Wissenschaftler erstellen den weltweit größten Katalog menschlicher Genomvariationen | 2020

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Anonim

Das Nationale Institut für Humangenomforschung (NHGRI), das Teil der National Institutes of Health ist, hat dieses international öffentlich-private Forscherkonsortium in den USA, Großbritannien, China, Deutschland und Kanada mitfinanziert und geleitet.

In zwei am 30. September 2015 online veröffentlichten Studien, in Natur Die Forscher untersuchten das Genom von 2.504 Menschen aus 26 Populationen in Afrika, Ost- und Südasien, Europa und Amerika.

Im Wesentlichen Natur In einer Studie identifizierten die Forscher etwa 88 Millionen Standorte im menschlichen Genom, die sich von Mensch zu Mensch unterscheiden, und erstellten eine Datenbank, die den Forschern als Standardreferenz für die Unterschiede in der genomischen Zusammensetzung von Menschen in der Bevölkerung und auf der ganzen Welt zur Verfügung steht. Der Katalog verdoppelt die Anzahl der bekannten Variantenstellen im menschlichen Genom um mehr als das Doppelte und kann nun in einer Vielzahl von Studien der Humanbiologie und -medizin verwendet werden, um die Grundlage für ein neues Verständnis dafür zu schaffen, wie vererbte Unterschiede in der DNA zu Krankheiten beitragen können Risiko und Reaktion auf Medikamente.

Von den mehr als 88 Millionen identifizierten variablen Standorten hatten ungefähr 12 Millionen gemeinsame Varianten, die wahrscheinlich von vielen der Populationen geteilt wurden. Die Studie zeigte, dass die größte genomische Vielfalt in afrikanischen Populationen besteht, was mit den Beweisen übereinstimmt, dass Menschen aus Afrika stammen und dass Migrationen aus Afrika andere Populationen auf der ganzen Welt etablieren.

Zu den 26 untersuchten Populationen gehörten Gruppen wie die Esan in Nigeria; Kolumbianer in Medellin, Kolumbien; Iberische Bevölkerung in Spanien; Han-Chinesen in Peking; und Sri Lanka Tamil im Vereinigten Königreich. Alle für das Projekt untersuchten Personen stimmten einer umfassenden Veröffentlichung ihrer Daten zu, und die Daten können von Forschern auf der ganzen Welt verwendet werden.

"Das 1000-Genom-Projekt war eine ehrgeizige, historisch bedeutende Anstrengung, die eine wertvolle Ressource zur Variation des menschlichen Genoms hervorgebracht hat", sagte Eric Green, Ph.D., Direktor von NHGRI. "Die neuesten Daten und Erkenntnisse tragen zu einem wachsenden Verständnis der Variationsmuster im Genom des Einzelnen bei und bieten eine Grundlage für umfassendere Einblicke in die Genomik menschlicher Krankheiten."

Diese Berichte markieren den Höhepunkt des 1000-Genom-Projekts, bei dem mehr als 99 Prozent der Varianten im menschlichen Genom gefunden wurden, die in den untersuchten Populationen mit einer Häufigkeit von mindestens 1 Prozent vorkommen.

"Etwa 88 Millionen Stellen im Genom unterscheiden sich zwischen den Menschen. Etwa ein Viertel dieser Varianten sind häufig und kommen in vielen oder allen Populationen vor, während etwa drei Viertel nur bei 1 Prozent der Menschen vorkommen oder sogar noch seltener sind", sagte Lisa Brooks, Ph.D., Programmdirektor im NHGRI Genomic Variation Program. "Die Daten des 1000-Genom-Projekts sind eine Quelle für jede Studie, in der Wissenschaftler nach genomischen Beiträgen zu Krankheiten suchen, einschließlich der Untersuchung sowohl häufiger als auch seltener Varianten."

Eine der unmittelbareren Verwendungsmöglichkeiten von 1000 Daten des Genomprojekts sind Genom-weite Assoziationsstudien (GWAS), bei denen die Genome von Menschen mit und ohne Krankheit verglichen werden, um nach Regionen des Genoms zu suchen, die mit dieser Krankheit assoziierte genomische Varianten enthalten. Solche Studien finden im Allgemeinen mehrere mit einer Krankheit assoziierte Genomregionen und viele Varianten in jeder dieser Regionen. Wissenschaftler können nun GWAS-Daten mit den detaillierteren Daten des 1000-Genome-Projekts kombinieren, um genauer auf krankheitsrelevante Regionen einzugehen. Anstatt die Genome aller an einer Studie beteiligten Personen zu sequenzieren, können die Forscher anhand der 1000-Genome-Projektdaten die meisten Varianten in den mit der Krankheit assoziierten Regionen finden.

"Als das 1000-Genom-Projekt im Jahr 2008 ins Leben gerufen wurde, gab es wenig Verständnis dafür, wie selten Genomvarianten unter den Bevölkerungsgruppen auf der ganzen Welt verteilt waren und in welcher Beziehung sie zu anderen Varianten standen", sagte Dr. Adam Auton, die Hauptstudie Senior Author und Principal Investigator, der bis vor kurzem Assistenzprofessor für Genetik am Albert Einstein College of Medicine in New York City war.

"Das Projekt war ein Versuch, einen Referenzdatensatz der genomischen Variation zu erstellen. Er gibt Aufschluss über die Struktur der menschlichen genomischen Variation und Diversität", sagte Dr. Auton, der jetzt bei der Firma 23andMe in Mountain View, Kalifornien, arbeitet.

In einer Begleitzeitung in Natur untersuchten Wissenschaftler Unterschiede in der Struktur des Genoms in den 2.504 Proben. Sie fanden fast 69.000 Unterschiede, sogenannte Strukturvarianten. Diese genomischen Unterschiede, von denen viele Gene beeinflussten, umfassen Deletionen (DNA-Verlust), Insertionen (hinzugefügte DNA) und Duplikationen (zusätzliche DNA-Kopien). Die Forscher erstellten eine Karte mit acht Klassen von Strukturvarianten, die möglicherweise zur Krankheit beitragen.

"Strukturelle Variationen sind für einen großen Prozentsatz der Unterschiede in der DNA zwischen menschlichen Genomen verantwortlich", sagte Dr. Jan Korbel, Gruppenleiter und Forscher des Europäischen Forschungsrats in der Abteilung Genombiologie des Europäischen Laboratoriums für Molekularbiologie in Heidelberg . Dr. Korbel ist leitender Autor und Co-Principal Investigator für die Strukturvariationsstudie. "Keine Studie hat sich jemals mit genomischen Strukturvariationen befasst, bei denen die Populationen auf der ganzen Welt so breit vertreten sind."

Dr. Korbel, Co-Principal Investigator Evan Eichler, Professor für Genomwissenschaften und Forscher am Howard Hughes Medical Institute an der University of Washington in Seattle, und seine Kollegen stellten fest, dass strukturelle Varianten oft komplizierter waren, als sie ursprünglich dachten . Beispielsweise treten die meisten Inversionen, bei denen DNA-Sequenzen ihre Orientierung im Genom ändern, häufig zusammen mit anderen strukturellen Änderungen auf.

An Gonçalo Abecasis, Ph.D., Lehrstuhl für Biostatistik an der Universität von Michigan in Ann Arbor und Co-Principal Investigator für das Hauptfach Natur Studie geht der Wert des 1000-Genome-Projekts weit über die Daten hinaus. Fortschritte in der DNA-Sequenzierung und Bioinformatik waren für den Abschluss des Projekts von entscheidender Bedeutung.

"Wir haben eine Menge darüber gelernt, wie man Genomik im großen Maßstab macht", sagte Dr. Abecasis. "Im Laufe des 1000-Genom-Projekts haben wir neue, verbesserte Methoden für die DNA-Sequenzierung, -Analyse und -Interpretation von Genominformationen im großen Maßstab entwickelt und gelernt, wie diese Daten gespeichert werden können. Wir haben gelernt, wie man hochwertige Genomstudien in verschiedenen Verfahren durchführt." Kontexte und Teile der Welt. "

"Das 1000 Genomes Project hat den Grundstein für andere gelegt, um wirklich interessante Fragen zu beantworten", sagte Dr. Auton. "Jetzt möchte jeder wissen, was diese Varianten über menschliche Krankheiten aussagen."

Eine Reihe von Organisationen, Agenturen und anderen NIH-Instituten, darunter das National Cancer Institute, das National Heart, Lung und Blood Institute und das National Institute of General Medical Sciences, stellten ebenfalls Mittel für diese Forschung bereit.