Через двадцять років після завершення проекту «Геном людини» вчені продовжують заповнювати прогалини, які вони залишили. Нещодавно їм вдалося встановити послідовність чоловічої статевої хромосоми, особливо важкої для секвенування.
Геном людини містить близько трьох мільярдів пар основ, ланок ДНК. Ці ланцюжки розділені на 22 пари звичайних хромосом і ще дві статеві, X і Y: наявність двох Х-хромосом визначає жіночий генотип, а заміна однієї з них на Y — чоловічий. Y-хромосома в кілька разів менше інших і містить не так вже й багато генів. Однак в її послідовності присутня безліч повторюваних ділянок, через що розшифрувати її довгий час не вдавалося. Цю роботу завершили лише тепер, про що розказано в новій статті, опублікованій в журналі Nature.
Послідовність нашої ДНК була в цілому визначена в рамках програми “Геном людини”, що стала найбільшим міжнародним проектом в історії біології. Він стартував ще в 1990 році і до 2003-го випустив варіант, який охопив більше 90 відсотків людської ДНК, за винятком окремих ділянок, особливо складних для секвенування, — наприклад, кінцевих (теломери) і центральних (центромери) ділянок хромосом. Відтоді вчені потроху закривають і ці проломи. Для такої роботи організували новий міжнародний консорціум T2t. Завдяки йому центромери і теломери розшифрували в 2022 році, а тепер справа дійшла до чоловічої статевої хромосоми.
Річ у тім, що класичний підхід до секвенування ДНК вимагає розрізати її на короткі фрагменти, потім розмножити кожен з них, визначити послідовність нуклеотидів — і з’єднати ці послідовності разом. При цьому доводиться орієнтуватися на ділянки, однакові для фрагментів, які розташовуються по сусідству у вихідній ланцюжку ДНК. Однак з Y-хромосомою такий прийом не працює: в ній міститься занадто багато монотонних повторів, багато з нарізаних фрагментів виходять однаковими, і неясно, як і в якому порядку їх об’єднувати в ланцюжок.
- Експеримент у космосі: насіння вирощуються для отримання більш врожайних та стійких рослин
- Біологи дізналися, як ракові клітини вислизають від імунної системи
- Дослідження: 400 ліків і методів лікування визнані застарілими
Тому для секвенування Y-хромосоми використовували більш сучасний метод, розроблений британською компанією Oxford Nanopore. При цьому нитки ДНК продавлюються крізь спеціальні мембрани з крихітними порами. У міру того як одна ланка за іншою просувається крізь отвір, найтонші електроди реєструють зміни електричного поля. Ці зміни залежать від виду нуклеотиду, дозволяючи визначити його вид. Такий підхід застосував і великий міжнародний колектив, який працював з Y-хромосомою.
Одночасно з результатами цієї групи в тому ж випуску журналу Nature опублікована стаття їх колег, які теж займалися секвенуванням Y-хромосоми. Її автори встановили послідовність ДНК чоловічої хромосоми не одного, а відразу для 43 чоловіків різного походження, хоча і не настільки повно, як конкуруючий Консорціум Т2Т, який працював на чолі з Карен Міга (Karen Miga), професором Каліфорнійського університету в Санта-Крузі.
В цілому на Y-хромосомі виявили 106 кодують білки ділянок. Це на 41 більше, ніж було відомо дотепер, хоча більшість з них є копіями одного і того ж гена, TSPY1, який бере участь у сперматогенезі. Точна кількість копій варіюється від зразка до зразка і може становити від 23 до 39. Відповідно, у різних чоловіків виявляється різною і загальна довжина Y-хромосоми. Можливо, число TSPY1 має якийсь вплив на фертильність, але однозначних вказівок на це вчені поки не виявили.