Считается, что многие серьезные заболевания, включая аутизм, шизофрению и многочисленные сердечные расстройства, являются результатом мутации ДНК человека. Но некоторые большие мутации, которые все еще составляют лишь небольшую часть общего генома человека, оказались неожиданно сложными для обнаружения, сообщает сайт мед портал forumssity.ru.

Теперь исследователи из Национального института стандартов и технологий (NIST) разработали для лабораторий способ определить, насколько точно они могут обнаружить эти мутации, которые принимают форму больших вставок и делеций в геноме человека. Новый метод и эталонный материал позволяют исследователям, клиническим лабораториям и разработчикам коммерческих технологий лучше выявлять крупные изменения в геноме, которые они сейчас пропускают, и помогут им уменьшить количество ложных обнаружений изменений в геноме.

Исследователи представляют свой новый эталон в биотехнологии природы .

Ученые в рамках проекта «Геном человека» создали первый эталонный геном в конце 1990-х годов, собранный из коллекции последовательностей генома разных людей. Когда ученые упорядочивают ДНК, они, по сути, случайным образом разбивают ДНК на более мелкие кусочки, которые затем нужно соединять вместе, как головоломку.

Строительные блоки ДНК включают четыре типа оснований: аденин (A), цитозин (C), гуанин (G) и тимин (T), соединенные вместе, чтобы сформировать 23 хромосомы в клетках человека. Эти генетические коды содержат всю информацию о жизни. Чтобы понять генетическую основу данного заболевания, ученые упорядочивают ДНК человека и сравнивают ее с эталонным геномом. Различия между последовательностью ДНК индивидуума и эталонным геномом называются вариантами. Некоторые из этих вариантов, которые могут варьироваться от вставок и делеций от 50 до десятков тысяч букв (или оснований) из примерно 6,4 миллиардов оснований, составляющих геном человека, оказались связанными с заболеванием.

За последние восемь лет консорциум «Геном в бутылке» (GIAB) под руководством NIST, в состав которого входят представители федерального правительства, научных кругов и промышленности, разработал целые эталоны генома человека для небольших вариантов для семи человек. Для этой новой статьи NIST работал с GIAB для разработки нового эталона для больших вставок и удалений. Чтобы сформировать этот эталон, NIST интегрировал результаты 19 различных аналитических подходов членов GIAB, используя публичные данные GIAB из хорошо охарактеризованного набора человеческой ДНК из семейства восточноевропейских ашкеназских еврейских предков (NIST Reference Material 8392).

Консорциум NIST Genome in a Bottle является консорциумом между государственным и частным секторами, организованным NIST для разработки технической инфраструктуры (эталонные стандарты, эталонные методы и справочные данные), позволяющей транслировать последовательность всего генома человека в клиническую практику. В этой анимации вы узнаете больше о процессе секвенирования генома и о том, почему стандарты являются такой важной частью этого процесса.

«Подобно тому, как компания, производящая линейки, может сравнить свою линейку со стандартной измерительной палочкой, чтобы убедиться, что она измеряет правильное расстояние, клинические лаборатории, выполняющие секвенирование ДНК, могут измерить ДНК эталонного материала NIST и сравнить свои ответы с этим новым эталоном, чтобы убедиться, что они хорошо измерять большие вставки и удаления ", сказал биомедицинский инженер NIST Джастин Зук.

В течение многих лет лаборатории точно выявляли множество небольших вставок и делеций в геноме. Можно было бы подумать, что обнаружение больших вставок и удалений будет проще, но на самом деле это сложнее, потому что «наиболее широко используемые технологии секвенирования выводят относительно короткие строки генетического кода, что затрудняет реконструкцию происходящего», говорит Зук. Благодаря новым технологиям секвенирования ДНК теперь можно обнаруживать гораздо больше крупных вставок и делеций.

Представьте себе геном как книгу. Тест помогает ученым обнаружить большие главы, которые отсутствуют (удаленные главы) или отсутствуют в оригинале (вставленные главы).

«Секвенирование ДНК похоже на дробление книги на более мелкие части, а затем на попытки найти какие-либо различия между книгой, которая была уничтожена, и аналогичной книгой, возможно, той же самой книгой, прежде чем она прошла редакцию», - сказал Зук. Несмотря на то, что ДНК разбита на более мелкие фрагменты, новые технологии секвенирования ДНК позволяют считывать более крупные фрагменты, облегчая поиск этих более крупных вставок и делеций.

Консорциум NIST Genome in a Bottle является консорциумом между государственным и частным секторами, организованным NIST для разработки технической инфраструктуры (эталонные стандарты, эталонные методы и справочные данные), позволяющей транслировать последовательность всего генома человека в клиническую практику. В этой анимации вы узнаете, почему разработка этих справочных материалов так важна.

Этот эталон для больших вставок и удалений улучшит точность технологий секвенирования ДНК и методов анализа, уменьшая вероятность ошибок, таких как ложные срабатывания и отрицания. Ложноположительный означает обнаружение вставки или делеции в геноме, который не является реальным, в то время как ложноотрицательный означает не обнаружение изменения в геноме, когда оно действительно там.

Сокращение числа ложноположительных и отрицательных значений имеет решающее значение, особенно в клинических условиях, где многие заболевания, такие как аутизм, шизофрения и сердечно-сосудистые заболевания, связаны со структурными вариантами. Например, если клиническая лаборатория секвенирует ДНК пациента, ложный отрицательный результат может привести к отсутствию изменений в геноме, вызывающем заболевание, что приведет к неправильному лечению.

В дальнейшем применение эталонного теста поможет лабораториям выявлять связанные с заболеванием структурные варианты, проверяя свои методы.

Для исследователей NIST следующие шаги включают характеристику трудных областей генома, которые содержат повторяющиеся последовательности. Технологии и методы последовательности ДНК продолжают совершенствоваться, что позволяет исследователям продвигаться в более сложные области генома и выявлять структурные варианты, которые сложнее обнаружить.

Но, по словам Зука, именно в этой области интересно работать, поскольку технологии изменились и улучшились за последние 30 лет. Он считает, что сотрудничество с GIAB является ключевым моментом в этих усилиях: «Вся эта работа была бы невозможна, если бы мы не смогли сотрудничать с группой разных людей с различными областями знаний».