенно увеличивается.