In 2003, history was made. For the first time, the human genome was sequenced. Since then, technological improvements have enabled tweaks, adjustments, and additions, making the human genome the most accurate and complete vertebrate genome ever sequenced.Nevertheless, some gaps remain – including human chromosomes. We have a pretty good grasp of them in general, but there are still some gaps in the sequences. Now, for the first time, geneticists have closed some of those gaps, giving us the first complete, gap-free, end-to-end (or telomere-to-telomere) sequence of a human X chromosome.The accomplishment was enabled by a new technique called nanopore sequencing, which enables ultra-long-reads of DNA strands, providing a more complete and sequential assembly.This is in contrast to previous sequencing techniques, in which only short sections could be read at a time. Previously, geneticists had to piece together these sections like a puzzle.While they were pretty good at this, the pieces tend to look the same, so it’s very tricky to know if you’re getting it right – not just the right order, but how many repeats there are in the sequence. And, of course, there are minute gaps.”We’re starting to find that some of these regions where there were gaps in the reference sequence are actually among the richest for variation in human populations, so we’ve been missing a lot of information that could be important to understanding human biology and disease,” said satellite DNA biologist Karen Miga of the University of California Santa Cruz Genomics Institute.This is where nanopore sequencing comes in. It consists of a protein nanopore – a nanoscale hole – set in an electrically resistant membrane. Current is applied to the membrane, which passes it through the nanopore. When genetic material is fed into the nanopore, the change in current can be translated into a genetic sequence.Even better, this technology reduces reliance on polymerase chain reaction, a technique that amplifies DNA by creating millions of copies of it.It was this technique that Miga and her team used to study DNA obtained from a rare type of benign uterine tumour, a hydatidiform mole, along with other sequencing technologies – Illumina and PacBio – to make sure the end result was as complete as possible.”We used an iterative process over three different sequencing platforms to polish the sequence and reach a high level of accuracy,” Miga said. „The unique markers provide an anchoring system for the ultra-long reads, and once you anchor the reads, you can use multiple data sets to call each base.”Even with these back-ups, though, there still remained some gaps – most notably in the centromere, the structure that connects the chromatids: thread-like strands into which a chromosome divides. This region is vital for mitosis – but it’s also very complex. In the X chromosome, it’s a highly repetitive region spanning 3.1 million DNA base pairs.The researchers were able to resolve this notoriously tricky structure by looking for slight variations in the repeats. These variations allowed the scientists to align and connect the long reads to form a complete sequence for the centromere.”For me, the idea that we can put together a 3-megabase-size tandem repeat is just mind-blowing,” Miga said. „We can now reach these repeat regions covering millions of bases that were previously thought intractable.”This rigorous approach allowed the team to close all 29 gaps in the current X chromosome reference. It’s a major step forward in the project to completely map the human genome.”Our results demonstrate that finishing the entire human genome is now within reach,” the researchers wrote in their paper, „and the data presented here will enable ongoing efforts to complete the remaining human chromosomes.”The team’s data is fully available on GitHub, and the paper has been published in Nature
În 2003 s-a făcut istorie. Pentru prima dată, genomul uman a fost secvențiat. De atunci, îmbunătățirile tehnologice au permis modificări, ajustări și adăugiri, făcând din genomul uman cel mai precis și mai complet genom al vertebratelor secvențiat vreodată. Cu toate acestea, rămân unele lacune – inclusiv cromozomii umani. Avem o înțelegere destul de bună a acestora, în general, dar există încă câteva lacune în secvențe. Acum, pentru prima dată, geneticienii au închis unele dintre aceste lacune, oferindu-ne prima secvență completă, lipsită de lacune, de la capăt la capăt (sau de la telomer la telomer) a unui cromozom X uman. o nouă tehnică numită secvențierea nanoporei, care permite citirea ultra-lungă a șirurilor de ADN, oferind un ansamblu mai complet și secvențial. Acest lucru este în contrast cu tehnicile anterioare de secvențiere, în care doar secțiuni scurte puteau fi citite la un moment dat. Anterior, geneticienii trebuiau să compună aceste secțiuni ca un puzzle. Deși erau destul de buni la acest lucru, piesele tind să arate la fel, deci este foarte dificil să știi dacă o faci bine – nu doar ordinea corectă, ci câte repetări există în succesiune. Și, bineînțeles, există mici lacune. „Începem să constatăm că unele dintre aceste regiuni în care au existat lacune în secvența de referință sunt de fapt printre cele mai bogate variații ale populațiilor umane, așa că ne-au lipsit o mulțime de informații care ar putea fi importante pentru înțelegerea biologiei și a bolilor umane „, a declarat Karen Miga, de la Universitatea din California, Santa Cruz Genomics Institute. Aici intervine secvențierea nanoporilor. Acesta constă dintr-un nanopore proteic – o gaură la scară nanomatică – amplasată o membrană rezistentă electric. Curentul este aplicat membranei, care o trece prin nanopore. Când materialul genetic este alimentat în nanopor, schimbarea curentului poate fi tradusă într-o secvență genetică. Chiar mai bine, această tehnologie reduce dependența de reacția în lanț a polimerazei, o tehnică care amplifică ADN-ul prin crearea a milioane de copii ale acestuia. că Miga și echipa ei obișnuiau să studieze ADN-ul obținut dintr-un tip rar de tumoare uterină benignă, o aluniță hidatidiformă, împreună cu alte tehnologii de secvențiere – Illumina și PacBio – pentru a ne asigura că rezultatul final a fost cât mai complet posibil. „Am folosit un iterativ procesați peste trei platforme diferite de secvențiere pentru a lustrui secvența și a atinge un nivel ridicat de precizie „, a spus Miga. „Markerii unici oferă un sistem de ancorare pentru citirile ultra-lungi și, odată ce ancorați citirile, puteți utiliza mai multe seturi de date pentru a apela fiecare bază.” Chiar și cu aceste copii de rezervă, totuși, au rămas încă unele lacune – majoritatea în special în centromer, structura care leagă cromatidele: fire ca fire în care se divide un cromozom. Această regiune este vitală pentru mitoză – dar este, de asemenea, foarte complexă. În cromozomul X, este o regiune extrem de repetitivă care se întinde pe 3,1 milioane de perechi de baze ADN. Cercetătorii au reușit să rezolve această structură notoriu dificilă, căutând ușoare variații ale repetărilor. Aceste variații le-au permis oamenilor de știință să alinieze și să conecteze citirile lungi pentru a forma o secvență completă pentru centromer. „Pentru mine, ideea că putem pune împreună o repetare în tandem de 3 mega-baze este chiar uluitoare”, a spus Miga. „Acum putem ajunge la aceste regiuni repetate care acoperă milioane de baze care anterior se credeau intratabile.” Această abordare riguroasă a permis echipei să închidă toate cele 29 de goluri din referința actuală a cromozomului X. Este un pas important înainte în cadrul proiectului de cartografiere completă a genomului uman. „Rezultatele noastre demonstrează că finisarea întregului genom uman este acum la îndemână”, au scris cercetătorii în lucrarea lor, „iar datele prezentate aici vor permite eforturile continue de finalizare datele echipei sunt pe deplin disponibile pe GitHub, iar lucrarea a fost publicată în Nature
Mihail stories 