Zephyrnet-logo

64 menselijke genomen als nieuwe referentie voor wereldwijde genetische diversiteit

Datum:

Publicatie in Science

BEELD

Krediet: David Porubsky, Universiteit van Washington

In 2001 kondigde het International Human Genome Sequencing Consortium het eerste ontwerp aan van de referentiesequentie voor het menselijk genoom. Het Human Genome Project, zoals het werd genoemd, had meer dan elf jaar werk gekost en er waren meer dan 1000 wetenschappers uit 40 landen bij betrokken. Deze referentie vertegenwoordigde echter geen enkel individu, maar is in plaats daarvan een samenstelling van mensen die de complexiteit van menselijke genetische variatie niet nauwkeurig konden vastleggen.

Hierop voortbouwend hebben wetenschappers de afgelopen 20 jaar veel sequentieprojecten uitgevoerd om genetische verschillen tussen een individu en het referentiegenoom te identificeren en te catalogiseren. Die verschillen waren meestal gericht op kleine enkele basisveranderingen en misten grotere genetische veranderingen. De huidige technologieën beginnen nu grotere verschillen te detecteren en te karakteriseren - structurele varianten genoemd - zoals invoegingen van enkele honderden letters. Structurele varianten hebben meer kans dan kleinere genetische verschillen om de genfunctie te verstoren.

Een internationaal onderzoeksteam heeft nu een artikel gepubliceerd in Wetenschap aankondiging van een nieuwe, aanzienlijk uitgebreidere referentiedataset die is verkregen met behulp van een combinatie van geavanceerde sequencing- en mappingtechnologieën. De nieuwe referentiedataset weerspiegelt 64 geassembleerde menselijke genomen, die 25 verschillende menselijke populaties van over de hele wereld vertegenwoordigen. Belangrijk is dat elk van de genomen werd samengesteld zonder begeleiding van het eerste menselijke genoom en als gevolg daarvan beter genetische verschillen van verschillende menselijke populaties vastlegt. De studie werd geleid door wetenschappers van het European Molecular Biology Laboratory Heidelberg (EMBL), de Heinrich Heine University Düsseldorf (HHU), The Jackson Laboratory for Genomic Medicine in Farmington, Conn. (JAX) en de University of Washington in Seattle (UW ).

"Met deze nieuwe referentiegegevens kunnen genetische verschillen met ongekende nauwkeurigheid worden bestudeerd tegen de achtergrond van wereldwijde genetische variatie, die de biomedische evaluatie van genetische varianten die door een individu worden gedragen, vergemakkelijkt", benadrukt de co-eerste auteur van de studie, Dr. Peter. Ebert van het Institute of Medical Biometry and Bioinformatics bij HHU. De verdeling van genetische varianten kan substantieel verschillen tussen bevolkingsgroepen als gevolg van spontane en continu optredende veranderingen in het erfelijk materiaal. Als een dergelijke mutatie gedurende vele generaties wordt doorgegeven, kan het een genetische variant worden die specifiek is voor die populatie.

De nieuwe referentiedata vormen een belangrijke basis om het volledige spectrum aan genetische varianten op te nemen in zogenaamde genoombrede associatiestudies. Het doel is om het individuele risico van het ontwikkelen van bepaalde ziekten zoals kanker in te schatten en de onderliggende moleculaire mechanismen te begrijpen. Dit kan op zijn beurt worden gebruikt als basis voor meer gerichte therapieën en preventieve geneeskunde.

Dit werk maakt mogelijk verdere toepassingen in de precisiegeneeskunde mogelijk. De werkzaamheid van geneesmiddelen kan bijvoorbeeld van persoon tot persoon verschillen op basis van hun genomen. De nieuwe referentiegegevens vertegenwoordigen nu het volledige scala van verschillende typen genetische varianten en bevatten menselijke genomen met een grote diversiteit. Daarom kan deze nieuwe bron bijdragen aan de ontwikkeling van nieuwe benaderingen in gepersonaliseerde geneeskunde, waarbij de selectie van therapieën is afgestemd op de individuele genetische achtergrond van de patiënt.

Deze studie bouwt voort op een nieuwe methode die deze onderzoekers vorig jaar in Nature Biotechnology) om nauwkeurig de twee componenten van iemands genoom te reconstrueren - een geërfd van iemands vader, een van iemands moeder. Bij het samenstellen van het genoom van een persoon elimineert deze methode de mogelijke vooroordelen die kunnen voortvloeien uit vergelijkingen met een onvolmaakt referentiegenoom.

###

bron

Peter Ebert *, Peter A. Audano *, Qihui Zhu *, Bernardo Rodriguez-Martin *, David Porubsky, Marc Jan Bonder, Arvis Sulovari, Jana Ebler, Weichen Zhou, Rebecca Serra Mari, Feyza Yilmaz, Xuefang Zhao, PingHsun Hsieh, Joyce Lee, Sushant Kumar, Jiadong Lin, Tobias Rausch, Yu Chen, Jingwen Ren, Martin Santamarina, Wolfram Höps, Hufsah Ashraf, Nelson T. Chuang, Xiaofei Yang, Katherine M. Munson, Alexandra P. Lewis, Susan Fairley, Luke J. Tallon, Wayne E.Clarke, Anna O. Basile, Marta Byrska-Bishop, Andre Corvelo, Uday S.Evani, Tsung-Yu Lu, Mark JP Chaisson, Junjie Chen, Chong Li, Harrison Brand, Aaron M. Wenger, Maryam Ghareghani , William T.Harvey, Benjamin Raeder, Patrick Hasenfeld, Allison A.Regier, Haley J. Abel, Ira M. Hall, Paul Flicek, Oliver Stegle, Mark B.Gerstein, Jose MC Tubio, Zepeng Mu, Yang I. Li, Xinghua Shi, Alex R.Hastie, Kai Ye, Zechen Chong, Ashley D.Sanders, Michael C.Zody, Michael E. Talkowski, Ryan E.Mills, Scott E. Devine, Charles Lee #, Jan O. Korbel #, Tobias Marsch all #, Evan E.Eichler #, Haplotype-opgeloste diverse menselijke genomen en geïntegreerde analyse van structurele variatie, Wetenschap 2021

* Co-eerste auteurs # Co-senior en co-corresponderende auteurs

Zitate

"Voor elk menselijk individu dat aan het onderzoek deelnam, identificeerden we niet één maar twee genomen - één voor elke set chromosomen", zegt Jan Korbel, Ph.D., hoofd Data Science bij het European Molecular Biology Laboratory (EMBL) in Heidelberg die het onderzoek bij EMBL leidde. Korbel voegde toe: “Mensen hebben twee sets chromosomen die ze van hun ouders ontvangen. Voorheen konden we niet onderscheiden of genetische variatie afkomstig was van de ene chromosoomset of de andere, en we konden dit nu oplossen dankzij de vooruitgang die werd geboekt door het Human Genome Structural Variation Consortium. Het is een opmerkelijke prestatie voor de ontdekking van genetische variatie bij mensen, die nu veel uitgebreider kan worden bestudeerd, waardoor de weg wordt vrijgemaakt om ziekteverwekkende genen beter te vinden. "

“Deze genomen zullen de weg banen naar een nieuwe golf van wetenschappelijke ontdekkingen over de biologie van het menselijk genoom en het verband tussen genetische variatie en ziekte”, zegt Bernardo Rodriguez-Martin, onderzoeker bij EMBL en co-eerste auteur. Rodriguez-Martin voegde toe: “Als voorbeeld konden we de leeftijd van sterk mutagene L1-herhalingen schatten. Het is zeer verrassend dat, hoewel deze sequenties tot 3 miljoen jaar geleden zijn ontstaan, ze het menselijk genoom regelmatig blijven muteren, wat af en toe leidt tot ziekten zoals kanker. "

“Nog maar een paar jaar geleden had ik niet kunnen denken dat het zo snel mogelijk zou worden om genomen tot deze volledigheid op te lossen. Dit werd mogelijk gemaakt door opwindende vooruitgang in zowel biotechnologische als computationele methoden. " zegt Dr. Peter Ebert, co-eerste auteur en computationeel bioloog aan de Heinrich Heine Universiteit Düsseldorf, Duitsland. “Geweldig om te zien dat deze technologie wordt toegepast op een diversiteitspanel van menselijke genomen. Deze genoomsequenties zullen in de toekomst een belangrijke bron zijn voor fundamenteel onderzoek en klinische genomica. "

Senior auteur prof. Dr. Tobias Marschall, die het onderzoek bij HHU leidde, voegde eraan toe dat “het bijzonder spannend was om te zien dat deze nieuwe genoomsequenties een veel gedetailleerdere analyse mogelijk maken van gegevens van standaard sequentietechnologieën, die routinematig worden toegepast op miljoenen genomen door onderzoekers en clinici over de hele wereld. " Hij gelooft dat "toekomstige studies om associaties te vinden tussen genetische varianten en vatbaarheid voor ziekten duidelijk zullen profiteren van deze nieuwe benadering."

"De eerste sequentie van het menselijk genoom was een enorme stap voorwaarts, maar was onvolledig", zegt Charles Lee, Ph.D., FACMG, directeur en professor, The Jackson Laboratory for Genomic Medicine. “Naast variatie op één basis weten we nu dat structurele varianten ook heel substantieel bijdragen aan genomische verschillen tussen individuen. Ons werk biedt een veel grondiger en nauwkeuriger venster op die genomische variatie tussen individuen en populaties, en het vertegenwoordigt een ongelooflijk waardevolle nieuwe bron voor de onderzoeksgemeenschap. "

"Het vastleggen van het volledige spectrum van structurele variatie in menselijke genomen is essentieel voor klinische toepassingen", zegt Qihui Zhu, Ph.D., computational scientist. “Deze varianten beïnvloeden de genfunctie en kunnen bijdragen aan ziekten, verschillen in respons op medicijnen en meer. Weten hoe ze verschillen tussen individuen en tussen populaties is nodig om effectievere genomische geneeskunde te implementeren. "

"Elk van deze individuele genomen wordt vollediger opgelost voor een fractie van de prijs van het eerste menselijke genoom", aldus senior auteur, Evan Eichler, hoogleraar genoomwetenschappen, University of Washington School Medicine die ook lid was van het oorspronkelijke menselijke genoom. Project. "We ontdekken opmerkelijke verschillen in genomische organisatie die tot nu toe over het hoofd zijn gezien. Als we deze verschillen begrijpen, zullen we beter in staat zijn om genetische ontdekkingen te doen met betrekking tot gezondheid en ziekte, vooral in groepen die traditioneel te weinig worden bediend door genomics-onderzoek".

Peter Audano, co-eerste auteur, University of Washington School Medicine, voegt eraan toe: “de technologie die we vandaag hebben, kan blinde vlekken zien met verborgen informatie over ziekten en onze geschiedenis. Met deze vooruitgang hebben we meer dan 100,000 structurele varianten ontdekt, waarvan er vele nieuw zijn en genen of genregulerende elementen beïnvloeden. "

Over EMBL

EMBL is het vlaggenschiplaboratorium van Europa voor de levenswetenschappen. EMBL werd in 1974 opgericht als een intergouvernementele organisatie en wordt ondersteund door 27 lidstaten, 2 toekomstige lidstaten en 2 geassocieerde lidstaten.

EMBL doet fundamenteel onderzoek in de moleculaire biologie en bestudeert het verhaal van het leven. Het instituut biedt diensten aan de wetenschappelijke gemeenschap; leidt de volgende generatie wetenschappers op en streeft naar integratie van de biowetenschappen in heel Europa.

EMBL is internationaal, innovatief en interdisciplinair. De meer dan 1800 medewerkers, afkomstig uit meer dan 80 landen, zijn actief op zes locaties in Barcelona (Spanje), Grenoble (Frankrijk), Hamburg (Duitsland), Heidelberg (Duitsland), Hinxton (VK) en Rome (Italië). EMBL-wetenschappers werken in onafhankelijke groepen en doen onderzoek en bieden diensten aan op alle gebieden van de moleculaire biologie.

EMBL-onderzoek stimuleert de ontwikkeling van nieuwe technologie en methoden in de levenswetenschappen. Het instituut zet zich in om deze kennis over te dragen ten behoeve van de samenleving.

https: //www.embl.de /

Over HHU

Heinrich Heine Universiteit Düsseldorf is een van de jongere instellingen voor hoger onderwijs in de deelstaat Noordrijn-Westfalen - opgericht in 1965. Sinds 1988 draagt ​​onze universiteit de naam van een van de beste zonen van de stad. Tegenwoordig studeren ongeveer 35,000 studenten op een moderne campus onder omstandigheden die bij uitstek geschikt zijn voor het academische leven.

Als campusuniversiteit waar alles dicht bij elkaar is, zijn alle gebouwen inclusief het Universitair Ziekenhuis en de gespecialiseerde bibliotheken gemakkelijk te bereiken. Onze universitaire afdelingen genieten een uitstekende reputatie dankzij een uitzonderlijk groot aantal collaboratieve onderzoekscentra. Bovendien biedt de deelstaathoofdstad Düsseldorf een aantrekkelijke omgeving met een hoge levenskwaliteit.

https: //www.huh.de /in /

Over het Jackson Laboratory

Het Jackson Laboratory is een onafhankelijke biomedische onderzoeksinstelling zonder winstoogmerk met meer dan 2,300 medewerkers. Het hoofdkantoor is gevestigd in Bar Harbor, Maine, en heeft een door het National Cancer Institute aangewezen kankercentrum, een instituut voor genomische geneeskunde in Farmington, Conn., En faciliteiten in Ellsworth en Augusta, Maine, in Sacramento, Californië, en in Beijing en Shanghai, China . Haar missie is om precieze genomische oplossingen voor ziekten te ontdekken en de wereldwijde biomedische gemeenschap in staat te stellen de gezamenlijke zoektocht naar de menselijke gezondheid te verbeteren. Voor meer informatie kunt u terecht op http: // www.Jax.org.

Over University of Washington School Medicine

http://www.uwgeneeskunde.org /Medische faculteit

Medienkontakt
Dr Arne Claussen
arne.claussen@hhu.de

Gerelateerd tijdschriftartikel

http://dx.doei.org /10.1126 /wetenschap.aff7117

Bron: https://bioengineer.org/64-human-genomes-as-new-reference-for-global-genetic-diversity/

spot_img

Laatste intelligentie

spot_img