Човешката Y-хромозома най-накрая е напълно секвенирана и разкрива своите тайни
Картографирането на човешкия геном доближи решителен стадий с цялостното секвениране на Y-хромозомата. Това достижение, резултат от интернационално съдействие, разкрива неразучени аспекти на нашата биология. Y-хромозомата е освен определяща за мъжкия пол, само че въздейства и върху други аспекти на нашето здраве, в това число риска от рак. Това изобретение безспорно ще бъде от изгода за медицинските проучвания и ще открие нови пътища за лекуване.
Човешкият геном, същински отпечатък на биологичното ни завещание, отдавна остава ненапълно изследван, изключително що се отнася до Y хромозомата. Тази хромозома, която постоянно остава на назад във времето в генетичните проучвания, само че въпреки всичко съдържа основни сведения за нашата биология и еволюция.
Международна колаборация, ръководена от консорциума Telomere-to-Telomere (T2T), финансирана от Националния институт за проучване на човешкия геном (NHGRI), разкри цялата поредност на Y хромозомата. Този пробив безспорно ще бъде от изгода за проучванията на някои заболявания и ще хвърли светлина върху малко познати области от нашата биология. Всички детайлности са оповестени в списание Nature.
Сложната роля на Y хромозомата
Науката от дълго време смята половите хромозоми X и Y за главните фактори, определящи биологичния пол. Но този банален взор на нещата не дава визия за сложността на Y хромозомата. Въпреки че тя играе решаваща роля в определянето на мъжкия пол, нейната роля не се изчерпва с това. Всъщност тя играе значима роля в половото развиване, организирайки редица биологични процеси, които надалеч надвишават елементарното разграничаване сред мъжкия и женския пол.
Нещо повече, последните достижения в региона на геномиката разкриха незнайни до момента функционалности на Y-хромозомата. Установено е, че някои от нейните гени въздействат върху риска от развиване и напредване на някои форми на рак. Тези открития оспорват предходните догатки за Y-хромозомата и акцентират нейното значение в доста аспекти на човешката биология.
Всъщност, когато учените и медиците изследват човешкия геном, те съпоставят неговата ДНК с тази на общоприета проба, с цел да разпознават вариациите. Досега в частта на Y-хромозомата в човешкия геном имаше огромни пропуски от близо 50%, което затрудняваше разбирането на вариациите и обвързваните с тях болести.
Преодоляване на механически трудности
Секвенирането на ДНК е сложен развой, изключително когато става въпрос за комплицирани геномни области като Y-хромозомата. Нейната конструкция е цялостна с повтарящи се последователности, което я прави сложна за сглобяване като пъзел с доста идентични детайли.
По-специално, част от нейната ДНК е проведена като палиндроми – дълги идентични последователности, които се повтарят и не престават напред и наброяват над един милион базови двойки. Освен това доста огромна част от Y-хромозомата, която липсваше в предходната версия на референтния Y, съставлява сателитна ДНК – огромни, мощно повтарящи се сектори от ДНК, които не кодират протеини. В Y хромозомата двата спътника са свързани между тях, което в допълнение усложнява процеса на секвениране – означават откривателите в известие за пресата.
Стандартните принадлежности за секвениране, въпреки и ефикасни за множеството геномни области, са лимитирани, когато става въпрос за разчитане на дълги ДНК последователности. Те могат да обработват единствено къси низове едновременно, което в допълнение усложнява сглобяването на повтарящите се последователности на Y хромозомата.
Но макар тези спънки появяването на нови технологии за секвениране направи допустимо разчитането на по-дълги ДНК фрагменти, което улеснява сглобяването на последователностите. Освен това е създаден актуален програмен продукт, който разрешава тези фрагменти да бъдат сортирани и сглобявани с по-голяма акуратност.
Контаминацията (замърсяването) в бактериалните геноми
Неочакван резултат от тази научна работа е, че Y-хромозомната ДНК неведнъж е била бъркана с бактериалната ДНК в предходни изследвания заради непълното изключване на човешката контаминация в бактериалната ДНК. Това изобретение дава обещание да усъвършенства проучването на бактериалния геном.
При проучване на бактериална ДНК, взета от човешка кожа, човешката ДНК може да бъде объркана с бактериалната ДНК. За да отстраняват това замърсяване, откривателите са употребявали човешкия геном като референтен. Но отсъствието на избрани области от Y-хромозомата в предходните стандарти е довело до комплициране посредством разбъркване на човешка ДНК с ДНК от изследваните бактерии.
Този документ демонстрира, че към 5 000 бактериални генома в споделената база данни евентуално съдържат замърсяване, съответстващо на човешките Y-последователности.
Медицинските и еволюционните последствия
Пълната поредност на Y-хромозомата може да разкрие незнайни или едва проучени до момента гени. Тези гени могат да играят основна роля в другите биологични процеси, в това число в мъжката плодовитост. Така да вземем за пример един от новодекодираните райони се назовава район на фактора азооспермия – сектор от ДНК, съдържащ няколко гена, за които е известно, че вземат участие в производството на сперматозоиди. Разбирането на генетичните механизми, лежащи в основата на плодовитостта, може да докара до новаторски способи за лекуване на плодовитостта или до по-ефективни контрацептивни способи.
И най-после, в допълнение към фертилността, редица други генетични нарушавания, свързани с Y хромозомата, могат да бъдат по-добре разбрани. Адам Филипи, основен откривател в NHGRI и началник на консорциума, изяснява:
„ Когато се откриват вариации, които в никакъв случай не са били следени преди, постоянно има вяра, че тези геномни разновидности ще се окажат значими за разбирането на човешкото здраве. Геномните разновидности, които са от здравно значение, могат да ни оказват помощ да разработим по-добри диагностични средства в близкото бъдеще “.
И най-после, цялостната поредност на Y-хромозомата е значима за човешкия пангеном, който има за цел да показа генетичното многообразие на нашия тип като цяло. Чрез консолидираното на тази поредност пангеномът ще стане по-пълен и прецизен. Нещо повече, това изобретение хвърля светлина върху сенчести области на нашата еволюция. Чрез детайлно проучване на Y-хромозомата откривателите могат да проследят родословните линии, предоставяйки нов взор върху миграциите, акомодациите и взаимоотношенията на нашите предшественици.
