Beidzot pabeigts pa īstam – sekvencēts viss cilvēka genoms

"The Human Genome Project" iniciatīva tika uzsākta 1990. gadā un noslēdzās 2003. gadā ar pirmā gandrīz pilnīgā cilvēka genoma sekvencēšanu. Precīzāk – bija izdevies "atkost" 92% no genoma. To var uztvert kā pirmo cilvēka genoma sekvences "melnrakstu". Atlikušie 8% izrādījās īpaši ciets rieksts, un tobrīd galvenais ierobežojums bija pieejamās tehnoloģijas.

Īsi atgādināsim dažas pamatlietas par to, kas tad veido mūsu genomu. Gēns ir dezoksiribonukleīnskābes jeb DNS molekulas daļa. Vienpavediena DNS sastāv no nukleotīdiem jeb, vienkārši sakot, "burtiņiem" noteiktā secībā. Nukleotīdi ir adenīns (A), timīns (T), guanīns (G) un citozīns (C). Divpavedienu DNS – atpazīstamā DNS dubultspirāle – veidojas no diviem vienpavediena DNS, kur nukleotīdi sasaistās savā starpā ar ūdeņraža saitēm un veido bāzu pārus. Šādi saslēgties var tikai adenīns ar timīnu un guanīns ar citozīnu. Molekulārā bioloģe un genoma pētniece Gabriele Hārtlija izmanto analoģiju ar grāmatu. Nukleotīdi ir burti, kas apkopoti hromosomās (nodaļās). Šīs nodaļas savukārt sastāv no rindkopām (gēniem).

Cilvēka genomu veido apmēram trīs miljardi nukleotīdu pāru. Olbaltumvielu kodēšanā piedalās tikai kādi 20 tūkstoši gēnu jeb apmēram 1% no kopējā cilvēka genoma sekvences garuma. Atlikušie 99% genoma ir DNS sekvences, kas, piemēram, pilda kādas regulējošas funkcijas (regulē citu gēnu darbību). Daļa ir tā saucamie "pseidogēni" jeb relikti, kas vairs nepilda noteiktu funkciju. Turklāt liela daļa – pat vairāk nekā puse – cilvēka genoma sastāv no sekvencēm, kas atkārtojas. Daudzas jo daudzas identisku vai gandrīz identisku sekvenču kopijas. Un tieši tas bija iemesls, kāpēc gadsimta sākumā ar tobrīd modernākajām tehnoloģijām varēja atšifrēt 92% cilvēka genoma, nevis visus 100%. Projekta vadītāji gan toreiz arī vārdus izvēlējās uzmanīgi un neapgalvoja, ka līdz pēdējam nukleotīdam sekvencēts viss genoms.

Zinātnieki jau toreiz zināja, ka fragmenti no genoma iztrūkst. "Tomēr nedomāju, ka kāds no mums aptvēra, cik lieli vai interesanti bija šie iztrūkstošie fragmenti," izdevumam "Time" skaidro Džona Hopkinsa universitātes bioloģijas un datorzinātņu profesors Maikls Šacs. Kopš tā laika ģenētiķi daļu pa daļai mēģināja sekvencēt un genomā ievietot trūkstošos fragmentus.

"The Human Genome Project" laikā pirms 20 gadiem pieejamās tehnoloģijas varēja nolasīt vien apmēram 500 nukleotīdu sekvences reizē. Šie īsie fragmenti tad attiecīgi bija jāsavieto pareizajās vietās kā milzu puzle ar tūkstošiem atsevišķu gabaliņu. Un, gluži kā galda puzlei, jo viendabīgāks attēls un ar mazāk kontrastējošām detaļām, jo grūtāk saprast, kur katrs gabaliņš jāievieto. Puzli ar dzīvīgas pilsētas ainavu noteikti ir vieglāk salikt, nekā puzli, kurā redzams tuksnesis vienmuļās krāsās.

Lūk, ar tikai 500 nukleotīdu garām sekvencēm toreiz bija visai grūti atrast vietas, kas pārklājas, un savietot šos fragmentus pareizā secībā. Pirmajā cilvēka genoma uzmetumā, kaut par deviņām desmitdaļām pabeigtā, aizvien bija robi, kas mērāmi miljonos nukleotīdu. Šobrīd DNS sekvencēšanas tehnoloģijas ļauj sekvencēt vairākus desmitus tūkstošu nukleotīdu garus DNS fragmentus. Kā salīdzina Gabriele Hārtlija, 1000 gabaliņu puzle nu kļuva par 100 gabaliņu puzli – daudz vieglāk savietojamu arī tad, ja gari mūsu DNS fragmenti ir gandrīz vai identiski. Pēc cītīga darba konsorcijs "Telomere-to-Telomere" (T2T) paziņojis, ka šie robi nu beidzot aizpildīti.

31. martā izdevumā "Science" publiskots pētījums par pirmo pilnīgi sekvencēto cilvēka genomu. Aptuveni 200 miljoni nukleotīdu nu ir pareizajā vietā un pareizajā secībā, un tie veido apmēram 1900 gēnus (lielākā daļa no tiem ir jau iepriekš zināmu gēnu kopijas).

Pilnīgāka izpratne par cilvēka genomu ir ar lielu nozīmi veselības aprūpē, gan izprotot dažādu slimību darbības mehānismu, gan attiecīgi izstrādājot preparātus un ārstēšanas metodes. Tāpat pētnieki varēs gūt labāku ieskatu par mūsu senču evolūciju un to virzošajiem faktoriem.