Ученые из Национального института исследования генома человека (NHGRI), входящего в состав Национального института здоровья (NIH) США вместе с коллегами из Института геномики при Калифорнийском университете в Санта-Крузе объявили о первой абсолютно бесщелевой сборке последовательности ДНК человеческой Х-хромосомы.

"Это достижение начинает новую эру в исследованиях в области геномики, — приводятся в пресс-релизе NHGRI слова директора организации Эрика Грина (Eric Green). — Способность генерировать действительно полные последовательности хромосом и геномов является техническим достижением, которое поможет нам получить детальное представление о функции генома и использовать эту информацию в медицинской практике".

Несмотря на то, что эталонная последовательность человеческого генома была создана почти двадцать лет назад, в ней до сих пор существуют сотни пробелов. Хотя большинство участков ДНК повторяются, эти пропущенные сегменты могут включать функциональные элементы, имеющие отношение к тем или иным заболеваниям.

Поскольку человеческий геном невероятно длинный и состоит примерно из шести миллиардов оснований, машины для секвенирования ДНК не могут считывать все основания одновременно. Они анализируют за один проход последовательности из нескольких сотен оснований, а затем сшивают их вместе. Авторы сравнивают этот процесс с собиранием пазла.

"Если вы работаете с небольшими кусочками, каждый из них содержит очень мало контекста для выяснения того, откуда он взялся. Например, в таких частях пазла как голубое небо вам трудно собрать всю картинку, — говорит первый автор статьи Адам Филлиппи (Adam Phillippy) из NHGRI. — То же самое верно для секвенирования человеческого генома. До сих пор кусочки были слишком маленькими, и не было никакого способа сложить самые сложные части головоломки генома вместе".

Работа стала возможна благодаря появлению технологии нанопор, которая позволяет секвенировать длинные сегменты ДНК, оставляя молекулы нетронутыми. Ученые использовали секвенатор MinION Oxford Nanopore Technologies, который фиксирует изменения тока, возникающие, когда отдельные молекулы ДНК проходят через крошечные нанопоры в мембране. После этого авторы еще раз проанализировали эти большие молекулы ДНК на двух различных приборах, каждый из которых генерирует очень длинные последовательности.

Для объединения данных трех методов ученые использовали собственную недавно разработанную компьютерную программу для сборки множества сегментов сгенерированных последовательностей. В результате они получили полную сборку генома

Х-хромосомы от одного конца до другого (теломер-в-теломер), которая с точки зрения непрерывности, полноты и точности превосходит все предыдущие сборки генома человека. Она в том числе закрывает самый большой остававшийся разрыв последовательности в Х-хромосоме примерно в три миллиона оснований повторяющейся ДНК в средней части хромосомы, называемый центромером.

"Мы обнаружили, что некоторые из этих регионов, где были пробелы в эталонной последовательности, на самом деле являются одними из самых богатых с точки зрения вариаций в человеческих популяциях, поэтому раньше мы упускали много информации, важной для понимания биологии человека и его болезней", — говорит еще один автор исследования, Карен Мига (Karen Miga), исследователь из Института геномики в Санта-Крузе.

Проведенное исследование — часть проекта по созданию полной эталонной последовательности генома человека, реализуемого научным консорциумом T2T, частично финансируемым NHGRI.