İNSAN GENOMU SONUNDA TAMAMEN SIRALANDI
İlk insan genomu 2001 yılında İnsan Genom Projesi kapsamında haritalandı, ancak araştırmacılar bunun ne tam ne de tamamen doğru olduğunu biliyorlardı. Şimdi ise bilim insanları, bugüne kadarki en eksiksiz dizili insan genomunu üreterek önceki versiyondaki boşlukları doldurdu ve hataları düzeltti.
Dizi, şimdiye kadar herhangi bir memeli için en eksiksiz referans genomu. Science dergisinde yayımlanan genomu açıklayan altı yeni makaleden elde edilen bulgular, insan evrimi hakkında daha derin bir anlayışa yol açmalı ve bir dizi hastalığı ele almak için potansiyel olarak yeni hedefler ortaya çıkarmalıdır.
Daha kesin bir insan genomu
“İnsan Genom Projesi, kan alımı yoluyla elde edilen DNA'ya dayanıyordu. Ulusal İnsan Genomu Araştırma Enstitüsü'nün (NHGRI) Genom Bilişimi Başkanı ve yeni makalelerden birinin kıdemli yazarı Adam Phillippy, “O zamanki teknoloji buydu” diyor. “O zamanki teknikler, tüm bu yıllar boyunca devam eden hataları ve boşlukları ortaya çıkardı. Şimdi bu boşlukları doldurmak ve bu hataları düzeltmek güzel."
Johns Hopkins Üniversitesinde Bilgisayar Bilimi ve Biyoloji Profesörü ve aynı kitabın başka bir kıdemli yazarı olan Michael Schatz, “Her zaman eksik parçaların olduğunu biliyorduk, ancak hiçbirimizin ne kadar kapsamlı olduklarını veya ne kadar ilginç olduklarını takdir ettiğini sanmıyorum” diyor.
Çalışma, NHGRI tarafından desteklenen ve dünya çapında düzinelerce enstitüden genetik ve hesaplamalı biyoloji uzmanlarını içeren Telomere to Telomere konsorsiyumunun sonucudur. Grup, ilk taslak dizisinden genetik bir kara delik olarak kalan insan genomunun %8'ini doldurmaya odaklandı. O zamandan beri, genetikçiler bu eksik kısımları parça parça eklemeye çalışıyorlar. En son çalışma grubu, 200 milyon daha fazla baz çiftini (genomu oluşturan harfler) ve 1.956 yeni geni temsil eden, tüm bir kromozomun değerindeki yeni dizileri tanımladı.
Washington Üniversitesinde Genom Bilimleri Profesörü ve gazetelerden birinin başka bir kıdemli yazarı olan Evan Eichler, “İnsan Genom Projesi'nden [2001'de] beri, son yirmi yılda birkaç kez zafer ilan ettik” diyor. Bu orijinal dizinin haritalanmasında da yer alan Eichler, bu sefer dizilenenlerin vurgusunun farklı olduğunu söylüyor. "İnsan Genom Projesi'nin asıl amacı her baz çiftini düzenlemek ve yönlendirmek olsa da, teknoloji yeterince gelişmiş olmadığı için bu gerçekleştirilemedi. Böylece bitirebildiğimiz kısımları tamamladık.”
Yeni bulguların vaadi
Yeni sıralanan bölgeler, sentromerler gibi önceden erişilemeyen bölümleri, kendilerini kopyalayıp tek bir hücre olarak iki hücreye ayırmak için yavaş yavaş çözülürken DNA'nın uzun çift sarmallarını organize eden kromozomların sıkıca sarılmış merkezi kısımlarını içerir. Bu bölgeler normal insan gelişimi için kritik öneme sahiptir ve ayrıca beyin büyümesinde ve nörodejeneratif hastalıklarda rol oynar. "Bütün ökaryotların -bütün bitkiler, hayvanlar, insanlar, ağaçlar, çiçekler ve daha yüksek organizmalar- sentromerlere sahip olması, biyolojinin en büyük gizemlerinden biri olmuştur. DNA'nın nasıl çoğaldığının, kromozomların nasıl organize edildiğinin ve hücrelerin nasıl bölündüğünün gerçekten temel bir parçasıdır. “Ancak bu büyük bir paradoks oldu, çünkü işlevi milyarlarca yıldır var olmasına rağmen, incelemek neredeyse imkansızdı çünkü bakacak bir sentromer dizimiz yoktu” diyor Schatz. "Artık sonunda yapıyoruz."
Bilim insanları ayrıca, genetik uzmanların başlangıçta kopyalama hatalarına benzer olduğunu düşündükleri ve sözde "çöp DNA" olarak göz ardı ettikleri tekrarlanan diziler içeren uzun DNA dizilerini dizilemeyi başardılar. Bununla birlikte, bu tekrarlanan diziler, bazı insan hastalıklarında rol oynayabilir. Eichler, "Bir sekansın tekrarlanması, onun gereksiz olduğu anlamına gelmez" diyor. Proteinleri oluşturan makinelere katkıda bulunan genler, hücrelerin DNA'larını iki yavru hücreye nasıl eşit şekilde böldüğünü belirleyen genler ve insan türünü en yakın evrimsel akrabalarımız olan primatlardan ayırt edebilecek insana özgü genler gibi kritik genlerin bu tekrarlanan bölgelere gömülü olduğuna dikkat çekiyor. Örneğin, makalelerden birinde araştırmacılar, primatların bu tekrarlanan bölgelerin insandan farklı sayıda kopyasına sahip olduğunu ve bunların genomun farklı bölümlerinde göründüklerini buldu.
Eichler, “Bunlar, yaşamak ve bizi insan yapmak için gerekli olan en önemli işlevlerden bazıları” diyor. "Açıkçası, bu genlerden kurtulursanız, yaşamıyorsunuz demektir. Bu benim için önemsiz değil."
Genom mühendisliği şirketi Inscripta'nın başkan yardımcısı Deanna Church, bu tekrarlanan bölümlerin ne anlama geldiğini ve sentromerler gibi daha önce sıralanmamış bölgelerin dizilerinin yeni tedavilere veya insan hastalıklarının daha iyi anlaşılmasına nasıl dönüşeceğini deşifre etmenin daha yeni başladığını söylüyor. Bir insan genomunun tam dizisine sahip olmak, onu çözmekten farklıdır. Şu anda, genomları sıralanan şüpheli genetik bozukluğu olan kişilerin yaklaşık yarısının DNA'larındaki belirli değişikliklere kadar izlenebildiğini belirtiyor. Bu, insan genomunun yaptıklarının çoğunun hala bir sır olarak kaldığı anlamına geliyor.
Gelecek Araştırmalar
Hala iyileştirme için alan var. Yeni dizi esasen yarı insandan geliyor, normalde bir kişinin DNA'sında bulunan genetik içeriğin yarısı demek. Her insanda anne ve baba olmak üzere iki kromozom dizisi vardır. Bu DNA ipliklerinin her biri, bize esasen iki genom veren, biraz farklı gen versiyonları içerir. Bu iki genomu bir araya getirmek basit bir iş değil. Bu zorluklar orijinal İnsan Genomu Projesini engelledi ve eksik parçaların oluşmasına yol açtı. O zamanki sıralama teknolojisi, DNA'nın anne ve baba kopyalarını kolayca ayıramıyordu. Bu nedenle bilim insanları, anne kromozomu ile çalıştıklarını düşünerek belirli bölümleri eşleştirmeye çalışırlarsa, eşleşmede başarısız olabilecekleri alanlara girebilirler. Aslında baba kromozomu ile çalışıyor olabilirler. Phillippy “Aynı kutuda iki yapboz bulundurmaya benzer. Farklılıkların ne olduğunu çözmeli ve her ikisini de yeniden inşa etmelisiniz.” diyor.
Bu yeni dizi için bilim insanları, ortaya çıkan embriyonun yalnızca baba kromozomlarını içerdiği bir döllenme hatasından yararlandı. Ortaya çıkan büyüme kaldırıldı ve 2000'li yılların başlarında anormal kromozom içeriğine rağmen canlı kalan bir hücre çizgisi olarak laboratuvarda sürdürüldü. Bu, ekiplerin genomu bir araya getirmesini kolaylaştırdı. Esasen çözmek için yalnızca tek bir genetik bulmaca üzerinde çalışıyorlardı.
Ancak nihayetinde, araştırmacıların hem anne hem de baba kromozomlarının eksiksiz dizileriyle daha eksiksiz bir insan genomuna ihtiyacı olacak. Bu yakında gerçekleşecek. Phillippy ve diğer bilim insanları, anne DNA'sını baba dizilerinden ayırabilmeleri ve iki genomu ayrı ayrı bir araya getirebilmeleri için gönüllülerden ve onların anne-babalarından alınan üçlü DNA örnekleriyle çalışıyor. Ekipler, sözde diploid insan genom dizisinin yıl sonuna kadar tamamlanmasını bekliyor.
Johns Hopkins'te biyomedikal mühendisliği doçenti ve makalelerden birinin ortak yazarı Winston Timp, şimdiden "Yeni genom derlemesi, daha önce sahip olduğumuz verilerin ne anlama geldiğini anlamak için daha doğru bir harita sağladığı için temettü ödüyor. ” Bu, sağlıklı insanları hastalıktan etkilenenlerden ayırt edebilecek yeni varyantların yanı sıra insanları belirli hastalıklara yakalanma riskini artırabilecek varyantların bulunmasını içerir.
Johns Hopkins'te biyoloji yardımcı doçenti ve başka bir ortak yazar olan Rajiv McCoy "Genomları önceden dizilenmiş binlerce bireyden oluşan numunelerde daha önce bilinmeyen milyonlarca genetik varyant keşfettik." diyor. "Hastalıkla olan ilişkileri hakkında daha fazla bilgi edinmek için gelecekteki çalışmalara kadar beklememiz gerekecek, ancak şimdiki çalışmaların büyük bir odak noktası, daha önce karakterize edilmemiş yeni genetik varyasyonları keşfetmeye çalışmak olacak."
İnsan genomunun daha eksiksiz versiyonuyla bile bilim insanları, eksikliklerine ve hatalarına rağmen eski versiyonun yerine geçmek için can atmayacaklar. Bu da insan genetiği üzerinde onlarca yıllık çalışmanın, eski versiyonu yenisinden çok daha fazla açıklamalı hale getirmesinden kaynaklanıyor. En sevdiğiniz kitabın kopyası, el yazısı notlarınız ve kenar boşluklarında vurgulama ile kitapçıdan alınan yeni bir kopya arasındaki farka benzer.
Eichler "Bir genom ancak açıklaması kadar iyidir." diyor. "Bütün klinik ve araştırma laboratuvarları, eski, boşluklarla dolu genomu temel alan onlarca yıllık veri oluşturdu. Tüm bu çalışmaları herhangi bir laboratuvar için yeniden yapmak korkunç olurdu.” Birçok laboratuvarın, daha yeni genomdan ürettikleri bilgilerin ne kadar zengin ve kapsamlı olduğunu görmek için bir test çalışmasının öncesinde daha küçük veri kümelerini karşılaştırarak yavaş yavaş yeni genomla çalışmaya geçeceğini tahmin ediyor. Orijinal insan genomunda olduğu gibi, yenisi de herhangi bir bilim insanının kullanması için halka açık bir veri tabanında yayımlanacaktır. “Şimdilik, her iki genom da korunacak, bu yüzden ikame olmayacak.” diyor. Önümüzdeki yıllarda araştırmacılar, bilim insanlarının yeni tedaviler için en iyi hedefleri belirlemelerine ve insan gelişimi ve evrimi anlayışını geliştirmelerine yardımcı olmak için hem anne hem de baba DNA'sını kullanarak tam genomun daha fazlasını üretmeye başlayacaklar. Sahip oldukları daha fazla genom, insan hastalıklarının anlaşılmasına ve onlar için yeni tedavilere yol açıp potansiyel oluşturabilecek önemli kalıplar öne çıkacaktır.
Nihai olarak amaç, her insanın tıbbi kayıtlarının bir parçası olarak tam genom dizilimine sahip olabilmesidir. Bu da doktorların bu dizileri referans dizilerle karşılaştırmasına ve hangi varyasyonların belirli diziye katkıda bulunabileceğini belirlemesine olanak tanır.
Kaliforniya Üniversitesi, Santa Cruz'da biyomoleküler mühendis yardımcı doçent ve gazetelerden birinin kıdemli yazarı Karen Miga “Bu, dünyaya daha önce hiç görmediğimiz bir ek kromozom sunuyor. Yeni manzaralar, yeni sekanslar ve yeni keşiflerin fırsatı ve olasılığı var.” diyor.
Genomik ve tıp camiasındaki heyecan aşikar. Eichler bir kısa toplantı sırasında "Hallelujah, sonunda bir insan genomunu bitirdik, ancak en iyisi henüz gelmedi. Hiç kimse bunu bir son olarak görmemeli, sadece genomik araştırmalarda değil, klinik tıpta da bir dönüşümün başlangıcı olarak görmelidir." dedi.
Kaynakça:
Park, Alice. “The Human Genome Is Finally Fully Sequenced.” Time, Time, 1 Nisan 2022, time.com/6163452/human-genome-fully-sequenced/.