Artık İnsan Genomunun %100’üne Sahibiz!

Artık İnsan Genomunun %100’üne Sahibiz!

Genom projesinde eksik olan %8’lik kısım tamamlandı.

Araştırmacılar sonunda baştan sona eksiksiz bir insan genetiği talimat kitabının şifresini çözdüler.

A, T, C ve G harfleriyle yapboz parçaları sıraları ve vurgulanmış bir bölüm
Bilim insanlarının A, T, C ve G harfleriyle temsil edilen DNA bazlarını yerleştirmelerine olanak tanıyan yeni teknolojiler, araştırmacıların dünyanın en karmaşık bulmacalarından birini, eksiksiz bir insan genomunu bir araya getirmelerine yardımcı oldu. ERNESTO DEL AGUİLA III/NHGRI Artık İnsan Genomunun %100’üne Sahibiz!

İnsan genomunun tamamlandığı geçmişte birkaç kez duyurulmuştu ancak bunlar aslında eksik taslaklardı. Seattle’daki Washington Üniversitesi’nde insan genetikçisi ve Howard Hughes Tıp Enstitüsü araştırmacısı Evan Eichler “Bu sefer gerçekten ciddiyiz” diyor.

Tamamlanan genom, 31 Mart’ta Science and Nature Methods’da çevrimiçi olarak yayınlanan bir dizi makalede sunulmaktadır.

Eichler de dahil olmak üzere uluslararası bir araştırmacı ekibi, biyomedikal araştırmalara rehberlik etmek için yaygın olarak referans olarak kullanılan genomun daha önceki bir versiyonundan yeniden düzenlenmiş DNA’nın tekrarlayan uzantılarını çözmek için yeni DNA dizileme teknolojisini kullandı. 

Araştırmacılar, Science dergisinde bu zorlu uzantıların deşifre edilmesinin, genomun yaklaşık yüzde 8’i olan yaklaşık 200 milyon DNA bazını talimat kitabına eklediğini bildiriyor. Bu aslında tam bir bölüm. Ve bazı kromozomların kısa kollarına, uzun süredir kayıp genlere ve kromozomların sentromer adı verilen önemli parçalarına ilk kez bakışları içeren, sulu bir şey DNA’nın bölünmesinden sorumlu makinelerin kromozomu tuttuğu yer.

Telomerden Telomere (T2T) Konsorsiyumu olarak bilinen ekibin bir parçası olan Johns Hopkins Üniversitesi’nden insan genetikçisi Rajiv McCoy, “Kayıp bölgelerden bazıları aslında en ilginç olanı oldu” diyor. “Heyecan verici çünkü bu bölgelere ilk kez bakıyoruz ve neler bulabileceğimizi görüyoruz.” Telomerler, kromozomların uçlarında bulunan tekrarlayan DNA uzantılarıdır. Ayakkabı bağcıklarındaki ataşlar gibi, kromozomların çözülmesini önlemeye yardımcı olabilirler.

Çabadan elde edilen veriler, diğer araştırmacıların keşfetmesi için zaten mevcut. Ve St. Louis’deki Washington Üniversitesi Tıp Fakültesi’nden genetikçi Ting Wang gibi bazıları zaten derinlemesine araştırdı. “Tam bir genom referansına sahip olmak kesinlikle biyomedikal çalışmaları iyileştiriyor…. Bu son derece yararlı bir kaynak. Bunun önemli bir başarı olduğuna şüphe yok” diyor.

Ancak Wang, “insan genomu henüz tam olarak tamamlanmadı” diyor.

İnsan genetik ansiklopedisinin bu yeni cildinin bize neden ve ne söylediğini anlamak için, kilometre taşına daha yakından bakalım.

Araştırmacılar ne yaptı?

Eichler, bu, bir insan genomunun tamamlanmasıdır. Aslında insan genomu diye bir şey yoktur. Herhangi iki insan, genomlarının çok benzerden neredeyse aynı olana kadar değişen büyük bölümlerine ve son derece farklı olan daha küçük bölümlere sahip olacaktır. Bir referans genom, araştırmacıların insanların nerede farklılık gösterdiğini görmelerine yardımcı olabilir ve bu da hastalıklarla ilgili olabilecek genlere işaret edebilir. Boşluklar veya gizli DNA olmadan tüm genomun bir görünümüne sahip olmak, bilim insanlarına insan sağlığı, hastalıkları ve evrimi hakkında daha iyi bir anlayış verebilir.

Yeni tamamlanmış genom, önceki insan referans genomu gibi boşluklara sahip değildir. Ama yine de sınırlamaları var, diyor Wang. Eski referans genomu, 60’tan fazla insanın DNA’sından oluşan bir gruptur. “Bu gezegendeki tek bir birey veya tek hücre bu genoma sahip değil.” Bu yeni eksiksiz genom için de geçerli. Projede yer almayan Wang, “Alıntı-alıntısız bir sahte genom” diyor.

Yeni genom da bir kişiden gelmiyor. Sperm boş bir yumurtayı döllediğinde ve babanın kromozomları kopyalandığında ortaya çıkan bir tür tümör olan tam bir hidatidiform köstebek genomudur. Araştırmacılar, bu olağandışı tümörlerden birinden yapılan CHM13 adlı bir hücre dizisinden tam genomu deşifre etmeyi seçtiler.

Santa Cruz’daki California Üniversitesi’nden genetikçi Karen Miga, bu kararın teknik bir nedenle verildiğini söylüyor. Genellikle, insanlar annelerinden bir kromozom seti ve babalarından başka bir kromozom alırlar. Yani “hepimizin her hücresinde iki genomu var.”

Bir genomu bir araya getirmek bir bulmacayı bir araya getirmek gibiyse, bir meslektaşından bir benzetme ödünç alan Miga, “aslında aynı kutuda birbirine çok benzeyen iki bulmacanız var” diyor. Araştırmacılar, onları bir araya getirmeden önce iki bulmacayı sıralamak zorunda kalacaklardı. “Hidatidiform mollerden elde edilen genomlar aynı zorluğu göstermiyor. Kutudaki sadece bir bulmaca.”

Araştırmacılar, hidatidiform köstebek oluşturan sperm bir X kromozomu taşıdığı için başka bir kişiden Y kromozomunu eklemek zorunda kaldılar.

Bir yapbozu bir araya getirmek bile Herkülvari bir görevdir. Ancak araştırmacıların A, T, C ve G harfleriyle temsil edilen DNA bazlarını sıraya koymasına izin veren yeni teknolojiler, 100.000 bazdan daha uzun uzantıları tükürebilir. Çocukların yapbozlarının daha büyük ve daha az parçadan dolayı çözülmesi daha kolay olduğu gibi, bu “uzun okumalar”, özellikle sadece birkaç bazın bir kopyayı diğerinden ayırt edebileceği tekrarlayan kısımlarda, genomun bitlerini birleştirmeyi kolaylaştırdı. Daha büyük parçalar, araştırmacıların eski referans genomundaki bazı hataları düzeltmesine de izin verdi.

Ne buldular?

Yeni başlayanlar için, yeni deşifre edilmiş DNA, 13, 14, 15, 21 ve 22 numaralı kromozomların kısa kollarını içerir. Bu “akrosentrik kromozomlar”, diğer kromozomların yaptığı gibi hoş, düzgün X’lere benzemez. Bunun yerine, bir dizi uzun kola ve bir tane kısa kola sahipler.

Kısa kolların uzunluğu onların önemini yalanlıyor. Bu kollar, ribozom adı verilen karmaşık moleküler makinelerin temel bileşenleri olan rRNA’ları kodlayan rDNA genlerine ev sahipliği yapar. Ribozomlar, genetik talimatları okur ve hücrelerin ve vücutların çalışması için gereken tüm proteinleri oluşturur. Her insanın genomunda bu rDNA bölgelerinin yüzlerce, ortalama 315 kopyası vardır ancak bazı insanlarda daha fazla, bazılarında daha az bulunur. Hücrelerin hazırda protein üreten fabrikalara sahip olduğundan emin olmak için önemlidirler.

Miga, “Bu bölgelerde ne bekleyeceğimizi bilmiyorduk” diyor. “Her akrosentrik kromozomun ve o akrosentrik kromozomdaki her rDNA’nın varyantları olduğunu, söz konusu kromozoma özel tekrar biriminde değişiklikler olduğunu bulduk.”

Eichler ve meslektaşları, floresan etiketler kullanarak, rDNA bölgelerinin yanındaki tekrarlayan DNA’nın ve belki de rDNA’nın da bazen başka bir kromozoma inmek için yerleri değiştirdiğini keşfettiler . “Müzikal sandalyeler gibi” diyor. Bunun neden ve nasıl olduğu hala bir sır.

Tam genom aynı zamanda, eski, eksik genomda bulunmayan proteinleri kodlayan 140’ı da dahil olmak üzere 3.604 gen içerir. Bu genlerin birçoğu, beyin evrimi ve gelişimi, otizm, bağışıklık tepkileri, kanser ve kardiyovasküler hastalık ile ilişkili olanlar da dahil olmak üzere, önceden bilinen genlerin biraz farklı kopyalarıdır. Tüm bu genlerin nerede yattığını gösteren bir haritaya sahip olmak, ne yaptıklarının ve hatta belki de insanları neyin insan yaptığının daha iyi anlaşılmasına yol açabilir.

En büyük buluntulardan biri, tüm insan sentromerlerinin yapısı olabilir. Çoğu kromozoma karakteristik X şeklini veren kıstırılmış kısımlar olan sentromerler, hücre bölünmesi sırasında DNA’yı bölen hücresel makine olan kinetochore için birleşim noktalarıdır. Hücredeki en önemli işlerden biri bu. Yanlış gittiğinde, doğum kusurları, kanser veya ölümle sonuçlanabilir. Araştırmacılar, meyve sineklerinin ve insan 8, X ve Y kromozomlarının sentromerlerini zaten deşifre etmişti, ancak bu, araştırmacıların geri kalan insan sentromerlerini ilk kez görebildiği zamandır.

Yapılar çoğunlukla alfa uyduları olarak bilinen yaklaşık 171 baz DNA çiftinin baştan sona tekrarlarıdır. Ancak bu tekrarlar, diğer tekrarların içinde yer alır ve her kromozomun bireysel sentromerini ayırt eden karmaşık modeller yaratır, Miga ve meslektaşları Science’da açıklar. Yapıları bilmek, araştırmacıların kromozomların nasıl bölündüğü ve bazen süreci neyin bozduğu hakkında daha fazla bilgi edinmelerine yardımcı olacaktır.

Bölünen Hela hücrelerinin içindeki kırmızı kromozomların ve yeşil mikrotübüllerin mikroskop görüntüsü
Araştırmacılar şimdi tüm insan sentromerlerinin yapısını deşifre ettiler – kromozomların sıkışmış kısımları (bu Hela hücrelerinin bölünmesi görüntüsünde kırmızı), mikrotübüller (yeşil) olarak adlandırılan yapıların birleştiği ve çekildiği, DNA’nın hücrelerde uygun dağılımını sağlayan kısımlar. MATTHEW DANİELS/HOŞ GELDİNİZ KOLEKSİYONU – Artık İnsan Genomunun %100’üne Sahibiz!

Araştırmacılar ayrıca artık daha eksiksiz bir epigenetik işaret haritasına sahipler DNA üzerindeki kimyasal etiketler veya genlerin düzenlenme şeklini değiştirebilecek ilişkili proteinler. DNA metilasyonu olarak bilinen bir tür epigenetik işaret, Johns Hopkins Üniversitesi’nde biyomedikal mühendisi Winston Timp ve meslektaşlarının Science’da bildirdiği gibi, her kromozomda sentromerik daldırma bölgesi olarak adlandırılan bir nokta dışında, sentromerlerde oldukça bol miktarda bulunur.

Araştırmacılar, kinetokorların DNA’yı kaptığı bu düşüşler olduğunu keşfetti. Ancak, metilasyondaki düşüşün hücresel makinelerin o noktada toplanmasına neden olup olmadığı veya makinelerin montajının daha düşük metilasyon seviyelerine yol açıp açmadığı henüz net değil.

Birden fazla kişinin DNA’sındaki DNA metilasyon kalıplarını incelemek ve bunları yeni referansla karşılaştırmak, düşüşlerin her kişinin sentromerlerinde farklı noktalarda meydana geldiğini ortaya çıkardı, ancak bunun sonuçları bilinmiyor.

İnsanların büyük, buruşuk beyinlerinin evriminde rol oynayan genlerin yaklaşık yarısı, genomun yeni ortaya çıkarılan tekrarlayan bölümlerinde çoklu kopyalarda bulunur. Johns Hopkins Üniversitesi Tıp Fakültesi’nden bir genetikçi olan Ariel Gershman, epigenetik haritaları referans üzerine yerleştirmek, araştırmacıların bu genlerin birçok kopyasından hangilerinin açılıp kapatıldığını bulmalarına izin verdiğini söylüyor.

Gershman, “Bu bize, hangilerinin gerçekten önemli olduğu ve insan beyninin gelişiminde işlevsel bir rol oynadığı konusunda biraz daha fikir veriyor” diyor. “Bu bizim için heyecan vericiydi, çünkü bu [tekrarlayan] bölgelerde hangi genin hangisi olduğunu ve hangilerinin açık veya kapalı olduğunu söyleyecek kadar doğru olan bir referans hiç olmadı.”

Sırada ne var?

Genetik araştırmalarına yönelik bir eleştiri, Avrupa kökenli insanlardan alınan DNA’ya çok fazla güvenmesidir. CHM13 ayrıca Avrupa mirasına sahiptir. Ancak araştırmacılar, yeni genetik çeşitlilik modellerini keşfetmek için yeni referansı kullandılar. McCoy ve meslektaşları Science’da raporda, T2T referansıyla karşılaştırıldığında daha önceki araştırma projelerine katılan farklı geçmişlere sahip binlerce insandan toplanan DNA verilerini kullanarak, araştırmacılar insanların farklı olduğu yerleri daha kolay ve doğru bir şekilde buldular.

Telomere-to-Telomere Konsorsiyumu, şimdi farklı geçmişlerden 350 kişinin eksiksiz genomlarını oluşturmak için Wang ve meslektaşları ile bir araya geldi. Wang, pangenom projesi olarak bilinen bu çabanın, ilk bulgularını bu yıl içinde ortaya çıkarmaya hazır olduğunu söylüyor.

McCoy ve Timp bunun biraz zaman alabileceğini, ancak sonunda araştırmacıların eski referans genomunu kullanmaktan daha eksiksiz ve doğru T2T referansına geçebileceğini söylüyor. Timp, “Yazılımın yeni bir sürümüne yükseltme yapmak gibi” diyor. “Herkes hemen yapmak istemeyecek.”

Projede yer almayan New York’taki Rochester Üniversitesi’nden evrimsel bir genetikçi olan Amanda Larracuente, tamamlanmış insan genomunun diğer organizmaları inceleyen araştırmacılar için de faydalı olacağını söylüyor. “Beni heyecanlandıran şey, bu ekibin geliştirdiği teknikler ve araçlar ve bunları diğer türleri incelemek için uygulayabilmek.”

Eichler ve diğerleri, insanların maymunlardan nasıl farklı evrimleştiği hakkında daha fazla bilgi edinmek için şempanzelerin, bonoboların ve diğer büyük maymunların tam genomlarını oluşturma planlarına zaten sahipler. Eichler, “Hiç kimse bunu bir son olarak görmemeli, ancak sadece genomik araştırmalar için değil, klinik tıp için de bir dönüşüm, ancak bunun başarılması yıllar alacak” diyor.

Yazan: İlknur YEŞİLYURT

Referanslar

e-posta

YouTube Kanalımız

İlknur Yeşilyurt hakkında 152 makale
Biyoteknolog ve Moleküler biyolog. Astronomi, yeşil enerji, genetik, nanoteknoloji, biyosensörler ve biyoçözünürlük/biyouyumluluk konularına meraklı. Bilim ve kitap tutkunu.

İlk yorum yapan olun

Bir yanıt bırakın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak.


*