Tομή στη γενετική: Δημοσιεύτηκε πρώτο προσχέδιο του ανθρώπινου παν-γονιδιώματος

Για μια δημοσίευση η οποία αναμένεται να αποτελέσει τη νέα “ραχοκοκαλιά” της ανθρώπινης γονιδιωματικής έπειτα από 22 χρόνια ενημερώνει μέσα από τον προσωπικό του λογαριασμό στο Facebook o ομότιμος Καθηγητής Γενετικής του Αριστοτέλειου Πανεπιστημίου Θεσσαλονίκης, Κωνσταντίνος Τριανταφυλλίδης. 

Πρόκειται για το πρώτο προσχέδιο του ανθρώπινου παν-γονιδιώματος, που είναι αποτέλεσμα της συλλογής γενετικών αλληλουχιών DNA από 47 γενετικά διαφορετικούς ανθρώπους από όλον τον κόσμο και αποτυπώνει τη γενετική ποικιλότητα μεταξύ ατόμων. 

Στην ανάρτησή του ο κ. Τριανταφυλλίδης αναφέρει τα εξής:

Το πρώτο προσχέδιο του ανθρώπινου παν-γονιδιώματος!! Αντιπροσωπεύει συλλογή γενετικών αλληλουχιών DNA από 47 γενετικά διαφορετικούς ανθρώπους από όλον τον κόσμο και δείχνει τη γενετική ποικιλότητα μεταξύ ατόμων. Το νέο ανθρώπινο γονιδίωμα αναφοράς θα αποτελέσει τη ραχοκοκαλιά της ανθρώπινης γονιδιωματικής και θα αντικαταστήσει αυτή του 2001.

Τα γονιδιώματα αναφοράς είναι κρίσιμα συστήματα  για γονιδιωματικές (DNA) αναλύσεις. Ωστόσο, τα  συστήματα αναφοράς  στα οποία εργάζονται επί του παρόντος οι επιστήμονες όταν μελετούν ανθρώπους  βασίζονται σε δύο  μεμονωμένα γονιδιώματα. Μια αλληλουχία γονιδιώματος αυτού του τύπου δεν μπορεί να αντιπροσωπεύει επαρκώς τη γενετική ποικιλότητα στο ανθρώπινο είδος. 

Μάλιστα, έχουν περάσει 20  χρόνια αφότου δημοσιεύτηκε  το πρώτο προσχέδιο γονιδιώματος από το πρόγραμμα ΑΝΘΡΩΠΙΝΟ ΓΟΝΙΔΙΩΜΑ = Human Genome). Τώρα (11/5/2023) ερευνητές δημοσίευσαν ένα προσχέδιο ανθρώπινου «παν-γονιδιώματος» — ένα προσχέδιο που πρόκειται να γίνει το νέο στοιχείο αναφοράς για τη γενετική έρευνα που καταγράφει περισσότερη ανθρώπινη ποικιλομορφία από ό,τι ήταν προηγουμένως διαθέσιμο. Γενετιστές χαιρέτησαν το κορυφαίο επίτευγμα, ενώ υπογράμμισαν επίσης βασικούς ηθικούς παράγοντες που αφορούν την προσπάθεια να γίνει η έρευνα του γονιδιώματος πιο προσιτή.

Ως το ανθρώπινο γονιδίωμα αναφοράς χρησιμοποιείται το ανθρώπινο γονιδίωμα δύο ατόμων που δημοσιεύτηκε το 2001. Αλλά έχει τους περιορισμούς του: ένα γονιδίωμα δεν μπορεί να  καταγράψει την ποικιλομορφία του ανθρώπινου είδους. Στο τεύχος αυτής της εβδομάδας (11/5/2022) του περιοδικού Nature, η «Κοινοπραξία αναφοράς ανθρώπινου πανγονιδιώματος =Human Pangenome Reference Consortium) παρουσιάζει το πρώτο προσχέδιο ανθρώπινου παν-γονιδιώματος, το οποίο συνδυάζει γενετικό υλικό από 47 γενετικά διαφορετικά άτομα για να παρέχει μια πιο ολοκληρωμένη εικόνα του ανθρώπινου γονιδιώματος  (Liao, W.-W. et al). Δύο πρόσθετες εργασίες στο ίδιο τεύχος του περιοδικού, χρησιμοποιούν αυτό το νέο σύστημα αναφοράς για τη μελέτη περιοχών του γονιδιώματος που περιλαμβάνουν επαναλαμβανόμενο DNA: η μία εξετάζει διπλασιασμούς DNA (Vollger et al.)  και η άλλη (Guarracino et al.)  τους βραχείς βραχίονες των ακροκεντρικών χρωμοσωμάτων. 

ΕΙΔΙΚΟΤΕΡΑ. Οι Liao et al. περιγράφουν τις πρώτες 94 ομάδες γονιδιώματος από 47 άτομα (ένα για καθένα από τα δύο σετ χρωμοσωμάτων που φέρει το κάθε άτομο) από διάφορα μέρη το κόσμου.  Τα νέα γονιδιώματα, είναι εξαιρετικά ακριβή και σχεδόν περιλαμβάνουν επιπλέον 119 εκατομμύρια ζεύγη βάσεων ευχρωματικών πολυμορφικών αλληλουχιών και 1.115 διπλασιασμούς γονιδίων σε σχέση με το υπάρχον σύστημα αναφοράς, το GRCh38. Περίπου 90 εκατομμύρια από τα πρόσθετα ζεύγη βάσεων προέρχονται από δομικές παραλλαγές. Η χρήση του προσχέδιου παν-γονιδιώματος για την ανάλυση δεδομένων  ανάγνωσης μείωσε τα σφάλματα ανακάλυψης μικρών παραλλαγών κατά 34% και αύξησε τον αριθμό των δομικών παραλλαγών που ανιχνεύθηκαν ανά απλότυπο κατά 104% σε σύγκριση με εργασίες που βασίζονται στο σύστημα αναφορά GRCh38. 

Ωστόσο, ούτε αυτό το σύστημα αναφοράς δεν αντιπροσωπεύει τον πλούτο των γενετικών παραλλαγών που υπάρχει στον ανθρώπινο είδος. Το πρόγραμμα του ανθρώπινου παν-γονιδιώματος τελικά στοχεύει να συμπεριλάβει τη γενετική ποικιλομορφία τουλάχιστον 350 ατόμων έως το 2024. 

Το εξώφυλλο του περιοδικού Nature δείχνει το παν-γονιδίωμα να τυλίγει μια σφαίρα και χρησιμοποιεί έναν χάρτη ακολουθίας DNAπου αποδίδει ένα γράφημα παν-γονιδιώματος που συσχετίζει δέκα απλότυπους εντός εξαιρετικά πολυμορφικού γονιδίου, του HLA-A, που βρίσκεται  στο χρωμόσωμα 6.

 ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑ. Το γονιδίωμα κάθε ατόμου διαφέρει κατά 0.4% σε σύγκριση με ένα άλλο άτομο και η κατανόηση αυτών των διαφορών μπορεί να προσφέρει πληροφορίες για την υγεία, να βοηθήσει στη διάγνωση ασθενειών, να προβλέψει τα ιατρικά αποτελέσματα και να καθοδηγήσει στοχευμένες γενετικές/φαρμακευτικές θεραπείες.

    *Arya Massarat & Melissa Gymrek (11/5/2023). A collective human reference     genome. https://www.nature.com/articles/d41586-023-01490-3.pdf

     **Liao, W.-W. et al. (11/5/2023). A draft human pangenome reference. Nature https://www.nature.com/articles/s41586-023-05896-x

   *** Guarracino, A. et al. Nature 617, 335–343 (2023).

  **** Vollger, M. R. et al. Nature 617, 325–334 (2023)