Los avances técnicos en la lectura de secuencias largas de ADN tienen ramificaciones para comprender la evolución de los primates y la enfermedad humana.
El genoma del gorila de las tierras bajas occidentales ahora se ha secuenciado y ensamblado con un alto nivel de calidad, comenzando a acercarse al del genoma del ratón y el humano.
Una nueva tecnología de secuenciación basada en lecturas de secuencia más largas permite descubrir genes faltantes y formas faltantes de variación genética por primera vez. Este ensamblaje ofrece nuevos conocimientos biológicos sobre una especie viva que solo es superada por los chimpancés en su cercanía evolutiva con los humanos.
Reportando en la edición del 1 de abril de ciencia , investigadores dirigidos por Evan Eichler, profesor de ciencias genómicas de la Universidad de Washington, explicaron por qué los ensamblajes genómicos anteriores para el gorila y otros mamíferos se han fragmentado, incompleto y potencialmente engañoso :
Las tecnologías de secuenciación paralela masiva, al tiempo que aumentan la velocidad, mejoran la precisión y reducen el costo de la secuenciación del genoma, generalmente producen solo tramos cortos de secuencias llamadas "lecturas". Después de la secuenciación, las lecturas se vuelven a unir con el software de ensamblaje del genoma.
El programa intenta reconstruir el genoma original utilizando la superposición entre las lecturas de secuencia. Desafortunadamente, la presencia de ADN largo y repetitivo, que es común en los genomas humanos y otros primates, confunde el software de ensamblaje y hace que rompa el genoma enfragmentos muy pequeños
"Tales ensamblajes pueden ser como el queso suizo", dijo Eichler, "con mucha información biológica faltante en las lagunas". El genoma original publicado del gorila de las tierras bajas occidentales, creado utilizando la tecnología de lectura corta, dijo, estaba rotoen más de 400,000 piezas.
"Estas brechas no son aleatorias, sino que están agrupadas en sitios de repeticiones", dijo. "Si los genetistas no pueden capturar estas repeticiones y determinar las diferencias estructurales en los genomas, tienen problemas para comprender la organización de los genes y comparar la variación genética dentro de ellos".y entre especies "
Su equipo incluyó a los especialistas en bioinformática de la Universidad de Washington David Gordon y John Huddleston, así como a becarios posdoctorales, Mark Chaisson, Chris Hill y Zev Kronenberg. El equipo de investigación analizó el ADN en una muestra de sangre de un gorila hembra de las tierras bajas occidentales del zoológico Lincoln Park de Chicago.
Los investigadores utilizaron la tecnología de secuenciación de Molécula Única, Tiempo Real SMRT, las herramientas de ensamblaje Falcon y QUIVER, y otras técnicas para generar lecturas de secuencia largas. Estas fueron más de cien veces la longitud de las tecnologías de secuencia más populares.las lecturas largas les permitieron atravesar la mayoría de las regiones repetidas del genoma del gorila durante el ensamblaje.
El resultado fue un nuevo ensamblaje del genoma del gorila que era más grande y tenía muchas menos piezas. En lugar de 400,000 fragmentos, ahora hay solo 1,800 piezas. El tamaño promedio de los fragmentos del genoma fue 800 veces más grande con aproximadamente el 90 por ciento de todas las brechas enEl conjunto original cerrado.
Esta información adicional de secuenciación, observaron los investigadores, mejoró enormemente la anotación genética para esa especie de gorila. También condujo al descubrimiento de miles de segmentos codificadores de proteínas y péptidos y nuevos elementos reguladores que se habían perdido como parte de la primeraensamblaje del genoma.
Las diferencias en la forma en que se controlan los genes, o incluso la pérdida o la interrupción de ciertos elementos reguladores de genes, pueden explicar por qué los antepasados humanos evolucionaron para ser tan diferentes de sus parientes simios grandes.
Los científicos también encontraron decenas de miles de nuevas variantes estructurales, como eliminaciones o inserciones de ADN, que probablemente sean más importantes que las diferencias de pares de bases individuales más pequeñas que se catalogaron antes. Los pares de bases son los dos químicos que se unenen un peldaño en la escalera de ADN
"Mi motivación para estudiar genomas humanos y de grandes simios", dijo Eichler, "es tratar de aprender lo que nos hace funcionar como especie. Me gustaría ver una reconstrucción de todos los genomas de grandes simios, incluido el chimpancéy el orangután, para obtener una visión integral de las variantes genéticas que distinguen a los humanos de los grandes simios. Creo que hay mucha más variación genética de lo que habíamos pensado anteriormente. El primer paso es encontrarla ".
Entre las áreas donde los investigadores han visto diferencias interesantes entre humanos y gorilas están en los genes asociados con la percepción sensorial, la producción de queratina una proteína de la piel, la regulación de la insulina, la inmunidad, la reproducción y la señalización celular.
El nuevo ensamblaje del genoma también proporciona nuevas pistas sobre la historia evolutiva del gorila de tierras bajas. Estudios anteriores han demostrado que la población de gorilas sufrió un cuello de botella en un pasado no muy lejano, pero los análisis con el nuevo genoma muestran que el cuello de botella fue más gravede lo que se pensaba anteriormente.
Los patrones de variación genética dentro del genoma del gorila pueden proporcionar evidencia de cómo las enfermedades, el cambio climático y la actividad humana afectan a las poblaciones de gorilas de tierras bajas.
"Creo que el mensaje para llevar a casa", dijo Eichler, "es que la nueva tecnología y ensamblaje del genoma nos traen de vuelta al lugar donde deberíamos haber estado hace 10 años".
"La tecnología de secuenciación y la biología computacional", escribieron Eichler y su equipo en su artículo, "ahora han avanzado a la etapa donde los laboratorios individuales pueden generar genomas de mamíferos de alta calidad. Esta capacidad tiene la promesa de revolucionar nuestra comprensión de la evolución del genoma ybiología de especies "
Eichler agregó que es probable que estos avances también contribuyan en gran medida a la investigación sobre los fundamentos genéticos de la enfermedad humana, especialmente si se secuencian más genomas humanos de esta manera.
"Como investigadores médicos, si dependemos solo de secuencias cortas de lectura, hay una grieta en nuestra armadura. El trabajo en gorilas y otros genomas humanos demuestra claramente que grandes extensiones de variación genética no se pueden entender con la secuencia corta de lecturaenfoques. La secuencia de lectura larga nos permite acceder a nuevos niveles de variación genética que antes eran inaccesibles, inaccesibles ", dijo.
Sin embargo, agregó, "a $ 80,000 cada uno, el precio aún no es el correcto para la secuenciación clínica de genomas humanos usando las lecturas largas. Dados algunos años de años de reducción de costos y nuevos avances en tecnología, estoy dispuesto aApuesto a que esta es la forma en que secuenciaremos los genomas humanos para descubrir mutaciones que causen enfermedades en el futuro ".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Ciencias de la Salud de Washington / Medicina de la Universidad de Washington . Original escrito por Leila Gray. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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