Международная группа ученых из Консорциума проекта «1000 геномов» создала крупнейший в мире каталог геномных различий между людьми, предоставив исследователям важные подсказки, которые помогут им установить, почему некоторые люди подвержены различным заболеваниям. Хотя большинство различий в геномах людей – так называемые варианты – безвредны, некоторые из них полезны, а другие способствуют возникновению заболеваний и состояний, от когнитивных нарушений до предрасположенности к раку, ожирению, диабету, сердечным заболеваниям и другим расстройствам. Понимание того, как варианты генома способствуют развитию заболевания, может помочь врачам разработать более совершенные методы диагностики и лечения, а также новые методы профилактики.
Национальный институт исследования генома человека (NHGRI), входящий в состав Национальных институтов здравоохранения, помог финансировать и руководить этим международным государственно-частным консорциумом исследователей в США, Великобритании, Китае, Германии и Канаде.
В двух исследованиях, опубликованных в Интернете в сентябре. 30, 2015, в журнале Nature, исследователи изучили геномы 2504 человек из 26 популяций из Африки, Восточной и Южной Азии, Европы и Америки.
В основном исследовании Nature исследователи идентифицировали около 88 миллионов участков в геноме человека, которые различаются у разных людей, создав базу данных, доступную исследователям в качестве стандартной справочной информации о том, как геномный состав людей варьируется в популяциях и во всем мире. В каталоге более чем вдвое увеличено количество известных вариантных сайтов в геноме человека, и теперь он может использоваться в широком спектре исследований в области биологии и медицины человека, обеспечивая основу для нового понимания того, как унаследованные различия в ДНК могут способствовать развитию заболеваний. риск и лекарственная реакция.
Из более чем 88 миллионов идентифицированных вариабельных сайтов около 12 миллионов имели общие варианты, которые, вероятно, были общими для многих популяций. Исследование показало, что наибольшее геномное разнообразие наблюдается у африканских популяций, что согласуется с доказательствами того, что люди произошли в Африке и что миграции из Африки создали другие популяции по всему миру.
Среди 26 изученных популяций были такие группы, как эсаны в Нигерии; Колумбийцы в Медельине, Колумбия; Иберийское население Испании; Китайцы хань в Пекине; и тамилы из Шри-Ланки в Соединенном Королевстве. Все люди, участвовавшие в проекте, дали согласие на широкое распространение своих данных, и эти данные могут использоваться исследователями по всему миру.
"Проект «1000 геномов» был амбициозным, исторически значимым мероприятием, в результате которого был получен ценный ресурс о геномных вариациях человека," сказал Эрик Грин, M.D., Ph.D., директор NHGRI. "Последние данные и идеи добавляют к растущему пониманию закономерностей вариаций в геномах людей и обеспечивают основу для более глубокого понимания геномики болезней человека."
Эти отчеты знаменуют собой кульминацию проекта «1000 геномов», в ходе которого было обнаружено более 99 процентов вариантов в геноме человека, которые встречаются с частотой не менее 1 процента в изученных популяциях.
"Около 88 миллионов сайтов в геноме различаются у разных людей. Около четверти этих вариантов распространены и встречаются во многих или всех популяциях, в то время как около трех четвертей встречаются только у 1 процента людей или даже реже," сказала Лиза Брукс, доктор философии.D., программный директор в NHGRI Genomic Variation Program. "Данные проекта «1000 геномов» – это ресурс для любого исследования, в котором ученые ищут геномный вклад в развитие болезни, включая изучение как распространенных, так и редких вариантов."
Одно из наиболее непосредственных применений данных проекта 1000 Genomes Project – это исследования ассоциаций на уровне всего генома (GWAS), которые сравнивают геномы людей с заболеванием и без него для поиска областей генома, которые содержат геномные варианты, связанные с этим заболеванием. Такие исследования обычно обнаруживают несколько областей генома, связанных с заболеванием, и множество вариантов в каждой из этих областей. Теперь ученые могут комбинировать данные GWAS с более подробными данными проекта «1000 геномов», чтобы более точно изучить регионы, поражающие заболевание. Вместо секвенирования геномов всех людей в исследовании, что остается дорогостоящим, исследователи могут использовать данные проекта 1000 геномов, чтобы найти большинство вариантов в тех регионах, которые связаны с заболеванием.
"Когда в 2008 году был впервые запущен проект «1000 геномов», не было особого понимания того, как редкие варианты генома распределяются среди популяций по всему миру и их связь с другими вариантами," сказал Адам Отон, доктор философии.D., главный автор исследования и главный исследователь, который до недавнего времени был доцентом генетики в Медицинском колледже Альберта Эйнштейна в Нью-Йорке.
"В рамках проекта была предпринята попытка создать эталонный набор данных о геномных вариациях. Это действительно говорит нам о структуре геномной изменчивости и разнообразия человека," сказал доктор. Auton, который сейчас работает в компании 23andMe в Маунтин-Вью, Калифорния.
В сопроводительной статье в Nature ученые изучили различия в структуре генома в 2504 образцах. Они обнаружили около 69000 различий, известных как структурные варианты. Эти геномные различия, многие из которых затрагивают гены, включают делеции (потеря ДНК), вставки (добавление ДНК) и дупликации (дополнительные копии ДНК). Исследователи создали карту восьми классов структурных вариантов, которые потенциально способствуют развитию болезни.
"Структурные вариации ответственны за большой процент различий в ДНК между геномами человека," сказал Ян Корбель, Ph.D., руководитель группы и исследователь Европейского исследовательского совета в отделении геномной биологии Европейской лаборатории молекулярной биологии в Гейдельберге, Германия. Доктор. Корбел является старшим автором и одним из главных исследователей исследования структурных вариаций. "Ни одно исследование никогда не рассматривало структурные вариации генома с таким широким представлением популяций по всему миру."
Доктор. Корбель, соруководитель исследования Эван Эйхлер, доктор философии.D., профессор геномных наук и исследователь Медицинского института Говарда Хьюза в Вашингтонском университете в Сиэтле и их коллеги обнаружили, что структурные варианты часто были более сложными, чем они первоначально думали. Например, большинство инверсий, которые связаны с изменением ориентации последовательностей ДНК в геноме, часто происходят вместе с другими структурными изменениями.
Гонсалу Абекасису, Ph.D., заведующий кафедрой биостатистики в Мичиганском университете в Анн-Арборе и один из главных исследователей основного исследования природы, ценность проекта «1000 геномов» выходит далеко за рамки данных. Достижения в области секвенирования ДНК и биоинформатики были жизненно важны для завершения проекта.
"Мы многое узнали о том, как заниматься геномикой в больших масштабах," сказал доктор. Abecasis. "В ходе проекта «1000 геномов» мы разработали новые, улучшенные методы для крупномасштабного секвенирования ДНК, анализа и интерпретации геномной информации, в дополнение к тому, как хранить такой объем данных. Мы научились проводить качественные геномные исследования в разных контекстах и частях мира."
"Проект «1000 геномов» заложил основу для ответов на действительно интересные вопросы," сказал доктор. Auton. "Теперь все хотят знать, что эти варианты говорят нам о болезнях человека."