Para peneliti mengklaim telah mengurutkan seluruh genom manusia

SebuahSebuah tim ilmuwan internasional mengatakan telah mengurutkan seluruh genom manusia, termasuk bagian-bagian yang tidak ditemukan dalam sekuens genom manusia pertama dua dekade lalu.

Klaim ini, jika dikonfirmasi, melampaui prestasi yang dibuat oleh para pemimpin Proyek Genom Manusia dan Celera Genomics di halaman Gedung Putih pada tahun 2000, ketika mereka mengumumkan pengurutan draf pertama genom manusia. Draf bersejarah ini, dan sekuensing DNA manusia berikutnya, semuanya melewatkan sekitar 8% genom.

Pengurutan genom baru mengisi celah ini menggunakan teknologi baru. Namun, ia memiliki berbagai keterbatasan, termasuk jenis garis sel yang digunakan para peneliti untuk mempercepat upaya mereka.

Iklan

pekerjaan adalah Detail 27 Mei dalam pracetak, yang berarti belum ditinjau oleh rekan sejawat.

“Anda hanya mencoba untuk meneliti genom manusia terakhir yang tidak diketahui ini,” kata Karen Mega, seorang peneliti di University of California, Santa Cruz, yang ikut memimpin konsorsium internasional yang menciptakan pengurutan. “Itu belum pernah dilakukan sebelumnya dan alasan itu belum pernah dilakukan sebelumnya adalah karena sulit.”

Iklan

Mega menegaskan bahwa dia tidak akan mempertimbangkan pengumuman resmi sampai makalah itu ditinjau dan diterbitkan dalam jurnal medis.

Para peneliti mengatakan genom baru adalah lompatan ke depan, dimungkinkan oleh teknologi sekuensing DNA baru yang dikembangkan oleh dua perusahaan swasta: Pacific Biosciences di Menlo Park, California, juga dikenal sebagai BacBio, dan Oxford Nanopore, dari Oxford Science Park, Inggris. Teknik pembacaan DNA mereka memiliki keunggulan yang sangat spesifik dibandingkan alat yang telah lama dianggap sebagai standar emas bagi para peneliti.

Euan Birney, Wakil Direktur Jenderal Laboratorium Biologi Molekuler Eropa, menggambarkan hasilnya sebagai “putaran teknis yang kuat”. Dia mencatat bahwa kertas genom asli dibuat dengan hati-hati karena mereka tidak mengurutkan setiap molekul DNA dari satu ujung ke ujung lainnya. “Apa yang telah dilakukan kelompok ini adalah untuk menunjukkan bahwa mereka dapat melakukan ini dari ujung ke ujung.” Ini penting untuk penelitian masa depan, katanya, karena menunjukkan apa yang mungkin.

George Church, seorang ahli biologi Harvard dan pelopor pengurutan, menggambarkan pekerjaan itu sebagai “sangat penting.” Dia mengatakan dia suka mencatat dalam percakapannya bahwa sejauh ini tidak ada yang mengurutkan seluruh genom vertebrata – sesuatu yang tidak lagi benar, jika pekerjaan baru dikonfirmasi.

Satu pertanyaan penting yang belum terjawab: Seberapa penting potongan teka-teki manusia yang hilang ini? Konsorsium mengatakan telah meningkatkan jumlah basa DNA dari 2,92 miliar menjadi 3,05 miliar, meningkat 4,5%. Tetapi jumlah gen meningkat hanya 0,4%, menjadi 19.669. Ini tidak berarti bahwa pekerjaan itu juga tidak dapat mengarah pada wawasan baru lainnya, termasuk tentang bagaimana gen diatur, para peneliti menekankan.

Urutan DNA yang digunakan bukan dari seseorang, tetapi dari mola hidatidosa, suatu pertumbuhan dalam rahim wanita yang terjadi ketika sperma membuahi sel telur yang tidak mengandung nukleus. Ini berarti ia memiliki 23 kromosom, seperti sperma atau sel telur, dan bukan 46.

Para peneliti memilih sel-sel ini, yang diawetkan di laboratorium, karena ini membuat upaya komputasi untuk membuat urutan DNA lebih sederhana. Proyek Genom asli yang didirikan pada tahun 2003 juga hanya berisi 23 kromosom, tetapi karena teknik pengurutan DNA menjadi lebih murah dan sederhana, para peneliti cenderung mengurutkan semua 46 kromosom.

Allen Mardis, direktur eksekutif Institute for Genomic Medicine di Nationwide Children’s Hospital, khawatir bahwa informasi genetik baru dapat berubah karena penyimpanan garis sel ini di laboratorium.”Untuk sebagian besar itu adalah residu yang terakumulasi sebagai garis sel menyebar selama bertahun-tahun dalam budaya.”

Mega mengatakan studi garis sel menunjukkan bahwa itu menyerupai sel manusia, dan para peneliti menggunakan sel yang telah dibekukan, tidak beredar, selama bertahun-tahun. Langkah selanjutnya, dia setuju, adalah kelompok itu mencoba mengatur semua 46 kromosom, yang dikenal sebagai genom diploid.

Mengapa butuh 20 tahun untuk 8% terakhir genom untuk diurutkan, bahkan dengan biaya pengurutan sisa genom turun dari $300 juta menjadi $300? Jawabannya berkaitan dengan cara kerja teknologi pengurutan DNA.

Sekuenser DNA saat ini, yang dibuat oleh Illumina, mengambil potongan-potongan kecil DNA, memecahkan kodenya, dan menyusun kembali teka-teki yang dihasilkan. Ini bekerja dengan baik untuk sebagian besar genom, tetapi tidak di daerah di mana kode DNA adalah hasil dari pola pengulangan yang panjang. Jika sebuah superkomputer hanya berisi bagian-bagian kecil, bagaimana ia dapat merakit urutan DNA yang mengulangi “AGAGAGA” berdasarkan basis? Seperti inilah 8% dari genom yang hilang.

Di antara area “tidak berpasangan” ini adalah salah satu struktur paling terkenal dalam biologi. Jika Anda pernah melihat kromosom (pikirkan kembali ke biologi sekolah menengah), mereka terlihat seperti benang yang disatukan. Node ini adalah sentriol, yang merupakan bundel DNA yang menghubungkan kromosom bersama-sama. Mereka memainkan peran utama dalam pembelahan sel. Itu penuh dengan pengulangan.

Faktanya, planet-planet itulah yang menarik Mega untuk ingin melihat daerah-daerah yang hilang ini.

“Mengapa wilayah yang sangat mendasar bagi kehidupan, begitu mendasar bagi cara kerja sel, ditempatkan di atas bagian genom kita sehingga lautan tandem raksasa ini berulang?” Dia ingat bertanya ketika dia masih mahasiswa baru.

Pertanyaan inilah yang membawanya, dalam sebuah diskusi dengan peneliti NIH Adam Phillippe, untuk menyarankan memulai inisiatif mereka saat ini, yang disebut Telomere 2 Telomere Consortium, setelah telomer, yang merupakan ujung kromosom, pada tahun 2019. Mereka menandatangani Evan Eichler, seorang ahli biologi di University of Washington yang telah mengkhawatirkan bagian genom yang hilang selama bertahun-tahun, sebagai rekan penulis.

Pekerjaan itu dimungkinkan karena teknologi Oxford Nanopore dan PacBio tidak memotong DNA menjadi potongan-potongan kecil teka-teki. Teknologi Oxford Nanopore menjalankan molekul DNA melalui lubang kecil, menghasilkan urutan yang sangat panjang. Teknologi PacBio menggunakan laser untuk memindai urutan DNA yang sama berulang kali, menghasilkan pembacaan yang sangat akurat. Keduanya lebih mahal daripada teknologi Illumina saat ini.

Perusahaan dalam perlombaan panas. Untuk proyek ini, para peneliti mengatakan, keakuratan teknologi PacBio terbukti sangat berharga, dan mereka menggunakan Oxford Nanopore untuk menyelesaikan beberapa area. Tapi Oxford Nanopore sudah menjanjikan teknologi baru yang lebih bermanfaat. “Untuk saat ini, PacBio memiliki keunggulan tetapi tidak jelas berapa lama mereka akan dapat mempertahankannya,” kata Michael Schatz, asisten profesor di Universitas Johns Hopkins.

Semua peneliti berbicara tentang visi masa depan di mana alih-alih menggunakan genom referensi tunggal, mereka akan mengumpulkan ratusan genom yang berbeda, lengkap, saling terkait dan beragam etnis yang dapat digunakan sebagai referensi. Mega membantu memimpin bisnis ini juga. Ini hanya langkah ke arah itu.

Namun sejauh ini, kata Schatz, selalu ada pertanyaan tentang apa yang hilang. Sekarang kami akhirnya memiliki data yang benar. “Kami memiliki teknologi yang tepat.”