http://infox.ru/science/human/2011/02/01/genome_perestroika.phtml
Генетики составили карту человеческих различий
Надежда Маркина

От малых различий в геномах разных людей исследователи перешли к большим. Они проанализировали более 28 тысяч хромосомных перестроек, нашли слабые места в геноме и связали некоторые перестройки с наследственными болезнями.

Генетики сделали еще один шаг к пониманию того, чем одни люди отличаются от других. До сих пор исследования индивидуальных и популяционных различий в геноме человека были направлены на однонуклеотидный полиморфизм (SNP) – точечные мутации, выражающиеся в замене одного нуклеотида другим. Международная команда ученых из Европейской молекулярно-биологической лаборатории (European Molecular Biology Laboratory (EMBL) в Гейдельберге, Германия, Института Сенгера (Wellcome Trust Sanger Institute) в Кембридже, Великобритания, и других научных организаций впервые составила карту крупных вариаций в человеческой ДНК.

Работа проведена в рамках проекта «1000 геномов». Ее результаты опубликованы в последнем выпуске Nature.

Кройка и шитье ДНК

Структурные вариации (SV) в геноме (они же называются хромосомными перестройками) – это фрагменты ДНК, которые могут быть вырезаны (делеции), добавлены (инсерции), повернуты наоборот (инверсии) или многократно повторены (дупликации). До сих пор ученые не владели адекватными методами для их анализа и сравнения на уровне последовательности нуклеотидов. Для этой цели генетики в сотрудничестве с биоинформатиками, математиками и программистами разработали новый метод (state-of-the-art DNA sequencing technologies), основанный на 19 новых программах, каждая из которых в отдельности имеет как преимущества, так и недостатки. Этим методом ученые проанализировали данные по геномам 185 человек и описали 22025 выпадений фрагментов ДНК, 6000 вставок, а также несколько тысяч повторов. Все вариации они нанесли на карту человеческих хромосом.

В «горячих точках» зарождаются болезни

Сопоставление структурных вариаций генома с индивидуальными чертами человека раскрывает значение этих перестроек. Так ученые приближаются к тому, чтобы найти вариации, отвечающие за рост, вес, черты внешности или предрасположенность к болезням. Исследователи обнаружили, что одни участки генома больше подвержены изменениям, чем другие: «Мы нашли 51 «горячую точку», где определенные структурные вариации, такие как делеции, возникают особенно часто, — говорит Жан Корбель (Jan Korbel), исследователь из EMBL. – Например, шесть находятся в участке, который связывают с наследственным заболеванием мозга – синдромом Миллера-Дикера. Знание точной нуклеотидной последовательности структурных вариаций и их окружения поможет нам найти генетическую причину многих необъясненных патологий. А также понять, почему одни люди доживают до старости здоровыми, а другие страдают от болезней». Так, вариации в числе повторов некоторых фрагментов ДНК ученые связывают с дальтонизмом, с шизофренией, а также с несколькими формами рака.

Цель проекта «1000 геномов» состоит в том, чтобы нарисовать примерную генетическую картину человечества, проанализировав геномы по крайней мере 2500 человек из разных популяций. Задача должна быть решена к 2012 году.


http://www.infox.ru/science/lab/2010/10/27/1000_genomov.phtml
Проект «1000 геномов»: в каждом есть болезнетворные мутации
Надежда Маркина

Каждый человек в среднем имеет 50−100 мутаций, связанных с наследственными заболеваниями. Это один из выводов, сделанных после первого этапа участниками проекта «1000 геномов».

Ученые объявили о завершении пилотного этапа проекта «1000 геномов». Цель проекта, начатого в 2008 году — описать изменчивость человеческой ДНК в разных популяциях. За пилотный этап ученые провели полное или частичное секвенирование геномов около 800 человек и описали множество новых генетических вариаций, а также количественно оценили, в какой степени мы генетически отличаемся друг от друга.

Над проектом работал огромный международный консорциум, секвенирование проводилось на базе девяти научных центров. Данные представлены Европейской молекулярно-биологической лабораторией Европейского института биоинформатики (European Molecular Biology Laboratory's European Bioinformatics Institute (EMBL-EBI) и Национальным центром биотехнологической информатики США (US National Center for Biotechnology Information (NCBI) в открытом доступе на сайте.

Больше геномов – меньше точность

Цель пилотного этапа состояла в разработке и сравнении нескольких стратегий секвенирования множества геномов.

Пилотный этап включает три отдельных проекта. Первый: полностью секвенировали с малым (х2−х6) перекрытием (это означает меньшую точность данных) геном 179 человек. Из них 59 относятся к популяции йоруба в Нигерии, 60 жителей штата Юта европейского происхождения и 30 японцев. Второй: полностью секвенировали с высоким (х42) перекрытием (с высокой точностью) геном шести человек из двух семей (йоруба и потомков европейцев из Юты), каждая состоит из родителей и дочери. И третье: частично секвенировали геном 679 человек из семи популяций Африки, Европы и Азии. Для этого выбрали 8140 экзонов (кодирующих участка) из 906 генов.

Одна из главных целей биологии и медицины – понимание связи между генотипом и фенотипом: признаками организма, которые закодированы в ДНК. За годы, прошедшие после расшифровки нуклеотидной последовательности первого человеческого генома, появилось много данных о генетической изменчивости разных людей. Создана база данных по однонуклеотидному полиморфизму (SNP, точечные мутации – замены одного нуклеотида другим в данном месте), по вставкам и делециям (вырезаниям) в последовательности ДНК, по частотам различных генетических вариаций в разных популяциях (HapMap Project). Эти данные стимулировали открытие множества генов, связанных с различными заболеваниями – за пять лет нашли более тысячи таких участков. Несмотря на это, говорят ученые, до сих пор отсутствует глубокое понимание вклада генетики в фенотип человека.

Что нового узнали генетики

В ходе пилотного проекта ученые расшифровали 4,9 терабайт информации, закодированной в ДНК. Они описали 15 млн SNP, 1 млн нуклеотидных вставок и делеций, 20 тысяч бóльших вариаций строения ДНК. Их них множество ранее не описанных. Например, 8 млн новых SNP.

Полное секвенирование геномов двух семей позволило не только выявить у их членов все генетические вариации, но и проследить, как эти вариации передаются следующему поколению. Только в этой части проекта ученые нашли 5,9 млн SNP, 605 тысяч вставок и делеций и свыше 14 тысяч больших структурных вариаций. Семейный проект позволил оценить скорость возникновения новых мутаций в половых клетках – она равна примерно 10−8 на пару оснований на поколение.

Популяция африканев продемонстрировала наибольшее число вариаций (в том числе новых). У африканцев ученые нашли 63% и 44% новых SNP (в первом и третьем проектах), а среди европейцев – 33% и 22%. Это свидетельствует о большем генетическом разнообразии африканского населения.

Как сильно мы различаемся

Исследователи подсчитали, что среди индивидуальных различий генома в среднем 10−12 тысяч SNP ведут к различиям в белках, кодируемых генами. Индивидуальные различия составляют в среднем 190−210 небольших нуклеотидных вставок и делеций, 80−100 «стоп-кодонов» (сочетания нуклеотидов, останавливающих синтез белка). Выяснилось, что каждый человек имеет в среднем 250−300 вариаций, ведущих к неработающему гену. А главное — каждый человек несет в среднем 50−100 мутаций, связанных с наследственными заболеваниями (они находятся в базе данных Gene Mutation Database (HGMD).

По словам авторов, их работа позволяет хотя бы начать разбираться в том, как формировался геном человека под влиянием естественного отбора. Оценив степень расхождения между популяциями, ученые пришли к заключению, что большинство локальных адаптаций (к местным условиям среды) возникало с изменением частоты уже существующих мутаций, а не с появлением новых. Уже сейчас полученные данные позволят точнее локализовать гены, ассоциированные с различными заболеваниями.

Полный проект «1000 геномов», который по плану должен завершиться в 2012 году, будет включать секвенирование с низким перекрытием (порядка х4) и глубокое секвенирование кодирующих участков 2500 геномов со всех континентов. Ученые ожидают, что проект позволит описать 95% изменчивости, встречающейся в популяциях с частотой не менее 1%.

Статья с изложением результатов пилотного этапа опубликована в последнем выпуске Nature.