研究人员声称已经对整个人类基因组进行了测序

一种一个国际科学家团队表示，他们已经对整个人类基因组进行了测序，包括二十年前在第一个人类基因组序列中没有发现的部分。

这一说法如果得到证实，将超越人类基因组计划和 Celera Genomics 的领导人在 2000 年宣布对人类基因组初稿进行测序时在白宫草坪上所做的壮举。 这个历史性的草案，以及随后的人类 DNA 测序，都遗漏了大约 8% 的基因组。

新的基因组测序使用新技术填补了这些空白。 然而，它有各种限制，包括研究人员用来加快工作速度的细胞系类型。

广告

工作是 5月27日印前详解，这意味着它尚未经过同行评审。

“你只是想研究人类基因组的最后一个未知数，”加州大学圣克鲁兹分校的研究员 Karen Mega 说，他共同领导了创建测序的国际联盟。 “以前没有做过，以前没有做过的原因是因为它很难。”

广告

Mega 证实，在该论文被审查并发表在医学期刊上之前，她不会考虑宣布官方。

研究人员表示，新基因组是一个飞跃，由两家私营公司开发的新 DNA 测序技术使之成为可能：加利福尼亚州门洛帕克的 Pacific Biosciences，也称为 BacBio，和来自英国牛津科学园的 Oxford Nanopore。 与长期以来被认为是研究人员黄金标准的工具相比，他们的 DNA 读取技术具有非常特殊的优势。

欧洲分子生物学实验室副主任 Euan Birney 将这一结果描述为“强大的技术回合”。 他指出，原始基因组论文是精心制作的，因为它们没有对从一端到另一端的每个 DNA 分子进行测序。 “这个小组所做的就是表明他们可以从头到尾做到这一点。” 他说，这对未来的研究很重要，因为它展示了可能的情况。

哈佛大学生物学家和测序先驱乔治·丘奇将这项工作描述为“非常重要”。 他说他喜欢在他的谈话中指出，到目前为止还没有人对整个脊椎动物基因组进行测序——如果新工作得到证实，这将不再是真实的。

一个重要的悬而未决的问题：人类谜题中这些缺失的部分有多重要？ 该财团表示，将 DNA 碱基数量从 29.2 亿增加到 30.5 亿，增长了 4.5%。 但基因数量仅增加了 0.4%，达到 19,669。研究人员强调，这并不意味着这项工作也不能带来其他新见解，包括基因如何调控的见解。

使用的 DNA 序列不是来自人，而是来自葡萄胎，当精子与不含细胞核的卵子受精时，葡萄胎会在女性子宫中生长。 这意味着它有 23 条染色体，就像精子或卵子一样，而不是 46 条。

研究人员选择了这些保存在实验室中的细胞，因为这使得创建 DNA 序列的计算工作更加简单。 2003 年建立的原始基因组计划也只包含 23 条染色体，但随着 DNA 测序技术变得更便宜和更简单，研究人员倾向于对所有 46 条染色体进行测序。

全国儿童医院基因组医学研究所联合执行主任艾伦·马迪斯担心，由于这些细胞系在实验室中的保留，新的遗传信息可能会发生变化。”在很大程度上，它是一种随着细胞系在培养中传播多年而积累的残留物。”

Mega 说，对细胞系的研究表明，它类似于人类细胞，研究人员使用的是冷冻多年的细胞，而不是循环的细胞。 她同意，下一步是让该小组尝试排列所有 46 条染色体，即二倍体基因组。

为什么基因组的最后 8% 需要 20 年才能测序，即使基因组其余部分的测序成本从 3 亿美元降至 300 美元？ 答案与 DNA 测序技术的工作方式有关。

目前由 Illumina 制造的 DNA 测序仪采用小片段 DNA 进行解码，然后重新组装产生的拼图。 这适用于大多数基因组，但不适用于 DNA 代码是长重复模式结果的区域。 如果一台超级计算机只包含小部件，它如何组装一个以碱基为基础重复“AGAGAGA”的DNA序列？ 这就是 8% 的缺失基因组的样子。

在这些“未配对”区域中，是生物学中最著名的结构之一。 如果您曾经看过染色体（回想一下高中生物学），它们看起来就像连在一起的绳子。 这些节点是中心粒，它们是将染色体连接在一起的 DNA 束。 它们在细胞分裂中起主要作用。 它充满了重复。

事实上，正是行星吸引了美嘉想要看到这些缺失的区域。

“为什么对生命如此重要、对细胞如何工作如此重要的区域，放置在我们基因组的一部分上，这些巨大的串联海洋会重复？” 她记得她大一的时候问过这个问题。

正是这个问题促使她在与 NIH 研究员 Adam Phillippe 的讨论中建议在 2019 年开始他们当前的倡议，称为端粒 2 端粒联盟，以端粒（染色体的末端）命名。他们签下了 Evan Eichler，作为共同作者，华盛顿大学的生物学家多年来一直关注基因组的缺失部分。

这项工作之所以成为可能，是因为 Oxford Nanopore 和 PacBio 的技术不会将 DNA 切割成小块拼图。 牛津纳米孔技术使 DNA 分子穿过一个小孔，从而产生一个很长的序列。 PacBio 技术使用激光一遍又一遍地扫描相同的 DNA 序列，从而获得高度准确的读数。 两者都比当前的 Illumina 技术更昂贵。

公司在激烈的竞争中。 研究人员说，对于这个项目，PacBio 技术的准确性证明是无价的，他们使用牛津纳米孔完成了一些领域。 但牛津纳米孔已经承诺了一种新的、更实用的技术。 约翰霍普金斯大学助理教授迈克尔沙茨说：“就目前而言，PacBio 具有优势，但尚不清楚他们能够保持多久。”

所有研究人员都谈到了对未来的愿景，他们将组装数百个不同的、完整的、相互关联的和种族多样化的基因组，而不是使用单一的参考基因组，这些基因组可以用作参考。 Mega 也帮助领导这项业务。 这只是朝着这个方向迈出的一步。

但到目前为止，Schatz 说，一直存在关于缺少什么的问题。 现在我们终于有了正确的数据。 “我们拥有正确的技术。”