Cos'è un pangenoma? Gli scienziati hanno appena pubblicato la loro prima bozza. / What is a Pangenome? Scientists have just published their first draft.
Cos'è un pangenoma? Gli scienziati hanno appena pubblicato la loro prima bozza. / What is a Pangenome? Scientists have just published their first draft.
Segnalato dal Dott. Giuseppe Cotellessa / Reported by Dr. Giuseppe Cotellessa
Quando il Progetto Genoma Umano è stato lanciato nel 1990, è stato salutato come uno dei più grandi sforzi scientifici di tutti i tempi. Il progetto, durato 13 anni, ha identificato circa 20.000 geni e ha fornito ai ricercatori un progetto genetico per trasformare la medicina moderna. I medici possono ora utilizzare le informazioni genetiche per diagnosticare meglio malattie e condizioni debilitanti, come collegare un raro caso di dolore alle gambe ad una singola mutazione. La ricerca ha anche inaugurato la speranza per un'era di medicina di precisione, in cui ogni trattamento sarebbe stato adattato all'individuo. C'era solo un problema: il lavoro non era davvero finito.
Questo perché gli esseri umani sono identici al 99,9%. Ma lo 0,1% nelle differenze genetiche spiega la nostra unicità e può anche spiegare perché alcune persone sono più suscettibili alle malattie. Avere una mappa di un singolo genoma, prodotta dal progetto degli anni '90, non rappresenta adeguatamente l'ampiezza della popolazione umana.
Uno studio internazionale pubblicato oggi su Nature sta colmando queste lacune analizzando un insieme molto più diversificato di sequenze genetiche. "Stiamo riorganizzando le fondamenta della genomica per creare una rappresentazione diversificata ed inclusiva della variazione umana come struttura di riferimento fondamentale", afferma l'autore senior dello studio Benedict Paten , direttore associato presso l'Università della California, Santa Cruz Genomics Institute.
Eliminando i pregiudizi ed analizzando dati genomici più inclusivi, i genetisti avranno una migliore comprensione di come le mutazioni influenzano i geni di una persona e ci avvicineranno a un futuro con un'assistenza sanitaria equa.
Cos'è un pangenoma?
La ricerca si è concentrata sulla creazione di un pangenoma, una raccolta di sequenze di DNA all'interno di una singola specie. Il lavoro passato si è concentrato su un genoma di riferimento, costruito da pochi individui, che avrebbe dovuto rappresentare un insieme più ampio di geni. Un pangenoma, d'altra parte, viene creato da più persone in tutto il mondo per riflettere più accuratamente la nostra diversità genetica.
Non è che i genetisti del passato non volessero sequenziare più variazioni genetiche, semplicemente non potevano. Erich Jarvis , professore di genetica all'Howard Hughes Medical Institute della Rockefeller University e coautore dello studio, afferma che la tecnologia negli anni '90 e nei primi anni 2000 non ha permesso ai ricercatori di vedere grandi variazioni tra gli aplotipi, gruppi di geni ereditati insieme da un unico genitore. —dentro e tra gli individui.
L'obiettivo di un pangenoma è studiare le differenze genetiche tra individui di tutto il mondo. Jarvis afferma che conoscere le variazioni genomiche è importante, perché alcune mutazioni sono associate a tratti e malattie diversi. Ad esempio, il gene della lipoproteina (a) ha una struttura complessa che non è stata sequenziata nell'uomo. Ma è noto che le variazioni del gene sono associate ad un aumento del rischio di malattie cardiache tra i neri. Sequenziando l'intero gene e comprendendone le variazioni, i medici potrebbero essere in grado di rivisitare e trattare casi precedentemente inspiegabili di malattia coronarica.
“Questo documento ci aiuta a capire che il DNA [è] più di una sequenza di lettere; Il DNA è strutturalmente organizzato e la variazione umana tale struttura è importante per la funzione genomica e la diversità dei tratti", afferma Sarah Fong , una studiosa post-dottorato che studia la variazione della popolazione umana presso l'Università della California, a San Francisco, che non è stata coinvolta nello studio.
Cosa rivela la prima bozza?
Gli autori hanno raccolto dati su 47 individui geneticamente diversi. Circa la metà proveniva dall'Africa, mentre gli altri rappresentavano altri quattro continenti (esclusi Australia e Antartide). Le informazioni genomiche hanno aggiunto informazioni su 119 milioni di paia di basi e 1.115 duplicazioni, mutazioni in cui si ripete una porzione di DNA su un gene. Come previsto, oltre il 99 percento delle sequenze genetiche erano simili tra gli individui. Ma includendo meno dell'1% delle variazioni in questa nuova bozza del pangenoma, gli autori hanno scoperto che i cambiamenti strutturali nei geni spiegavano 90 milioni delle coppie di basi identificate.
"Andando oltre una rappresentazione singola, arbitraria e lineare del genoma, il lavoro del Pangenome Reference Consortium descrive in modo più accurato la diversità che esiste nella nostra specie", afferma Rajiv McCoy, assistente professore di biologia alla Johns Hopkins University che era non è coinvolto nello studio attuale ma è stato recentemente coinvolto nel primo sequenziamento completo del genoma umano.
Con l'ultimo modello di pangenoma, potrebbe diventare più facile per i genetisti rilevare e caratterizzare mutazioni genetiche difficili da trovare. Quando gli autori hanno analizzato una serie separata di informazioni genetiche utilizzando la bozza del pangenoma come riferimento, hanno rilevato il 104% in più di varianti strutturali. Hanno anche migliorato l'accuratezza della sequenza di confronto, riducendo il tasso di errore delle varianti del 34%.
Ancora un lavoro in corso
Creare la prima bozza del pangenoma è solo la prima fase di questo progetto in due parti. La seconda fase richiederà un paio d'anni, poiché gli autori costruiscono collaborazioni tra altri ricercatori internazionali e svolgono attività di sensibilizzazione della comunità in aree in cui sono disponibili meno dati genomici, ad esempio includendo membri di culture indigene.
Potrebbero volerci decenni prima di vedere le bozze finalizzate in un quadro completo del genoma umano. Ci sono diverse sfide da affrontare, dice Fong, come lo sviluppo di una strategia efficiente per confrontare più genomi umani e un piano concreto per testare le variazioni genetiche in campo medico.
Tuttavia, Fong afferma che i benefici varranno lo sforzo. Avere genomi umani completi e diversificati farà progredire il modo in cui viene studiata la genetica e creerà un futuro in cui i geni delle persone saranno considerati più pienamente quando si trattano le malattie.
ENGLISH
When the Human Genome Project was launched in 1990, it was hailed as one of the greatest scientific endeavors of all time. The 13-year project identified some 20,000 genes and provided researchers with a genetic blueprint to transform modern medicine. Doctors can now use genetic information to better diagnose debilitating diseases and conditions, such as linking a rare case of leg pain to a single mutation. The research also ushered in hope for an era of precision medicine, where every treatment would be tailored to the individual. There was just one problem: the job wasn't really done.
This is because humans are 99.9% identical. But 0.1% in genetic differences explains our uniqueness and may also explain why some people are more susceptible to disease. Having a map of a single genome, produced by the 1990s project, does not adequately represent the size of the human population.
An international study published today in Nature is filling these gaps by analyzing a much more diverse set of genetic sequences. “We are rearranging the foundation of genomics to create a diverse and inclusive representation of human variation as the foundational framework,” says senior study author Benedict Paten, associate director at the University of California, Santa Cruz Genomics Institute.
By eliminating bias and analyzing more inclusive genomic data, geneticists will have a better understanding of how mutations affect a person's genes and move us closer to a future with equitable healthcare.
What is a Pangenome?
Research has focused on creating a pangenome, a collection of DNA sequences within a single species. Past work has focused on a reference genome, built by a few individuals, which was expected to represent a larger set of genes. A pangenome, on the other hand, is created by multiple people around the world to more accurately reflect our genetic diversity.
It's not that geneticists of the past didn't want to sequence more genetic variations, they just couldn't. Erich Jarvis, professor of genetics at Rockefeller University's Howard Hughes Medical Institute and co-author of the study, says technology in the 1990s and early 2000s didn't allow researchers to see large variations between haplotypes, clusters of inherited genes together by a single parent. —in and between individuals.
The goal of a pangenome is to study the genetic differences between individuals from around the world. Jarvis says knowing genomic variations is important, because some mutations are associated with different traits and diseases. For example, the lipoprotein(a) gene has a complex structure that has not been sequenced in humans. But variations in the gene are known to be associated with an increased risk of heart disease among blacks. By sequencing the entire gene and understanding its variations, doctors may be able to revisit and treat previously unexplained cases of coronary artery disease.
“This paper helps us understand that DNA [is] more than a sequence of letters; DNA is structurally organized, and human variation in that structure is important for genomic function and trait diversity," says Sarah Fong, a postdoctoral scholar studying human population variation at the University of California, San Francisco , who was not involved in the study.
What does the first draft reveal?
The authors collected data on 47 genetically diverse individuals. About half were from Africa, with the rest representing four other continents (excluding Australia and Antarctica). The genomic information added information on 119 million base pairs and 1,115 duplications, mutations in which a portion of DNA on a gene is repeated. As expected, more than 99 percent of the genetic sequences were similar between individuals. But by including less than 1% of the variations in this new draft pangenome, the authors found that structural changes in the genes explained 90 million of the identified base pairs.
"By moving beyond a single, arbitrary, linear representation of the genome, the work of the Pangenome Reference Consortium more accurately describes the diversity that exists in our species," says Rajiv McCoy, assistant professor of biology at Johns Hopkins University who was not involved in the current study but has recently been involved in the first complete sequencing of the human genome.
With the latest pangenome model, it may become easier for geneticists to detect and characterize hard-to-find genetic mutations. When the authors analyzed a separate set of genetic information using the pangenome draft as a reference, they detected 104% more structural variants. They also improved the accuracy of the matching sequence, reducing the variant error rate by 34%.
Still a work in progress
Creating the first draft of the pangenome is only the first phase of this two-part project. The second phase will take a couple of years, as the authors build collaborations among other international researchers and carry out community outreach activities in areas where less genomic data is available, for example by including members of indigenous cultures.
It could be decades before we see finalized drafts into a complete picture of the human genome. There are several challenges ahead, Fong says, such as developing an efficient strategy for comparing multiple human genomes and a concrete plan to test for genetic variation in the medical field
Still, Fong says the benefits will be worth the effort. Having complete and diverse human genomes will advance the way genetics is studied and create a future where people's genes will be more fully considered when treating disease.
Da:
https://www.popsci.com/science/pangenome-human-diversity-dna/
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