Современные достижения в области геномики значительно изменили наше представление о человеческом геноме и его вариациях. Главным прорывом стал недавний проект, в котором удалось собрать почти полные геномы 65 различных людей, что позволило впервые с большой точностью изучить сложные материалы генетической информации и их вариации. Этот масштабный международный исследовательский проект, проведенный Международным консорциумом по структурным вариациям в человеческом геноме, продемонстрировал невероятное разнообразие и сложность в структуре ДНК, ранее недоступное для анализа из-за технических ограничений. Целью данного исследования была разработка пангеномного эталона, который учитывал бы генетическую вариабельность различных популяций и позволял точнее идентифицировать структурные варианты, такие как большие инсерции, делеции, инверсии и дупликации, превышающие 50 пар оснований. Долгое время центральные части хромосом, так называемые центромеры, а также крупные идентичные дублированные сегменты оставались труднодоступными для анализа.
Эти области ответственны за важные функции и содержат многочисленные белок-кодирующие гены, отсутствие которых в предыдущих сборках ограничивало понимание их роли в генетике человека. Благодаря развитию технологий длинного чтения (long-read sequencing) стало возможным значительно повысить чувствительность детекции структурных вариантов и достичь уровня сборки человеческого генома, близкого к теломерному завершению хромосом. В результате устранено около 92% пробелов в предыдущих сборках генома, а 39% хромосом собраны полностью с теломеры до теломеры. Это открывает безпрецедентные возможности для исследований, поскольку многие ранее скрытые вариации теперь видны и могут быть изучены на уровне последовательности. Анализ структуры и вариаций Y-хромосомы, которая долгое время оставалась одной из самых сложных для секвенирования из-за высокой повторяемости ее участков, выявил значительную изменчивость в зоне Yq12.
Эта область характеризуется низкой генетической активностью, однако полученные данные показали, что Yq12 является одной из наиболей изменчивых зон человеческого генома. Такое открытие заставляет пересмотреть представления о роли этой зоны в генетической структуре и эволюции. Нельзя не отметить и впечатляющие результаты, касающиеся анализа центромер – областей, которые исторически считались слабо изученными из-за их склонности к мутациям и высокой повторяемости. Секвенирование 1246 центромер значительно увеличило количество известных вариантов – было обнаружено более 4 тысяч новых мутаций, что свидетельствует о динамичности и постоянной эволюции этих участков. Такие вариации могут играть важную роль в функционировании хромосом и механизмах наследственности.
Еще одним важным аспектом работы стала детализация конструкции и копий генов выживания моторных нейронов SMN1 и SMN2, которые напрямую связаны с развитием спинальной мышечной атрофии — тяжелого генетического заболевания, приводящего к слабости мышц и дегенерации нервных клеток. Подробное изучение этих генов, расположенных в сложных для анализа регионах с длинными повторяющимися последовательностями, позволило идентифицировать функциональные копии и потенциальные сайты, связанные с риском возникновения болезни. Эти результаты обещают новые подходы к диагностике и лечению заболеваний, вызванных мутациями в этих генах. Особое внимание ученые уделили формированию пангеномного набора данных, включающего геномы, представляющие этническое и географическое разнообразие человеческих популяций. Участники исследования были выбраны из проекта 1000 Геномов, реализованного с 2007 года, и направленного на создание всеобъемлющей карты генетической вариабельности человека.
Этот подход позволяет лучше понимать не только общие закономерности, но и популяционные особенности, что критично для развития персонализированной медицины. Главные научные руководители проекта — ведущие мировые специалисты в области геномных исследований — отметили, что результаты изменят фундаментальные взгляды на процессы эволюции и адаптации человеческих хромосом. Обнаруженные детали и вариации в центромерах, Y-хромосоме и других регионах свидетельствуют о том, что человеческий геном — это гораздо более динамичная и сложная система, чем это предполагалось ранее. Современные методы анализа и долгожданные новые эталоны генома станут необходимым инструментом для дальнейших исследований в области генетических заболеваний, наследственности и эволюции. Более того, технология секвенирования с длинными чтениями и подробное картирование сложных участков ДНК откроют новые перспективы для диагностики, лечения и прогнозирования рисков болезней на уровне генома.
