Ada Masalah Besar dengan Inti Proyek Genom Manusia

Proyek Genom Manusia, yang dimulai pada 1990-an, adalah Homo sapiens 'Usaha yang berhasil memetakan keseluruhan DNA spesies kita'. Ini menghasilkan genom referensi manusia, koleksi DNA manusia yang dipoles halus yang penting untuk penelitian genetika dan layanan pengujian genetika di seluruh dunia. Tidak seperti yang terjadi pada komunitas sains, dua peneliti di Universitas Johns Hopkins telah menemukan bahwa genom referensi hilang satu atau dua - well, 296.485.284 pasangan basa DNA, tepatnya.

Genom referensi adalah peta esensial materi genetik manusia yang digunakan sebagai dasar perbandingan. Ketika kita mengurutkan DNA kita sendiri untuk wawasan kesehatan, sejarah keluarga, dan risiko penyakit di masa depan, kita memotong urutan menjadi banyak potongan-potongan kecil dan membandingkan peregangan itu dengan genom referensi, mencari daerah di mana kita berbeda. Masalah mendasar dengan ini, para ilmuwan menulis dalam makalah baru-baru ini di Genetika Alam, adalah bahwa genom referensi sebagian besar didasarkan pada satu orang. Mengingat banyak sekali perbedaan genetik di antara 7,7 miliar orang yang hidup saat ini, itu jelas tidak ideal.

Profesor ilmu komputer dan biostatistik Steven Salzberg, Ph.D., dan Rachel Sherman, Ph.D. kandidat, buat kasus bahwa genom referensi tunggal ini tidak menangkap keragaman genetika manusia. Beberapa populasi, mereka menambahkan, berbeda terlalu banyak dari genom referensi ini. Untuk menjelaskannya, mereka merujuk pada genom 910 individu dari dua puluh negara yang berbeda, semuanya keturunan pan-Afrika.

Dalam DNA individu-individu ini, tim menemukan 300 juta keping DNA yang umum yang tidak ada dalam genom "referensi" kami. Jika kita mengabaikan banyak materi ini, kata Salzberg, kita pasti akan kehilangan wawasan kunci tentang kesehatan dan sejarah populasi tertentu. Mereka juga manusia, jadi bukankah seharusnya mereka direpresentasikan dalam genom referensi “manusia”?

"Daerah-daerah ini pada dasarnya tidak terlihat oleh komunitas genetika sampai kami memiliki genom referensi yang mencakup daerah-daerah itu," kata Salzberg. Terbalik.

Masalah dengan Genom Referensi.

Selama bertahun-tahun, kami telah terus menerus mengerjakan genom referensi. Tetapi analisis terbaru menunjukkan bahwa hampir tujuh puluh persen Materinya dikumpulkan dari seorang individu Afrika-Amerika, yang disebut hanya sebagai RPCI-11, jelas Salzburg.

Itu berarti bahwa ketika para ilmuwan melakukan analisis genetik untuk mengidentifikasi perbedaan antara populasi yang beragam dari seluruh dunia, sebagian besar waktu, mereka membandingkan genom tersebut dengan materi genetik dari, kebanyakan, satu orang. Ini membuat kita sering mengabaikan materi yang mungkin terlalu berbeda dari referensi ini, kata Sherman. Dia menyebut mereka "bagian yang hilang."

"Ketika Anda berbaris, akan ada potongan-potongan yang tidak berbaris sama sekali karena mereka terlalu berbeda untuk mencocokkan apa pun dari genom referensi," kata Sherman. "Lalu kamu mengabaikan semua hal yang tidak sesuai sebagai tidak benar-benar relevan atau tidak benar-benar layak dilihat, ketika mungkin ini adalah bagian yang paling menarik karena mereka paling berbeda dari genom referensi."

Dalam studi tersebut, Sherman dan Salzberg mengambil potongan besar dari materi "berbeda" ini (panjang sekitar 1.000 pasangan basa) dan mencoba menentukan apakah mereka hanya mewakili rangkaian kesalahan urutan yang tidak disengaja - atau benar-benar menyimpan informasi bermanfaat tentang DNA manusia yang belum dijelajahi.

Tim sampai pada kesimpulan bahwa DNA "baru" ini memiliki kualitas cukup tinggi untuk menjamin lulus kedua, meskipun mereka belum tahu apa arti pentingnya bagi tubuh manusia.

Apa Konsekuensinya?

Sejauh ini, kata Sherman, kami tidak benar-benar tahu apa yang kami lewatkan dengan mengabaikan DNA yang tidak terwakili dalam genom referensi. Tapi siapa yang tahu apa yang mungkin kita temukan di sana jika kita melihatnya?

Salzberg menyarankan kita membayangkan populasi fiksi yang memiliki kromosom ekstra - 24 bukannya 23 yang biasa di setiap sel. Tidak ada dalam kromosom ekstra dari populasi ini yang akan sejalan dengan genom referensi. Mungkin, katanya, di suatu tempat di kromosom tersembunyi itu, adalah alasan mengapa populasi fiksi cenderung mengembangkan penyakit tertentu - dan mengapa seluruh dunia tidak. Tetapi karena kami tidak memiliki referensi yang tepat untuk membandingkannya, kami tidak akan pernah tahu itu ada di sana.

Iklan orisinal yang membawa donor untuk Proyek Genom Manusia (Buffalo News, 23/3/1997), h / t Pieter de Jong, yang memasang iklan pic.twitter.com/gNB7mMv3Yu

- Jay Shendure (@JShendure) 28 Oktober 2017

"Jika sesekali ada mutasi pada kromosom yang menyebabkan masalah, Anda tidak akan pernah bisa mempelajarinya," kata Salzberg. "Anda tidak akan pernah bisa mengamatinya jika Anda hanya mengandalkan genom referensi ini."

Mari kita perjelas: penelitian ini tidak memberikan bukti untuk beberapa kromosom yang belum ditemukan. Tetapi ini menunjukkan bahwa kita mungkin kehilangan banyak hal ketika kita menggunakan genom referensi tunggal dari beberapa orang yang disebut RPCI-11 sebagai dasar untuk semua analisis kita pada DNA seluruh spesies kita.

Bagaimana Cara Memperbaikinya?

Alih-alih berusaha untuk genom referensi universal tunggal, tim berpendapat, kita harus memiliki banyak genom referensi - mungkin satu untuk setiap populasi yang diminati.

"Apa yang kami advokasi di sini dengan temuan ini, adalah bahwa kami benar-benar perlu membangun genom referensi untuk setiap populasi," kata Sherman. "Jika ada banyak DNA yang hilang dari referensi dalam populasi ini, model perlu diubah."

Beberapa negara telah mengambilnya sendiri untuk setidaknya mencoba membuat genom referensi mereka sendiri. Denmark, misalnya, sedang menyusun materi genetik dari 150 Denmark dalam upaya untuk membuat genom referensi "Denmark" yang sebenarnya. Makalah 2016 di Alam menggambarkan upaya untuk menyusun referensi untuk individu Korea, meskipun makalah itu juga hanya menggambarkan penelitian yang dilakukan pada satu orang. Tetapi proyek lain, seperti Proyek 1.000 Genom, juga mencoba memulai proses ini, tetapi banyak pekerjaan untuk membuat bahan referensi yang dipoles seperti versi saat ini, yang dikenal sebagai GRCh38.

"Anda harus melakukan lebih dari sekadar pergi dan mengurutkan orang lain dari populasi lain untuk membuat genom referensi," tambahnya. "Kamu harus melakukan sedikit lebih banyak."

Bukannya para peneliti tidak sadar bahwa kita membutuhkan lebih banyak genom referensi. Salzberg hanya berharap bahwa akan ada lebih banyak dari mereka sekarang, dan bahwa mereka setidaknya diadopsi secara luas sebagai genom referensi standar. Makalah ini menyesalkan bahwa tidak ada upaya ini yang mencapai status dan pengaruh yang sama dengan GRCh38 - meskipun itu adalah tujuan dari proyek Denmark.

Ke depan, Sherman dan Salzberg mengambil sendiri untuk memulai proyek ini, dengan membangun beberapa genom referensi tambahan, yang mereka harap akan rilis dalam satu hingga dua tahun. Mereka mencari untuk mulai membuat perpustakaan genom referensi untuk membantu orang mendapatkan sebanyak mungkin wawasan tentang materi genetik mereka, tidak peduli seberapa "berbeda" itu.

"Yang benar-benar kita butuhkan adalah ratusan genom referensi," tambahnya. "Itu akan terjadi suatu hari."