Maschinen ähnlich wie diese machten das Projekt möglich. Oxford Nanopore Technologies
Ein Team von 99 Forschern aus der ganzen Welt einen vollständigen Entwurf veröffentlicht des menschlichen Genoms heute in der Fachzeitschrift Wissenschaft.
Der Durchbruch kommt fast zwanzig Jahre, nachdem das Human Genome Project eine ähnliche Behauptung aufstellte, indem es DNA-Abschnitte ignorierte, die damals als unwichtig galten.
„Die Sequenz bedeutet, dass wir den Beginn einer neuen Grenze betreten haben“, NeurogenetikerErich Jarvis, der Co-Autor des neuen Papiers ist, erzählt IE.
„Mit vollständigen Genomen kann ich anfangen, neue Fragen der Biologie zu stellen, die vorher nicht möglich waren“, sagt er.
Dieser Durchbruch war jahrzehntelang im Gange
Die neuer Datensatz entspricht einer außergewöhnlich langen Folge von nur vier Buchstaben – A, T, C und G – die die vier Moleküle darstellen, die die Gene einer Person kodieren.
Im Gegensatz zu dem 2003 enthüllten Genom enthält die heutige Ankündigung sehr repetitive aber äußerst wichtige Regionen des Genoms, die für Forscher in den 1990er und frühen 2000er Jahren zu schwierig zu analysieren waren. Das vollständige Genom ist mehr als drei Milliarden Buchstaben lang. Dasbedeutet, dass sich Ihr genetischer Code, wenn er in 12-Punkt-Schrift gedruckt wäre, von Houston bis Boston erstrecken würde.
Der Durchbruch war möglich, weil Wissenschaftler über bessere Technologie und ein verfeinertes Verständnis der Genomik verfügen als vor zwei Jahrzehnten. Außerdem war viel Zusammenarbeit erforderlich.
Die Forscher verfeinerten ältere Techniken
Fast jede Zelle im Körper enthält das gesamte Genom einer Person, aufgezeichnet in der genauen molekularen Struktur ihrer DNA. Die Moleküle, die durch A, T, C und G dargestellt werden, sind in einer Sequenz entlang der Länge der DNA angeordnet. Wenn esentwirrt und gestreckt würde, wäre die in einer einzelnen Zelle enthaltene DNA ungefähr 2,50 m lang. Natürlich existiert DNA nicht so in unseren Zellen. Die Evolution hat dazu geführt, dass Lebewesen alle möglichen innovativen Wege entdeckt haben, um DNA zu einem Satz zu faltenvon Paketen, die so klein sind, dass sie problemlos in einen Zellkern passen.
Forscher lesen DNA, indem sie sie in Stücke zerhacken, die klein genug sind, damit vorhandene Technologien sie handhaben können. Ein Grund, warum Forscher jetzt das vollständige Genom entschlüsseln konnten, ist, dass neuere Maschinen längere Stücke lesen können als je zuvor. Unter dem IdealUnter Umständen kann eine hochmoderne Maschine DNA-Fragmente lesen, die einige hunderttausend Basenpaare lang sind.
„Die DNA geht physisch durch diese Pore“, sagt Jarvis. „Während sie hindurchgeht, liest die Pore die verschiedenen Basenpaare ab.“
Forscher lesen nicht nur eine DNA-Kopie. Sie haben spezielle Zellen gezüchtet, um Dutzende identischer Kopien herzustellen. Diese werden in Fragmente zerhackt und gleichzeitig gelesen.
„Stellen Sie sich vor, Ihr Telefon ist ein sehr dünner Wafer, der mit Millionen von Poren gefüllt ist, und Sie haben die DNA, die gleichzeitig durch alle Poren geht … Sie möchten, dass dieselbe Sequenz zwischen 30 und 50 Mal durchkommt“, ersagt: „Dann möchten Sie die Informationen mitteln.“
Weniger Fehler halfen den Forschern, das vollständige Genom zusammenzusetzen
Diese Redundanz macht es möglich, Fehler zu finden und zu beheben. Fehler stellen nicht nur eine Hürde für Wissenschaftler dar, die diesen Datensatz später in ihrer Forschung verwenden werden. Fehler stellen auch eine zusätzliche Schwierigkeitsstufe für die Forscher dar, die mit der Rekonstruktion der Fragmente beauftragt sindin ein vollständiges Genom.
Im Handel erhältliche Algorithmen sind in der Lage, etwa 97 oder 98 Prozent der Sequenz korrekt zu machen, sagt Jarvis, „aber die restlichen zwei Prozent enthalten immer noch Fehler.“-to-sequence-Regionen, in denen es schwierig ist, eine Kopie von einer anderen Kopie zu unterscheiden.“
Ein Mitglied von Jarvis' Labor, Giulio Formenti, hat einen Algorithmus entwickelt, der als „letzte Prüfung der Sequenzgenauigkeit dient … um die letzten verbleibenden zwei Prozent zu bereinigen“, sagt Jarvis.
Dieser Beitrag – neben vielen anderen von Forschern aus der ganzen Welt – ermöglichte es diesen Forschern, die fehlenden Abschnitte des Genoms zu ergänzen.
Die Forscher planen noch viel mehr Genome zu sequenzieren
Aber dies ist noch lange nicht das Ende der Bemühungen, das menschliche Genom und seine Auswirkungen auf Organismen zu entschlüsseln und zu verstehen. Bioinformatiker Adam Phillippy, ein Co-Leiter des Projekts, sagt: „Die menschliche Genomsequenz [wirklich] endgültig fertigzustellen, war, als würde man eine neue Brille aufsetzen. Jetzt, da wir alles klar sehen können, sind wir dem Verständnis, was, einen Schritt näher gekommendas alles bedeutet.“
Das Vorhandensein eines vollständigen Genoms bringt uns der Art der personalisierten Medizin, von der Forscher seit Jahrzehnten sprechen, einen großen Schritt näher. "In Zukunft werden wir, wenn jemand sein Genom sequenziert hat, in der Lage sein, alle Varianten in seiner DNA zu identifizieren und diese Informationen zu nutzen, um seine Gesundheitsversorgung besser zu steuern“, sagt Phillippy.
Das neue Genom ist auch ein wichtiger Schritt für Forscher, die aus anderen Gründen ein vollständiges Genom benötigen. Jarvis ist an der Spitze der Bemühungen, Hunderte vollständiger Genome von Menschen auf der ganzen Welt zu sequenzieren.
„Das Ziel ist es, ein möglichst vollständiges menschliches Genom zu schaffen, das viel mehr menschliche Vielfalt repräsentiert“, sagt er.