Genstart af det menneskelige genom

Human Genome Project var en af ​​menneskehedens største triumfer. Men det officielle genkort, der resulterede i 2003, kendt som referencegenomet, er ikke længere op til jobbet.

Så siger videnskabsmænd, der lægger planer for et nyt universelt kort, de siger, vil kombinere genomerne fra hundredvis og i sidste ende tusinder af mennesker for at skabe en sand reference, der afspejler hele menneskeheden.

Problemet med det eksisterende genkort er, at det kun repræsenterer én måde, en persons genom kunne se ud. Det nye kort, kaldet et grafgenom eller pan-genom, ville bruge matematik til at afspejle enhver mulig drejning eller drejning, som en persons genom kunne tage, når det spiraler omkring 46 kromosomer.

Det er meget ny teknologi. Men om mindre end fem år kommer alle til at bruge det, forudser Gabor Marth, en genetiker ved University of Utah.

Matematikken bag ideen er grafteori. Du er allerede bekendt med grafer, hvis du kender spillet Six Degrees of Kevin Bacon. Hver skuespiller er en node, og hvis de optrådte i en film sammen, er det en fordel. Spillet går ud på at finde det mindste antal kanter, der skal til for at nå Kevin.

I et grafgenom vil målet være at finde en vej gennem de genetiske bogstaver, der nøjagtigt matcher dine. Hvis enhver mulig vej er repræsenteret - hvilket er hele ideen - vil det gøre fortolkningerne af genomer hurtigere, billigere og mere nøjagtige.

Færre end 250.000 menneskers genomer er nogensinde blevet sekventeret, men det tal er sat til at fordobles hvert år, da genomsekventering bliver en rutinemæssig måde at diagnosticere sygdom på på børnehospitaler og kræftcentre. Nogle forventer, at hver nyfødt i sidste ende vil få afkodet sit genom.

Nøjagtigt at bestemme, hvordan hver af disse adskiller sig fra de andre, er, hvor det nye genkort ville komme ind. Marths Utah-laboratorium er et af flere akademiske hold, der arbejder på prototyper af genomgrafer, som vil blive indsendt til et standardiseringsorgan i juni.

Der er også kommerciel interesse. Genetikvirksomheden 23andMe udvikler grafer, og virksomheder som Google følger nøje med, siger Benedict Paten, forsker ved University of California, Santa Cruz. Alle er interesserede i at have menneskeheden repræsenteret i én grundlæggende datastruktur, siger han.

Problemet med den nuværende reference er ikke kun, at den stadig har huller, eller at den inkluderer DNA, der er boltet sammen fra et dusin eller deromkring anonyme mennesker, på Frankenstein-manér. Det er, at det, som en enkelt beretning om de tre milliarder bogstaver, der udgør menneskelige gener, ikke uden videre kan bruges til at sige, hvordan dine kan adskille sig.

Problemerne opstår, når et nyt genom sekventeres ved hjælp af hurtige maskiner, der makulerer DNA i millioner af små bidder. For at samle disse igen sættes bitsene op mod referencen, der ligesom billedet på forsiden af ​​en pusleboks fungerer som en guide. Men typisk vil omkring 5 procent af en persons DNA-data ikke passe nogen steder.

Jo mere forskellig du er fra referencen, jo sværere er det at passe ind i alle brikkerne, siger David Mittelman, chief scientific officer for Tute Genomics, en bioinformatikvirksomhed. Og hvis du ikke kan finde forskellene, kan du ikke finde risikoen.

Det internationale Genom Reference Consortium der fastholder, at referencen har forsøgt at følge med, ved at pudse den med videnskabelige noter. Disse alternative sekvenser, mange forbundet med det menneskelige immunsystem, omfatter nu mere end 150 gener og mere end 3,6 millioner genetiske bogstaver. Men disse fodnoter er ubelejlige, og for det meste ignoreres de simpelthen.

I mange tilfælde gør det ikke en forskel. To personer deler langt størstedelen af ​​deres DNA-bogstaver, over 99 procent. Og referencegenomet er i stand til at fremhæve de mest almindelige forskelle, som er ændringer af enkelte DNA-bogstaver inde i gener.

Men det er dårligt til at markere visse større bidder af DNA, der kan forsvinde, blive tilføjet eller blive omarrangeret. Og disse er vigtige: Nogle er blevet forbundet med autisme (se Løsning af autismepuslespillet), mens andre ser ud til at være nøgledele af det, der adskiller os fra aberne.

Det er lidt af en mangel, hvis essensen af, hvad der gør os til mennesker, er i disse meget varierende regioner, siger Alex Lash, chef for informatik hos Simons Foundation i New York, som støtter arbejdet med et grafgenom i Santa Cruz.

Lash siger, at ideen om at bygge et grafgenom er højrisiko, da milliarder af dollars er blevet investeret i software og videnskabelige bestræbelser, der understøtter den nuværende reference, og folk ønsker måske ikke at skifte.

Hvor stort et fremskridt et grafgenom vil være, mangler også at blive bevist, siger Deniz Kural, administrerende direktør for Seven Bridges Genomics. Hans firma har udviklet en grafisk repræsentation af genomet ved at bruge offentlig DNA-information om 70.000 mennesker, samt værktøjer til at analysere det. Det tester nu, hvor meget mere nøjagtige genomer, der er samlet ved hjælp af grafen, virkelig er.

Kural siger, at mængden af ​​data, der er nødvendig for at beskrive, matematisk, enhver mulig variation af det menneskelige genom kunne passe på et flashdrev; det er kun omkring en gigabyte. At beskrive betydningen af ​​disse variationer er en langt mere omfattende opgave, der omfatter titusindvis af videnskabelige artikler.

Forskere, der er involveret i udviklingen af ​​en grafisk tilgang, siger, at de forventer, at deres idé vil vinde frem, selvom det betyder, at kortet, der er skabt af det originale Human Genome Project, skal opbevares dybt. Det er noget af en latterlig ting at gøre, at skohorne alle gennem linsen af ​​dette ene referencegenom, siger Michael Schatz, en bioinformatikforsker ved Cold Spring Harbor Laboratory. Det var en enorm milepæl at have den første repræsentation af genomet, men nu vokser vi ud af det. Det er tid til at genstarte.

skjule