Σπουδαία ανακάλυψη: Αποκωδικοποιήθηκε πλήρως για πρώτη φορά το ανθρώπινο γονιδίωμα

Επιστήμονες από τις ΗΠΑ και άλλες χώρες έδωσαν στη δημοσιότητα το πρώτο πλήρες και χωρίς κανένα κενό ανθρώπινο γονιδίωμα, καλύπτοντας πια με ακρίβεια άνευ προηγουμένου όλα τα χρωμοσώματα από τη μία άκρη τους ως την άλλη.

Ολοκληρώθηκε έτσι, μετά από περίπου 20 χρόνια, το έργο που είχε ξεκινήσει με το Πρόγραμμα Ανθρωπίνου Γονιδιώματος, το οποίο είχε «χαρτογραφήσει» έως το 2003 περίπου το 92% του γονιδιώματος του ανθρώπου. Το υπόλοιπο 8%, το οποίο δεν είχε ποτέ αποκωδικοποιηθεί και τώρα πλέον «διαβάστηκε», περιλαμβάνει αρκετά γονίδια και περιοχές επαναλαμβανόμενου DNA, ενώ είναι συγκρίσιμο σε μέγεθος με ένα χρωμόσωμα.

Το πλήρες γονιδίωμα προσθέτει σχεδόν 200 εκατομμύρια ζεύγη βάσεων νέων αλληλουχιών DNA, μεταξύ των οποίων 99 γονίδια που πιθανώς κωδικοποιούν πρωτεΐνες και σχεδόν 2.000 υποψήφια γονίδια που χρήζουν περαιτέρω μελέτης. Επίσης, διορθώνει χιλιάδες λάθη στο έως τώρα ανολοκλήρωτο ανθρώπινο γονιδίωμα αναφοράς (το λεγόμενο GRCh38), που είχε πρωτοπαρουσιαστεί το 2000, είχε συναρμολογηθεί από πολλούς δωρητές και δεν αφορούσε έναν μόνο άνθρωπο, όπως συμβαίνει με το νέο πλήρες γονιδίωμα.

Δεν υπάρχουν πλέον καθόλου κρυμμένα ή άγνωστα τμήματα του ανθρώπινου DNA

Οι περισσότεροι από 100 ερευνητές του Εθνικού Ινστιτούτου Ερευνών Ανθρωπίνου Γονιδιώματος (NHGRI) των ΗΠΑ και πολλών αμερικανικών και άλλων πανεπιστημίων, οι οποίοι είχαν συστήσει την επιστημονική κοινοπραξία Τ2Τ (Telomere to Telomere) έκαναν έξι σχετικές δημοσιεύσεις στο «Science», καθώς και μερικές ακόμη σε άλλα επιστημονικά περιοδικά.

Υπογράμμισαν ότι η ύπαρξη πια μιας ολοκληρωμένης αλληλούχισης των συνολικά περίπου τριών δισεκατομμυρίων βάσεων (“γραμμάτων”) του ανθρώπινου DNA είναι κρίσιμη για την κατανόηση όλου του φάσματος της ανθρώπινης γονιδιωματικής ποικιλομορφίας, του γενετικού υποβάθρου ορισμένων ασθενειών και της ανθρώπινης εξέλιξης.

«Η δημιουργία μιας πραγματικά πλήρους αλληλουχίας του ανθρώπινου γονιδιώματος αντιπροσωπεύει ένα απίστευτο επιστημονικό επίτευγμα, παρέχοντας την πρώτη ολοκληρωμένη εικόνα του υποβάθρου του DNA μας», δήλωσε ο διευθυντής του NHGRI δρ Έρικ Γκριν.

«Δεν υπάρχουν πλέον καθόλου κρυμμένα ή άγνωστα τμήματα του ανθρώπινου DNA. Ψυχολογικά και μόνο αυτό είναι κάτι σημαντικό», ανέφερε ο γενετιστής Ρόμπερτ Γουότερστον του Πανεπιστημίου της Ουάσιγκτον.

«Συνιστά θεμελιώδες πλεονέκτημα να βλέπουμε το πλήρες γονιδίωμα έως ένα ολοκληρωμένο σύστημα. Μας επιτρέπει πια να φωτίσουμε πώς το σύστημα αυτό δουλεύει. Είχαμε πετύχει μια τεράστια κατανόηση της ανθρώπινης βιολογίας και ασθένειας έχοντας διαβάσει περίπου το 90% του ανθρώπινου γονιδιώματος, αλλά υπήρχαν πολλές σημαντικές πλευρές του που έμεναν κρυμμένες, στο επιστημονικό σκοτάδι, επειδή δεν είχαμε την τεχνολογία να διαβάσουμε αυτά τα τμήματα του γονιδιώματος.

Τώρα πλέον μπορούμε να σταθούμε στην κορυφή του βουνού και να δούμε όλο το τοπίο από κάτω και έτσι να έχουμε μια σφαιρική εικόνα της ανθρώπινης γενετικής κληρονομιάς μας», τόνισε ο Ντέηβιντ Χάουσλερ, διευθυντής του Ινστιτούτου Γονιδιωματικής του Πανεπιστημίου της Καλιφόρνιας-Σάντα Κρουζ.

Η αποκωδικοποίηση του πλήρους γονιδιώματος αναφοράς με την ονομασία T2T-CHM13 θα διευκολύνει την καλύτερη κατανόηση του πώς διαφέρει το DNA από άνθρωπο σε άνθρωπο. Ήδη, χρησιμοποιώντας το πλήρες γονιδίωμα ως σημείο αναφοράς, οι ερευνητές ανακάλυψαν περισσότερες από 2 εκατομμύρια πρόσθετες παραλλαγές στο ανθρώπινο γονιδίωμα, ενώ ασφαλώς θα ακολουθήσουν και άλλες στο μέλλον.

To κόστος και η διαδικασία που ακολούθησαν οι επιστήμονες

Η ολοκλήρωση της ανάγνωσης του γονιδιώματος επιτεύχθηκε με ελάχιστο κόστος σε σχέση με εκείνο (3 δισ. δολ.) του αρχικού Human Genome Project, χάρη στις προόδους της τεχνολογίας αλληλούχισης DNA, ιδίως των μηχανημάτων της εταιρείας Oxford Nanopore Technologies.

Το ανθρώπινο γονιδίωμα αποτελείται από δισεκατομμύρια ατομικά «γράμματα» DNA μοιρασμένα σε 23 ζεύγη χρωμοσωμάτων. Για να διαβαστεί όλο το γονιδίωμα, οι επιστήμονες έπρεπε να το κόψουν σε κομμάτια μήκους μερικών εκατοντάδων ή χιλιάδων γραμμάτων το καθένα. Στη συνέχεια, οι μηχανές αλληλούχισης διάβαζαν τα επιμέρους γράμματα (βάσεις) σε κάθε κομμάτι και οι επιστήμονες προσπαθούσαν να συναρμολογήσουν τα κομμάτια στη σωστή σειρά, όπως σε ένα δύσκολο παζλ.

Μια δυσκολία είναι ότι μερικές περιοχές του γονιδιώματος επαναλαμβάνουν τα ίδια γράμματα ξανά και ξανά. Παλαιότερα είχε υποτεθεί ότι επρόκειτο για περιττά «σκουπίδια», αλλά πιο πρόσφατα έγινε αντιληπτό ότι σε αυτές τις επαναλαμβανόμενες καθόλου άχρηστες περιοχές υπάρχουν ακόμη και νέα γονίδια.

Μια άλλη δυσκολία είναι ότι τα περισσότερα ανθρώπινα κύτταρα περιέχουν δύο γονιδιώματα, ένα από τον πατέρα και ένα από τη μητέρα. Όταν οι επιστήμονες προσπαθούν να συναρμολογήσουν όλα τα κομμάτια, οι γενετικές αλληλουχίες από κάθε γονέα μπορεί να ανακατευτούν, θολώνοντας την πραγματική ποικιλομορφία σε κάθε ατομικό γονιδίωμα. Τελικά, οι ερευνητές απλοποίησαν το έργο τους, αναλύοντας κύτταρα με ένα μόνο γονιδίωμα (κάθε τέτοιο κύτταρο περιείχε δύο αντίγραφα του DNA του πατέρα και κανένα της μητέρας).

Το επόμενο βήμα πάνω στο οποίο ήδη εργάζονται οι ερευνητές της κοινοπραξίας, είναι η αλληλούχιση ενός γονιδιώματος με διαφορετικά χρωμοσώματα κληρονομημένα και από τους δύο γονείς. Επίσης, ξεκίνησαν μια παν-γονιδιωματική προσπάθεια (Πρόγραμμα Ανθρώπινου Πανγονιδιώματος – Human Pangenome Project) για να διαβάσουν τις πλήρεις αλληλουχίες DNA σε 350 ανθρώπους από όλο τον κόσμο, με στόχο να δημιουργήσουν ένα όσο το δυνατό πληρέστερο ανθρώπινο γονιδίωμα, που θα αντιπροσωπεύει την ανθρώπινη ποικιλομορφία.