Cientistas afirmam ter mapeado 100% do genoma humano

Os cientistas afirmam ter sequenciado todo o genoma humano. Além disso, arte rupestre pré-histórica de uma tumba escocesa e o mapa 3D mais detalhado do Universo já feito.

Uma equipe internacional de cientistas afirma que sequenciou e montou todo o genoma humano, incluindo partes que foram perdidas no sequenciamento do primeiro genoma humano há duas décadas.

A afirmação, se confirmada, supera a conquista apontada por líderes do Projeto Genoma Humano e da Celera Genomics no gramado da Casa Branca em 2000, quando anunciaram o sequenciamento do primeiro esboço do genoma humano. Esse rascunho histórico e as subsequentes sequências de DNA humano perderam cerca de 8% do genoma.

O sequenciamento do novo genoma preenche essas lacunas usando a nova tecnologia. Tem várias limitações, no entanto, incluindo o tipo de linha celular que os pesquisadores usaram para acelerar seus esforços.

O trabalho foi detalhado em 27 de maio em uma pré-impressão (pre-print), o que significa que ainda não foi revisado por pares.

“Você está apenas tentando explorar essa incógnita final do genoma humano”, disse Karen Miga, pesquisadora da Universidade da Califórnia, em Santa Cruz, que co-liderou o consórcio internacional que criou a sequência. “Isso nunca foi feito antes e a razão pela qual não foi feito antes é porque é difícil.”

Miga enfatizou que não considerará o anúncio oficial até que o artigo seja revisado por pares e publicado em uma revista médica.

O novo genoma é um salto adiante, dizem os pesquisadores, que foi possibilitado por novas tecnologias de sequenciamento de DNA desenvolvidas por duas empresas do setor privado: Pacific Biosciences de Menlo Park, Califórnia, também conhecida como PacBio, e Oxford Nanopore, de Oxford Science Park, Reino Unido Suas tecnologias de leitura de DNA têm vantagens muito específicas sobre as ferramentas que há muito tempo são consideradas o padrão ouro dos pesquisadores.

Ewan Birney, o vice-diretor geral do Laboratório Europeu de Biologia Molecular, classificou o resultado como “um tour de force técnico”. Os documentos originais do genoma foram redigidos cuidadosamente porque não sequenciaram todas as moléculas de DNA de uma extremidade à outra, observou ele. “O que esse grupo fez é mostrar que eles podem fazer isso de ponta a ponta.” Isso é importante para pesquisas futuras, disse ele, porque mostra o que é possível.

George Church, biólogo de Harvard e pioneiro do sequenciamento, chamou o trabalho de “muito importante”. Ele disse que gosta de observar em suas palestras que até agora ninguém sequenciou todo o genoma de um vertebrado – algo que não é mais verdade, se o novo trabalho for confirmado.

Uma pergunta importante e sem resposta: Qual a importância dessas peças que faltam no quebra-cabeça humano? O consórcio disse que aumentou o número de bases de DNA de 2,92 bilhões para 3,05 bilhões, um aumento de 4,5%. Mas a contagem de genes codificadores de proteínas aumentou apenas 0,4%, para 19.969. Isso não significa, enfatizaram os pesquisadores, que o trabalho não poderia levar a outros novos insights, incluindo aqueles relacionados a como os genes são regulados.

A sequência de DNA usada não era de uma pessoa, mas de uma mola hidatiforme, um crescimento no útero de uma mulher causado quando o espermatozóide fertilizou um óvulo que não tinha núcleo. Isso significava que continha duas cópias dos mesmos 23 cromossomos, em vez de dois conjuntos diferentes de cromossomos, como ocorre com as células humanas normais.

Os pesquisadores escolheram essas células, que haviam sido mantidas em laboratório, porque tornavam mais simples o esforço computacional de criação da sequência de DNA. O rascunho original do genoma criado em 2003 também continha apenas 23 cromossomos, mas como as tecnologias de sequenciamento de DNA se tornaram mais baratas e simples, os pesquisadores tenderam a sequenciar todos os 46 cromossomos.

Elaine Mardis, co-diretora executiva do Instituto de Medicina Genômica do Hospital Infantil Nationwide, preocupada com o fato de que essas linhagens celulares foram mantidas no laboratório, potencialmente mutantes, a nova informação genética “pode ​​ser em grande parte os detritos que se acumulam como uma linhagem celular. propagado ao longo de muitos anos na cultura. ”

Miga disse que estudos da linha celular mostraram que ela é semelhante às células humanas e que os pesquisadores usaram células que foram mantidas congeladas, sem propagação por muitos anos. “Fizemos um grande esforço nas preprints para demonstrar que essas novas sequências servem como referência biológica para genomas humanos”, escreveu Miga por e-mail. Ela concordou que o próximo passo seria o grupo tentar sequenciar todos os 46 cromossomos, conhecido como genoma diplóide.

Por que demorou 20 anos para que os últimos 8% do genoma fossem sequenciados, mesmo quando o custo de sequenciamento do restante do genoma caiu de US$300 milhões para tão pouco quanto US$300? A resposta tem a ver com a forma como as tecnologias de sequenciamento de DNA funcionam.

Os atuais sequenciadores de DNA robustos, feitos pela Illumina, pegam pequenos fragmentos de DNA, os decodificam e remontam o quebra-cabeça resultante. Isso funciona bem para a maior parte do genoma, mas não em áreas onde o código do DNA é o resultado de longos padrões repetidos. Se um supercomputador tivesse apenas pequenos fragmentos, como ele poderia montar uma sequência de DNA que repetisse “AGAGAGA” para bases sobre bases? Essa é a aparência dos 8% ausentes do genoma.

Entre essas regiões “não mapeáveis” estava uma das estruturas mais reconhecidas na biologia. Se você já olhou para os cromossomos (pense na biologia do ensino médio), eles se parecem com cordas que foram amarradas juntas. Esses nós são centrômeros, feixes de DNA que mantêm os cromossomos juntos. Eles desempenham um papel fundamental na divisão celular. E eles estão cheios de repetições.

Foram os centrômeros, aliás, que levaram Miga a querer ver essas regiões que faltam.

“Por que as regiões que são tão fundamentais para a vida, tão fundamentais para o funcionamento da célula, estão posicionadas sobre partes de nosso genoma que são esses mares gigantes de repetições tandem?” ela se lembra de perguntar quando era uma estudante de graduação.

Foi essa questão que a levou, em discussão com Adam Phillippy, pesquisador do National Institutes of Health, a propor o início de sua iniciativa atual, chamada Telomere 2 Telomere Consortium, após os telômeros, que são as extremidades do cromossomo, em 2019. Eles contrataram Evan Eichler, um biólogo da Universidade de Washington que há anos se preocupava com a falta de partes do genoma como coautor.

O trabalho foi possível porque as tecnologias Oxford Nanopore e PacBio não cortam o DNA em minúsculas peças de um quebra-cabeça. A tecnologia Oxford Nanopore executa uma molécula de DNA através de um pequeno orifício, resultando em uma sequência muito longa. A tecnologia PacBio usa lasers para examinar a mesma sequência de DNA repetidamente, criando uma leitura que pode ser altamente precisa. Ambos são mais caros do que a tecnologia existente da Illumina.

As empresas estão em uma corrida acirrada. Para este projeto, dizem os pesquisadores, a precisão da tecnologia PacBio provou ser inestimável, e eles usaram Oxford Nanopore para terminar algumas áreas. Mas Oxford Nanopore já promete tecnologia nova e mais utilizável. “No aqui e agora, o PacBio tem a vantagem, mas não está claro por quanto tempo eles serão capazes de mantê-la”, disse Michael Schatz, professor associado da Universidade Johns Hopkins.

Todos os pesquisadores falaram de uma visão do futuro em que, em vez de usar um único genoma de referência, eles reuniriam centenas de genomas diferentes e completos que estão interligados e etnicamente diversos, e podem ser usados ​​como referências. Miga também está ajudando a liderar esse trabalho. E este é apenas um passo nessa direção.

Mas até agora, diz Schatz, sempre houve perguntas sobre o que estava faltando. Agora, finalmente, temos os dados certos ”, disse ele. “Temos a tecnologia certa.”

Com informações da Nature