биомолекула.ру. Взгляд изнутри.
 

Логин:
Пароль:


Скверный анекдот: негр, китаец и Крейг Вентер...

[14 ноября, 2008 г.]

Расшифрованным геномом сегодня никого не удивишь. Даже если это геном человека. В журнале Nature от 6 ноября вышли сразу три статьи, каждая из которых сообщает об очередном прочитанном геноме человека. Однако и на этот раз учёным всё-таки есть чем поразить публику — благодаря применению технологии секвенирования нового поколения, работа была проведена в рекордно сжатые сроки и с минимальными затратами средств. Более того, на этот раз учёные впервые подвергли анализу ДНК представителей различных расовых групп (африканца и азиата), а также одного ракового больного.

Ещё менее десяти лет назад для расшифровки одного человеческого генома требовались сотни миллионов долларов и усилия многолюдного международного научного сообщества. Опубликованные в Nature статьи описывают три новых человеческих генома, что позволяет оценить не только индивидуальные различия ДНК на уровне целого генома, но и изменения, вызванные злокачественным перерождением клеток (раком). Эти работы также демонстрируют огромный потенциал новой технологии секвенирования ДНК как метода для массового прочтения больших человеческих геномов и прокладывают путь к ожидаемой с большим нетерпением персональной геномике и медицине.

До недавнего времени в распоряжении учёных находились четыре опубликованных человеческих генома: «справочная» последовательность, полученная после прочтения ДНК различных анонимных доноров в рамках проекта «Геном человека»; последовательность, параллельно полученная частной компанией Celera Genomics [1]; а также геномы двух суперзвёзд молекулярной биологии — Крейга Вентера [2] и Джеймса Уотсона [3]. Изучение индивидуальных различий ДНК и по сей день опирается не на последовательности геномов, а на исследование одиночных нуклеотидных замен (single nucleotide polymorphisms, SNPs) и структурных вариаций в областях геномных повторов. Однако даже самое всеохватывающее SNP-исследование позволяет «рассмотреть» лишь несколько миллионов однонуклеотидных замен (тогда как общее число оснований в геноме равняется приблизительно трём миллиардам), оставляя исследователей в полной неизвестности относительно масштабов индивидуальных различий и их связи с риском различных наследственных заболеваний.

Отсюда становится понятным стремление снизить стоимость расшифровки индивидуальных геномов до 1000 $ за штуку, о чём на «Биомолекуле» уже шла речь [1]. Свежедешифрованные геномы идут по цене от 250 000 $ до 500 000 $ каждый, однако если работа по прочтению была бы выполнена сегодня, затраты были бы уже в два раза меньше.

Прогрессивные технологии секвенирования


А. ДНК фрагментируется путем «случайного» нарезания, и к образовавшимся фрагментам с двух концов пришиваются разветвленные олигонуклеотидные адапторы. Затем фрагменты с этими адапторами амплифицируются посредством ПЦР с использованием двух олигонуклеотидных затравок, что приводит к образованию двуцепочечных предшественников со спаренными тупыми концами, несущих на двух концах различные адапторные последовательности. Б. Образование «клональных массивов». Фрагменты ДНК, приготовленные, как показано в А, подвергаются денатурации, затем разделённые цепочки спариваются с комплементарными олигонуклеотидами, иммобилизованными на поверхности проточной камеры (заштрихована). Новая цепочка (показанная пунктиром), комплементарная иммобилизованной, синтезируется в результате «достройки», осуществляемой с 3’ конца иммобилизированной затравки; родительская же цепочка удаляется после денатурации новообразованного дуплекса. Адапторная последовательность на 3′ конце скопированной цепочки отжигается на новом иммобилизованном олигонуклеотиде, расположенном в непосредственной близости, формируя «мост» и образуя новый сайт для синтеза комплементарной цепи в результате «достройки». Множественные циклы отжига, достройки и денатурации приводят к образованию и росту кластеров, каждый около 1 микрометра в диаметре. В. ДНК кластера линеаризуется путем расщепления особой «надрезающей» эндонуклеазой (расщепляющей только одну цепь двуцепочечной молекулы ДНК), узнающей последовательность одного из адапторов (помечено звёздочкой). Затем ДНК денатурируют, что приводит к образованию одноцепочечной матрицы для секвенирования синтезом (продукт первого «прочтения» показан пунктиром). Для прочтения комплементарной последовательности продукт первого прочтения — новосинтезированную цепочку — отделяют денатурацией, а матрица образует мост; комплементарная цепь достраивается (показано пунктиром), и тогда противоположная цепь расщепляется ещё одной «надрезающей» эндонуклеазой, узнающей последовательность другого адаптора (помечено звёздочкой). Так образуется матрица для прочтения комплементарной цепи.

Все три группы исследователей использовали технологию, разработанную компанией Solexa, что сейчас является частью корпорации Illumina из калифорнийского города Сан-Диего, позволяющую значительно увеличить скорость и снизить стоимость секвенирования. Особенностью данной технологии является скоростное прочтение коротких фрагментов последовательности задёшево, и по этим параметрам она значительно превосходит предшествующие технологии секвенирования (см. врезку). Недостаток данной технологии заключается в том, что такие короткие фрагменты трудно составить в правильную геномную последовательность. Однако в случае с геномом человека этот недостаток компенсируется наличием «справочной» последовательности, да и компьютерные алгоритмы, выполняющие сборку, постоянно совершенствуются совместными усилиями многих программистов.

Для понимания генетических механизмов возникновения рака, группа исследователей под руководством Ричарда Вилсона (Richard Wilson) с медицинского факультета Университета Вашингтона в Сент-Луисе, штат Миссури, расшифровала геном клеток здоровой кожной ткани и ткани опухоли, взятых у женщины, умершей от острой миелогенной лейкемии [4]. Сравнение ДНК из этих двух источников показало, чем нормальная клетка отличается на геномном уровне от раковой. Около 97% из 2,65 миллиона однонуклеотидных замен, обнаруженных в опухолевой клетке, присутствуют в здоровой клетке кожи, что свидетельствует об их непричастности к процессу злокачественного перерождения. Учёные также исключили замены, обнаруженные в других исследованиях, а также замены, не меняющие кодирующие последовательности генов. Это привело к идентификации 10 уникальных однонуклеотидных замен, специфичных для раковых клеток. Только две из десяти замен пришлись на гены, связываемые с данным типом лейкемии предыдущими исследованиями. Восемь оставшихся замен привели к открытию новых генов-кандидатов, среди которых несколько онкосупрессоров и генов, связанных с клеточным бессмертием.

Вторая статья сообщает достижения группы ученых из Solexa, ведомой Дэвидом Бентли (David Bentley), которая расшифровала геном негроидного представителя народа Йоруба, населяющего главным образом юго-запад Нигерии [5]. Третья же работа, выполненная под руководством Йанга Вонга (Jiang Wang) из Пекинского института геномных исследований, рассказывает о расшифровке генома китайца, принадлежащего к этнической группе Хан, самой многочисленной этнической группе в мире [6].

Анализ генома Йорубы выявил наличие около четырёх миллионов однонуклеотидных замен, из которых миллион замен не был идентифицирован ранее. Геном китайца содержит около трёх миллионов замен, включая 417 тысяч не идентифицированных ранее. Как и ожидалось, африканский геном обнаружил более высокое число вариаций (замен) на единицу длины (тысячу оснований), чем геном китайца или ранее расшифрованные геномы европеоидов, что свидетельствует о том, что именно этот геном является «геномом наших предков».

Новые геномы обошлись человечеству значительно дешевле, чем предыдущие. В следующем году Illumina планирует снизить цену до 10 000 $. Другие компании обещают ещё более низкие цены. Однако, что касается клинических приложений технологий секвенирования ДНК нового поколения, то тут прогнозы учёных достаточно сдержанные. По мнению исследователей, огромное количество полученной информации всё ещё нуждается в грамотной и вдумчивой интерпретации. Более того, этические аспекты применения новой технологии могут воздвигнуть непредвиденные барьеры.

Литература

  1. биомолекула: «Геном человека: как это было и как это будет»;
  2. Levy S., Sutton G., Ng P.C., Feuk L., Halpern A.L., Walenz B.P., Axelrod N., Huang J., Kirkness E.F., Denisov G., Lin Y., MacDonald J.R., Pang A.W., Shago M., Stockwell T.B., Tsiamouri A., Bafna V., Bansal V., Kravitz S.A., Busam D.A., Beeson K.Y., McIntosh T.C., Remington K.A., Abril J.F., Gill J., Borman J., Rogers Y.H., Frazier M.E., Scherer S.W., Strausberg R.L., Venter J.C. (2007). The diploid genome sequence of an individual human. PLoS Biol. 10, e254 (в интернете);
  3. биомолекула: «Геном Нобелевского лауреата Джеймса Уотсона скоро будет расшифрован»;
  4. Ley T.J., Mardis E.R., Ding L., Fulton B., McLellan M.D., Chen K., Dooling D., Dunford-Shore B.H., McGrath S., Hickenbotham M., Cook L., Abbott R., Larson D.E., Koboldt D.C., Pohl C., Smith S., Hawkins A., Abbott S., Locke D., Hillier L.W., Miner T., Fulton L., Magrini V., Wylie T., Glasscock J., Conyers J., Sander N., Shi X., Osborne J.R., Minx P., Gordon D., Chinwalla A., Zhao Y., Ries R.E., Payton J.E., Westervelt P., Tomasson M.H., Watson M., Baty J., Ivanovich J., Heath S., Shannon W.D., Nagarajan R., Walter M.J., Link D.C., Graubert T.A., DiPersio J.F., Wilson R.K. (2008). DNA sequencing of a cytogenetically normal acute myeloid leukaemia genome. Nature 456, 66–72 (в интернете);
  5. Bentley D.R., Balasubramanian S., Swerdlow H.P., Smith G.P., Milton J., Brown C.G., Hall K.P., Evers D.J., Barnes C.L., Bignell H.R., Boutell J.M., Bryant J., Carter R.J., Keira Cheetham R., Cox A.J., Ellis D.J., Flatbush M.R., Gormley N.A., Humphray S.J., Irving L.J., Karbelashvili M.S., Kirk S.M., Li H., Liu X., Maisinger K.S., Murray L.J., Obradovic B., Ost T., Parkinson M.L., Pratt M.R., Rasolonjatovo I.M., Reed M.T., Rigatti R., Rodighiero C., Ross M.T., Sabot A., Sankar S.V., Scally A., Schroth G.P., Smith M.E., Smith V.P., Spiridou A., Torrance P.E., Tzonev S.S., Vermaas E.H., Walter K., Wu X., Zhang L., Alam M.D., Anastasi C., Aniebo I.C., Bailey D.M., Bancarz I.R., Banerjee S., Barbour S.G., Baybayan P.A., Benoit V.A., Benson K.F., Bevis C., Black P.J., Boodhun A., Brennan J.S., Bridgham J.A., Brown R.C., Brown A.A., Buermann D.H., Bundu A.A., Burrows J.C., Carter N.P., Castillo N., Chiara E Catenazzi M., Chang S., Neil Cooley R., Crake N.R., Dada O.O., Diakoumakos K.D., Dominguez-Fernandez B., Earnshaw D.J., Egbujor U.C., Elmore D.W., Etchin S.S., Ewan M.R., Fedurco M., Fraser L.J., Fuentes Fajardo K.V., Scott Furey W., George D., Gietzen K.J., Goddard C.P., Golda G.S., Granieri P.A., Green D.E., Gustafson D.L., Hansen N.F., Harnish K., Haudenschild C.D., Heyer N.I., Hims M.M., Ho J.T., Horgan A.M., Hoschler K., Hurwitz S., Ivanov D.V., Johnson M.Q., James T., Huw Jones T.A., Kang G.D., Kerelska T.H., Kersey A.D., Khrebtukova I., Kindwall A.P., Kingsbury Z., Kokko-Gonzales P.I., Kumar A., Laurent M.A., Lawley C.T., Lee S.E., Lee X., Liao A.K., Loch J.A., Lok M., Luo S., Mammen R.M., Martin J.W., McCauley P.G., McNitt P., Mehta P., Moon K.W., Mullens J.W., Newington T., Ning Z., Ling Ng B., Novo S.M., O’Neill M.J., Osborne M.A., Osnowski A., Ostadan O., Paraschos L.L., Pickering L., Pike A.C., Pike A.C., Chris Pinkard D., Pliskin D.P., Podhasky J., Quijano V.J., Raczy C., Rae V.H., Rawlings S.R., Chiva Rodriguez A., Roe P.M., Rogers J., Rogert Bacigalupo M.C., Romanov N., Romieu A., Roth R.K., Rourke N.J., Ruediger S.T., Rusman E., Sanches-Kuiper R.M., Schenker M.R., Seoane J.M., Shaw R.J., Shiver M.K., Short S.W., Sizto N.L., Sluis J.P., Smith M.A., Ernest Sohna Sohna J., Spence E.J., Stevens K., Sutton N., Szajkowski L., Tregidgo C.L., Turcatti G., Vandevondele S., Verhovsky Y., Virk S.M., Wakelin S., Walcott G.C., Wang J., Worsley G.J., Yan J., Yau L., Zuerlein M., Rogers J., Mullikin J.C., Hurles M.E., McCooke N.J., West J.S., Oaks F.L., Lundberg P.L., Klenerman D., Durbin R., Smith A.J. (2008). Accurate whole human genome sequencing using reversible terminator chemistry. Nature 456, 53–59 (в интернете);
  6. Wang J., Wang W., Li R., Li Y., Tian G., Goodman L., Fan W., Zhang J., Li J., Zhang J., Guo Y., Feng B., Li H., Lu Y., Fang X., Liang H., Du Z., Li D., Zhao Y., Hu Y., Yang Z., Zheng H., Hellmann I., Inouye M., Pool J., Yi X., Zhao J., Duan J., Zhou Y., Qin J., Ma L., Li G., Yang Z., Zhang G., Yang B., Yu C., Liang F., Li W., Li S., Li D., Ni P., Ruan J., Li Q., Zhu H., Liu D., Lu Z., Li N., Guo G., Zhang J., Ye J., Fang L., Hao Q., Chen Q., Liang Y., Su Y., San A., Ping C., Yang S., Chen F., Li L., Zhou K., Zheng H., Ren Y., Yang L., Gao Y., Yang G., Li Z., Feng X., Kristiansen K., Wong GK., Nielsen R., Durbin R., Bolund L., Zhang X., Li S., Yang H., Wang J. (2008). The diploid genome sequence of an Asian individual. Nature 456, 60–65 (в интернете).

Автор: Натальин Павел.

Число просмотров: 3398.

Вернуться в раздел «Новости»

Комментарии

(Оставить комментарий) (показывать сначала старые комментарии)

Re: в Курчатовском институте отсеквенировали геном россиянина на двух различных платформах

Владимир Звягинцев — 20 апреля, 2010 г. 14:43. (ссылка) (свернуть ветвь)

Уж месяц май близится, так где же сообщения о расшифровке генома в России ?

(ответить)

Re: Re: в Курчатовском институте отсеквенировали геном россиянина на двух различных платформах

Чугунов Антон — 20 апреля, 2010 г. 15:55. (ссылка)

Так давно расшифровали уже :-) Два гениальных учёных -- академики Скрябин и Ковальчук -- числятся первым и последним авторами статьи, по своему уровню едва ли дотягивающей до Supplementary Material любой другой из вышедших к настоящему моменту статей на тему полногеномного секвенирования.
http://actanaturae.ru/article.aspx?id=173

(ответить)

Re: Скверный анекдот: негр, китаец и Крейг Вентер...

Владимир Звягинцев — 1 декабря, 2009 г. 15:04. (ссылка) (свернуть ветвь)

Прошло смутное сообщение, вернее, премия за .... расшифровку первого генома в России, прокомментируйте:
"Среди награждённых были и сотрудники РНЦ "Курчатовский институт". Младший научный сотрудник лаборатории геномного анализа НБИК Центра Артём Недолужко занял первое место в секции "Нанобиология" с работой "Первое полное геномное секвенирование человека в России" (научный руководитель - ведущий научный сотрудник лаборатории геномного анализа НБИК Центра Е.Б. Прохорчук)"

(ответить)

Русский геном

Натальин Павел — 1 декабря, 2009 г. 19:00. (ссылка) (свернуть ветвь)

Да, действительно, в Курчатовском институте отсеквенировали геном россиянина на двух различных платформах - SOLiD V2 (Applied Biosystems) и GA II (Illumina). Россияне же и отсеквенировали. Я принимал даже некоторое скромное участие в этом. Скоро (до конца года) должна выйти статья в одном из отечественных журналов.

(ответить)

Re: Русский геном

Владимир Звягинцев — 14 декабря, 2009 г. 08:19. (ссылка)

И кто этот герой, "пожертвовавший" своим геномом ?

(ответить)

Re: Скверный анекдот: негр, китаец и Крейг Вентер...

user — 14 ноября, 2008 г. 14:52. (ссылка) (свернуть ветвь)

Было бы странно видеть отсутствие изменений в геноме в расах или при раке (или СПИДе). Надо полагать, что при лечении болезней, связанных с изменением нормального генома (например, при раке), нужно добиться нормализации (ревертирования генома к норме) генома. Макромолекулярными препаратами (включая препарараты летального синтеза) этого сделать нельзя: как ими нормализовать геном сразу во всех изменённых клетках? Однако выход всё-же есть.

(ответить)

Re: Скверный анекдот: негр, китаец и Крейг Вентер...

Andrew — 17 ноября, 2008 г. 19:44. (ссылка) (свернуть ветвь)

Не могли бы вы указать нам выход?

(ответить)

Re: Re: Скверный анекдот: негр, китаец и Крейг Вентер...

user — 18 ноября, 2008 г. 01:24. (ссылка)

Ну как же. Вот первая сегодняшняя (ноябрьская) подсказка: Эффект Хьюттера, смотри http://www.infox.ru/science/human/2008/11/13/noaids.phtml
Если не догадаетесь, потом подскажу дальше...

(ответить)

Яндекс.Метрика

© 2007–2015 «биомолекула.ру»
Электропочта: info@biomolecula.ru
О проекте · RSS · Сослаться на нас

Дизайн и программирование —
Batch2k15.

Сопровождение сайта — НТК «Биотекст».

Условия использования сайта
Об ошибках сообщайте вебмастеру.