İlk Defa İnsan Genomunun Tamamı Boşluksuz Olarak Dizilendi

Bilim insanları, genomun çoğunu diziledikten yaklaşık 20 yıl sonra nihayet tüm insan genomunun haritasını çıkardı.

2003 yılında İnsan Genom Projesi, insan genomunun yüzde 92’sini dizileyerek tarih yazdı. Ancak o zamandan beri yaklaşık yirmi yıldır bilim insanları kalan yüzde 8’i deşifre etmek için mücadele ediyor. Şimdi ise bir ekip tam insan genomunu diziledi.

Bilim insanları, araştırmacıların insan DNA’sında bulunan kabaca 3 milyar harfin çoğunu dizilediklerini ilk kez duyurduklarından yaklaşık yirmi yıl sonra, nihayet tüm insan genomunun haritasını çıkardılar.

İnsan Genom Projesi 2003 yılında tamamlandığında dünya çapında övgüyle karşılansa da, o zamanlar genomun birçok bölümü hala yerleştirilemiyordu. Yeni çalışma sonunda, dizide daha önce yeri olmayan DNA harflerinin veya baz çiftlerinin son yüzde 8’ini dolduruyor.

(İlgili: Genomumuzun Çok Küçük Bir Kısmı Bize Özgü)

Yeni genom, insanların DNA’larının nasıl farklılık gösterebileceğini ve genetik mutasyonların hastalığa nasıl katkıda bulunabileceğini daha iyi anlamanın yolunu açıyor. Bilim insanları bulgularını 31 Mart’ta Science dergisinde yayımladılar.

2003 yılında, İnsan Genom Projesi’ndeki bilim adamları ve biyoteknoloji şirketi Celera Genomics, bulmacanın en büyük parçasını çözdü. Ancak teknolojik sınırlamalar, insan DNA dizisinin yüzde 15’ini resme sığdıramayacakları anlamına geliyordu. Eşlenmemiş bölgelerin çoğu, telomerler (kromozomların uçlarındaki kapaklar) ve sentromerler (kromozomların yoğun şekilde paketlenmiş orta bölümleri) etrafında yoğunlaşmıştı. 2013’te araştırmacılar bu farkı sadece yüzde 8’e kadar daralttı, ancak yine de 200 milyon baz çifti yerleştiremediler. Bu, tüm bir kromozomun eşdeğeri anlamına geliyordu.

Washington Üniversitesi Tıp Fakültesi’nde araştırmacı olan ortak yazar Evan Eichler, “İlk taslak insan genom dizisine sahip olduğumuzdan beri, karmaşık genomik bölgelerin tam dizisini belirlemek zor oldu. İşi bitirdiğimiz için heyecanlıyım. Tam plan, insan genomik varyasyonu, hastalığı ve evrimi hakkında düşünme biçimimizde devrim yaratacak.” diyor.

DNA, her biri bir fosfat grubu, bir şeker molekülü ve bir azot bazı içeren nükleotid adı verilen küçük moleküllerden oluşur. Dört tür nitrojen bazı (adenin, timin, guanin ve sitozin), genetik kimliğimizi kodlayan DNA çift sarmalındaki basamakları oluşturmak için bir araya gelir. Bu çift sarmalların iki ipliği bir kromozom oluşturur ve insanlarda her bir ebeveynden birer tane olmak üzere toplam 23 kromozom çifti bulunur. DNA dizilimi, DNA’nın bir bölümündeki baz çifti yapı taşlarının sırasını bulma işlemidir.

İnsan Genomu Projesini tamamlamak için araştırmacılar, bir seferde birkaç yüz baz çiftini tarayan ve onları çok daha büyük bütün genomla karşılaştırıldığında çok küçük olan DNA parçacıklarına ayıran kısa okuma teknolojilerine güvendiler. Bu, projeyi 10 milyon parçalık mavi gökyüzü yapbozunu bir araya getirmeye benzer hale getirdi ve birçok boşluk bıraktı.

İş aynı zamanda zordu çünkü bir kromozom çiftindeki iki kromozom farklı bir kişiden (her bir ebeveynden bir tane) geliyordu, bu da insanlar arasında değişen aynı genom dizisinden gelen DNA dizileri ile farklı yerlerden gelen parçalar arasında ayrım yapmayı zorlaştırıyordu.

Bu zorlukların üstesinden gelmek için, yeni çalışmanın araştırmacıları, bir spermin çekirdeksiz bir yumurtayı döllediğinde oluşan, tam bir mol hidatiform adı verilen garip bir insan dokusuna yöneldiler. Yumurta cansızdır ve babadan gelen tüm kromozomlarla bir “mol” olarak büyümek için rahme yapışır.

Bilim insanları bu mol’dan sadece bir kişiden 23 kromozom çifti içeren bir hücre hattı (laboratuvarda yetiştirilebilen bir hücre grubu) yaptılar. Hidatidiform mol DNA’sını dizilemek için bilim insanları, dizileme projesini on binlerce parçadan oluşan bir bulmacaya dönüştüren iki yeni dizileme tekniği kullandılar. Yeni uzun okuma teknikleri, bir seferde 20.000 ila 1 milyon baz çiftini taramak için lazerleri kullanır, çok daha büyük yapboz parçaları ve dolayısıyla eskisinden daha az boşluk oluşturur.

Uzun okuma yöntemleri, ekibin kodun en zor ve tekrarlayan bölümlerinden bazılarını bir araya getirmesini sağladı. Sonuç: Proteinleri kodladığını düşündükleri 115 yeni gen keşfettiler ve tüm genoma toplam 19.969 daha eklediler.

Bununla birlikte, ilk boşluksuz dizinin oluşturulması, araştırmacıların çabalarının sonu olmayacak. Genomun yaklaşık yüzde 0,3’ünün hata içerebileceğini tahmin ediyorlar ve araştırmacıların bu dizilenmesi zor bölgeleri doğrulamak için daha iyi kalite kontrol yöntemlerine ihtiyaçları olacak.

Ek olarak, dizili hidatidiform mol’ü dölleyen sperm hücresi sadece bir X kromozomu içeriyordu. Bu nedenle, araştırmacıların bir embriyonun biyolojik olarak erkek olarak gelişmesini tetikleyen bir Y kromozomunu ayrı ayrı dizilemeleri ve her iki ebeveynden de daha iddialı bir genom dizilimi yapmaya başlamaları gerekecek.

Bilim insanları, insan genomunun daha eksiksiz haritasının, gelecekteki araştırmacıların DNA’nın bireyler ve topluluklar arasında nasıl değiştiğini daha iyi anlamalarını sağlayacağına ve ayrıca genomdaki zararlı hastalıklara neden olabilecek mutasyonları incelemek için onlara daha iyi bir referans noktası sağlayacağına inanıyor.

Araştırmacılar ayrıca, dünyanın dört bir yanından 300’den fazla insan genomunu dizilemeyi amaçlayan bir grup olan İnsan Pangenom Referans Konsorsiyumu ile birlikte çalıştılar. Bu girişim, bilim insanlarına yalnızca genomun hangi bölümlerinin bireyler arasında farklılık gösterdiğine daha iyi bir bakış açısı kazandırmakla kalmayacak, aynı zamanda farklı genetik hastalıkların nasıl ortaya çıktığını ve bunları en iyi nasıl tedavi edeceklerini daha iyi anlamalarına yardımcı olacak.

Ulusal İnsan Genomu Araştırma Enstitüsü’nde kıdemli bir araştırmacı olan Adam Phillippy, “Gelecekte, birinin genomu dizilimi yaptığında, DNA’sındaki tüm varyantları tanımlayabileceğiz ve bu bilgiyi sağlık hizmetlerine daha iyi rehberlik etmek için kullanabileceğiz.” diyor.

“İnsan genom dizisini gerçekten bitirmek, yeni bir gözlük takmak gibiydi. Artık her şeyi açıkça görebildiğimize göre, bunların ne anlama geldiğini anlamaya bir adım daha yaklaştık.”

Live Science. 31 Mart 2022.