Het menselijk genoom opnieuw opstarten

Het Human Genome Project was een van de grootste triomfen van de mensheid. Maar de officiële genenkaart die in 2003 resulteerde, bekend als het referentiegenoom, is niet langer geschikt voor het werk.

Dus zeggen wetenschappers die plannen maken voor een nieuwe universele kaart waarvan ze zeggen dat ze de genomen van honderden en uiteindelijk duizenden mensen zullen combineren om een ​​echte referentie te creëren die de hele mensheid weerspiegelt.

Het probleem met de bestaande genenkaart is dat deze maar één manier vertegenwoordigt waarop het genoom van een persoon eruit zou kunnen zien. De nieuwe kaart, een grafiekgenoom of pan-genoom genoemd, zou wiskunde gebruiken om elke mogelijke draai of draai te weerspiegelen die het genoom van een persoon zou kunnen nemen terwijl het rond 46 chromosomen spiraliseert.

Het is heel nieuwe technologie. Maar over minder dan vijf jaar zal iedereen het gaan gebruiken, voorspelt Gabor Marth, een geneticus aan de Universiteit van Utah.

De wiskunde achter het idee is de grafentheorie. Je bent al bekend met grafieken als je het spel Six Degrees of Kevin Bacon kent. Elke acteur is een knooppunt en als ze samen in een film hebben gespeeld, is dat een voordeel. Het spel is om het kleinste aantal randen te vinden dat nodig is om Kevin te bereiken.

In een grafgenoom is het doel om een ​​pad door de genetische letters te vinden dat precies overeenkomt met die van jou. Als elk mogelijk pad wordt weergegeven - wat het hele idee is - zal het de interpretatie van genomen sneller, goedkoper en nauwkeuriger maken.

Het genoom van minder dan 250.000 mensen is ooit gesequenced, maar dat cijfer zal elk jaar verdubbelen, aangezien genoomsequencing een routinematige manier wordt om ziekten te diagnosticeren in kinderziekenhuizen en kankercentra. Sommigen verwachten dat uiteindelijk van elke pasgeborene zijn genoom zal worden gedecodeerd.

Nauwkeurig bepalen hoe elk van die verschilt van de andere, is waar de nieuwe genenkaart zou komen. Marth's Utah-lab is een van de verschillende academische teams die werken aan prototypen van genoomgrafieken die in juni zullen worden ingediend bij een standaardinstantie.

Er is ook commercieel belang. Het geneticabedrijf 23andMe ontwikkelt grafieken en bedrijven als Google houden het nauwlettend in de gaten, zegt Benedict Paten, een onderzoeker aan de Universiteit van Californië, Santa Cruz. Iedereen is geïnteresseerd in het vertegenwoordigen van de mensheid in één fundamentele datastructuur, zegt hij.

Het probleem met de huidige referentie is niet alleen dat er nog steeds gaten in zitten, of dat het DNA bevat dat aan elkaar is geschroefd van een tiental anonieme mensen, volgens Frankenstein-mode. Het is dat, als een enkel verslag van de drie miljard letters waaruit menselijke genen bestaan, het niet gemakkelijk kan worden gebruikt om te zeggen hoe die van jou kunnen verschillen.

Het probleem ontstaat wanneer een nieuw genoom wordt gesequenced, met behulp van snelle machines die DNA in miljoenen kleine stukjes versnipperen. Om deze weer in elkaar te zetten, worden de stukjes tegen de referentie geplaatst, die, net als de afbeelding op de voorkant van een puzzeldoos, als richtlijn fungeert. Maar typisch zal ongeveer 5 procent van de DNA-gegevens van een persoon nergens passen.

Hoe meer je verschilt van de referentie, hoe moeilijker het is om in alle stukjes te passen, zegt David Mittelman, Chief Scientific Officer van Tute Genomics, een bio-informaticabedrijf. En als u de verschillen niet kunt vinden, kunt u het risico ook niet vinden.

De internationale Genoomreferentieconsortium die de referentie handhaaft, heeft geprobeerd het bij te houden, beplakt met wetenschappelijke plaknotities. Deze alternatieve sequenties, waarvan vele verband houden met het menselijke immuunsysteem, bevatten nu meer dan 150 genen en meer dan 3,6 miljoen genetische letters. Maar deze voetnoten zijn onhandig en worden voor het grootste deel gewoon genegeerd.

In veel gevallen maakt het niet uit. Elke twee mensen delen de overgrote meerderheid van hun DNA-letters, meer dan 99 procent. En het referentiegenoom kan de meest voorkomende verschillen aan het licht brengen, namelijk veranderingen in enkele DNA-letters in genen.

Maar het is slecht in het markeren van bepaalde grotere brokken DNA die kunnen verdwijnen, worden toegevoegd of opnieuw worden gerangschikt. En deze zijn belangrijk: sommige zijn in verband gebracht met autisme (zie De autisme-puzzel oplossen), terwijl andere belangrijke onderdelen lijken te zijn van wat ons onderscheidt van de apen.

Het is nogal een tekortkoming als de essentie van wat ons mens maakt zich in deze zeer variabele regio's bevindt, zegt Alex Lash, hoofd informatica van de Simons Foundation, in New York, die het werk aan een grafisch genoom in Santa Cruz ondersteunt.

Lash zegt dat het idee om een ​​grafgenoom te bouwen een hoog risico inhoudt, aangezien miljarden dollars zijn geïnvesteerd in software en wetenschappelijke inspanningen ter ondersteuning van de huidige referentie, en mensen misschien niet willen overstappen.

Hoe groot een grafisch genoom zal zijn, moet ook nog worden bewezen, zegt Deniz Kural, CEO van Seven Bridges Genomics. Zijn bedrijf heeft een grafische weergave van het genoom ontwikkeld door gebruik te maken van openbare DNA-informatie over 70.000 mensen, evenals tools om het te analyseren. Het test nu hoeveel nauwkeuriger genomen die met behulp van de grafiek zijn samengesteld, werkelijk zijn.

Kural zegt dat de hoeveelheid gegevens die nodig is om wiskundig elke mogelijke variatie van het menselijk genoom te beschrijven, op een flashstation zou kunnen passen; het is slechts ongeveer één gigabyte. Het beschrijven van de betekenis van die variaties is een veel uitgebreidere onderneming, die tienduizenden wetenschappelijke artikelen omvat.

Wetenschappers die betrokken zijn bij de ontwikkeling van een grafische benadering, zeggen dat ze verwachten dat hun idee het zal winnen, zelfs als dit betekent dat de kaart die is gemaakt door het oorspronkelijke Human Genome Project, diep wordt opgeslagen. Het is nogal belachelijk om iedereen door de lens van dit ene referentiegenoom te laten kijken, zegt Michael Schatz, een bio-informatica-onderzoeker bij het Cold Spring Harbor Laboratory. Het was een geweldige mijlpaal om die eerste weergave van het genoom te hebben, maar nu zijn we het ontgroeid. Het is tijd om opnieuw op te starten.

zich verstoppen