Tiskane izdaje
Ljudje oziroma naši geni smo si v 99,9 odstotka enaki, preostanek, 0,1 odstotka genoma, po katerem smo si različni, pa je ključen za razumevanje, zakaj je nekdo dovzeten za določeno bolezen, drugi pa ni. Bolj kot podobnosti so torej za znanstvenike zanimive razlike. Kakšne so v človeškem genomu in kako so razporejene po rasah in geografskih lokacijah, prikazuje najnovejši in do zdaj najobsežnejši katalog variacij človeškega genoma.
Sestavila ga je mednarodna skupina znanstvenikov iz ZDA, Velike Britanije, Kitajske, Nemčije in Kanade, ki sicer sodelujejo v konzorciju projekta 1000 genomov. Pred dnevi so rezultate dveh študij, ki sta vodili do tega kataloga, objavili ter pojasnili v dveh člankih v najnovejši spletni izdaji znanstvene revije Nature.
Medtem ko je večina razlik v genomu ljudi oziroma variant, kot jih označujejo raziskovalci, neškodljivih, so nekatere celo koristne, marsikatere – in te znanstvenike najbolj zanimajo – pa povzročajo nastanek bolezni in različnih neželenih stanj, od kognitivnih motenj, dovzetnosti za raka, čezmerne debelosti, diabetesa do bolezni srca in drugih zdravstvenih težav. Razumevanje, kako te genomske variante pripomorejo k pojavu bolezni, utegne raziskovalcem pokazati, kako izboljšati diagnostiko in zdravljenje številnih bolezni, ter tudi, kako se teh bolezni vnaprej obvarovati.
Razlike v 88 milijonih točk
V dveh raziskavah, ki jih je financiral ameriški Nacionalni inštitut za raziskavo človeškega genoma (NHGRI), to je eden od 27 inštitutov, ki sestavljajo znameniti Nacionalni inštitut za zdravje (NIH), so raziskovalci pregledali genome 2504 ljudi iz 26 skupin prebivalstva z različnih območij sveta, od Afrike, Vzhodne in Južne Azije, Evrope do obeh Amerik.
V glavnem članku v reviji Nature avtorji analizirajo 88 milijonov lokacij v človeškem genomu, na katerih so odkrili variacije pri različnih ljudeh. Na podlagi tega so naredili podatkovno bazo, ki raziskovalcem lahko služi kot standardna referenca za sliko, kako se genomska podoba razlikuje v populacijah na različnih lokacijah. Ta katalog zdaj obsega dvakrat več lokacij variant v človeškem genomu, kot jih je bilo znanih do zdaj. Po mnenju genetikov je zato lahko koristno izhodišče za številne raziskave v biologiji človeka in medicini. Omogoča namreč novo razumevanje, kako podedovane razlike v DNK utegnejo prispevati k nastanku bolezni in kako vplivajo na odziv na zdravila.
Ducat milijonov razlik je skupnih številnim ljudem
Med temi več kot 88 milijoni lokacij razlik v človeškem genomu, jih je več kot 12 milijonov takih, ki so skupne številnim prebivalcem v različnih populacijah. Raziskovalci so odkrili, da največja genomska pestrost obstaja pri prebivalstvu v Afriki. To spoznanje ne preseneča, saj je skladno z dokazi, da se je človek razvil v Afriki in da so se v selitvah s črne celine populacije razvile tudi na drugih območjih sveta. Med 26 populacijami, ki so jih vključili v raziskavo, so Esani v Nigeriji, Kolumbijci v Medellinu v Kolumbiji, iberijske populacije v Španiji, kitajski Hani v Pekingu in šrilanški Tamili v Veliki Britaniji. Vsi posamezniki, katerih genom so analizirali, se strinjajo z objavo podatkov in z njihovo uporabo v nadaljnjih raziskavah kjerkoli na svetu.
»Projekt 1000 genomov je bil ambiciozen in zgodovinsko pomemben raziskovalni podvig, v katerem smo dobili pomemben vir podatkov o variacijah v človeškem genomu,« je osnovni projekt, iz katerega izhajata tudi najnovejši študiji, komentiral dr. Eric Green, direktor Nacionalnega inštituta za raziskavo človeškega genoma. »Najnovejši podatki in nova spoznanja pripomorejo k vse boljšemu razumevanju vzorcev v variacijah posameznikovega genoma in so trden temelj za še boljši vpogled v genomiko človeških bolezni.«
Omenjeni študiji s svojimi rezultati pomenita vrh projekta 1000 genomov, v katerem so raziskovalci odkrili več kot 99 odstotkov variant v človeškem genomu. Te se v raziskovanih populacijah pojavljajo vsaj v enem odstotku prebivalcev.
»Genom pri ljudeh se razlikuje v približno 88 milijonih točk. Četrtino teh razlik si deli kar veliko ljudi, saj so jih raziskovalci odkrili pri številnih posameznikih v vseh v raziskavo vključenih populacijah. Kar tri četrtine razlik pa se pojavlja samo pri enem odstotku prebivalcev ali celo redkeje,« pojasnjuje Lisa Brooks, direktorica programa variacij v človeškem genomu v okviru NHGRI. »Podatki iz projekta 1000 genomov, ki je odprt, torej dosegljiv znanstvenikom kjerkoli po svetu, so zato dober vir za raziskave, koliko genom pripomore k pojavu bolezni tako v primeru pogostih kot tudi redkih variacij,« pravi Brooksova.
Ena od takojšnjih oblik uporabe podatkov iz projekta 1000 genomov so raziskave tako imenovanih asociacij genoma (GWAS), ki primerjajo genome ljudi z določeno boleznijo in genome ljudi brez te bolezni, da bi odkrili območje v genomu, ki utegne vsebovati variacije, povezane s to boleznijo. Take raziskave ponavadi odkrijejo nekaj genomskih območij, ki so povezana z boleznijo in veliko variant v vsakem od teh območij.
»Stikalo« za bolezen
»Ko smo leta 2008 začeli projekt 1000 genomov, nismo kaj prida razumeli, kako so redke genomske variacije razporejene med prebivalstvom po svetu in v kakšnem odnosu so do drugih variacij,« priznava Adam Auton, glavni raziskovalec in avtor članka v reviji Nature, ki je bil sicer do pred kratkim profesor genetike na medicinskem kolidžu Alberta Einsteina v New Yorku. »Prizadevali smo si vzpostaviti referenčno banko podatkov o genomskih variacijah, kar nam je zdaj uspelo. Ta odseva strukturo variacij človeškega genoma in njegovo pestrost,« je prepričan Auton.
Še posebno je to razvidno iz spremljajočega članka v Nature. V njem so raziskovalci obravnavali razlike v strukturi genoma v 2504 primerih. V raziskavi teh primerov so odkrili 69.000 razlik, ki veljajo za tako imenovane strukturne variante. Te razlike v genomu, ki večinoma učinkujejo na gene, brišejo del DNK ali pa vstavljajo njene dele ali jo podvajajo (ustvarjajo ekstra kopije DNK). Raziskovalci so odkritja razlik razvrstili v osem skupin tako imenovanih strukturnih različic, ki v posamezniku potencialno spodbujajo razvoj bolezni.
»Naučili smo se raziskovati«
»Strukturne variacije so vzrok za velik odstotek razlik v DNK v genomu ljudi,« pojasnjuje dr. Jan Korbel, eden vodilnih raziskovalcev genoma v Evropi in glavnih raziskovalcev v enoti za biologijo genoma v Evropskem laboratoriju za molekularno biologijo (EMBL) v Heidelbergu v Nemčiji. V raziskavi strukturnih variacij genoma je bil eden od dveh glavnih raziskovalcev. »Nobena druga raziskava do zdaj ni obravnavala genomskih strukturnih variacij na tako širokem in pestrem vzorcu prebivalstva z vseh delov sveta,« pravi Korbel.
Skupaj z drugim vodilnim raziskovalcem, dr. Evanom Eichlerjem, profesorjem genomike na Medicinskem inštitutu Howarda Hughesa v ZDA, sta s sodelavci odkrila, da so strukturne variante v večini primerov veliko bolj zapletene, kot so menili do takrat. Tako se, na primer, večina inverzij, ko zaporedja DNK spremenijo orientacijo v genomu, pojavi hkrati z drugimi strukturnimi spremembami.
Dr. Gonçalo Abecasis, eden glavnih raziskovalcev v prvi omenjeni raziskavi in vodja katedre za biostatistiko na Univerzi Michigan v Ann Arbor, pa vidi glavno vrednost projekta 1000 genomov ne le v podatkih, ki so zdaj na razpolago, ampak tudi v napredku pri določanju zaporedij DNK in v bioinformatiki, brez katerih projekta ne bi mogli dokončati.
»Naučili smo se, kako raziskovati genomiko v velikem obsegu,« pravi dr. Abecasis. »Pri izvajanju projekta 1000 genomov smo razvili nove, boljše metode določanja zaporedij DNK v velikem obsegu, metode analize in interpretacije informacij o genomu pa tudi, kako shraniti toliko podatkov. Naučili smo se, opraviti kakovostne genomske raziskave v različnih kontekstih in različnih delih sveta.«
Na prelomu tisočletja, ko so znanstveniki šele začeli raziskovati človeški genom, so bila pričakovanja zelo velika. Skoraj smo verjeli, da bomo s pomočjo razkrivanja delovanja genov našli odgovor in sredstva za zdravljenje številnih bolezni. Nekaj od teh pričakovanj se je uresničilo, še več pa je nastalo neznank. Tako danes še vedno čakamo na obetano revolucijo pri zdravljenju sladkorne bolezni, srčnih obolenj in duševnih motenj, ki so jo napovedali ob razkritju človeškega genoma. Morda bodo zdaj prav razkrite variacije v genomu odprle pot do boljšega razumevanja – in zdravljenja – teh bolezni.
