Генетические различия людей кроются в крупных перестройках ДНК

Новый алгоритм для чтения секвенированной ДНК заставил учёных прийти к выводу, что основная масса генетических отличий людей друг от друга кроется не в точечных однобуквенных мутациях, а в крупных структурных перестройках молекулы ДНК.

Когда говорят о генетических мутациях, чаще всего имеют в виду так называемые точечные мутации, при которых происходит замена, или вырезание, или добавление одного нуклеотида в последовательности ДНК. В результате меняется аминокислотный состав белков или же, если "не повезло" регуляторному участку ДНК, регуляция активности гена или группы генов. Ситуация, безусловно, захватывающая: крохотная мутация - и глобальные последствия для целого организма. Считалось, что такие точечные изменения не только служат причиной тяжёлых и сложных заболеваний, но и вообще оказываются чем-то вроде "паспорта", по которому один человек отличается от другого.

То есть точечные различия в ДНК отвечают за нашу индивидуальность и непохожесть.

Исследователи из Пекинского геномного института (Китай) пришли к выводу, что могущество точечных мутаций сильно преувеличено. Вместо них, как пишут учёные в журнале Nature Biotechnology, главную роль играют более масштабные изменения в геноме: дупликации, реверсии, выпадения и вставки крупных кусков ДНК. Причиной того, что точечные мутации настолько завладели умами исследователей и обывателей, китайцы называют "труднодоступность" крупных перестроек в ДНК: их сложнее увидеть.

Это может показаться парадоксом: как можно увидеть крохотную однобуквенную замену и при этом не заметить огромного куска, выпавшего из молекулы? Объяснение кроется в методических тонкостях общепринятой схемы геномного анализа. В любом из существующих методов молекула ДНК разрезается на множество маленьких фрагментов, которые анализируются по отдельности, а потом сшиваются в одну прочитанную ленту. Размер фрагментов и способ их последующего совмещения могут различаться, но увеличение фрагментирования оказывается более дешёвым и быстрым способом.

По словам учёных, именно из-за этого большие перестройки упускаются из виду. При сравнении двух фрагментов из двух геномов можно легко найти точечные отличия, но сравнить крупные фрагменты головоломки - это уже проблема. Складывая из фрагментов фраз книжные главы, вы получаете два куска текста, которые перекрываются небольшим кусочком, - именно те фрагменты, которые его сформировали, и можно сравнить. Основная же часть текстов, увы, не поддаётся сравнению.

Исследователи предложили алгоритм, позволяющий сращивать фрагменты генетического кода в относительно крупные куски, которые можно сравнить друг с другом. Алгоритм дал возможность проанализировать крупные мутации в пределах до 50 000 пар оснований.

Ранее эта же группа применяла свой метод при изучении генома большой панды, теперь она предприняла сравнение больших структурных вариаций в ДНК у 106 людей, чья ДНК была секвенирована в рамках проекта "1 000 геномов человека". Сравнивая между собой "азиатские" и "африканские" геномы, исследователи пришли к выводу, что бóльшая часть генетических различий реализована не в точечных мутациях, а в крупных структурных вариациях. Хотя авторы пока не обсуждают применение в клинической практике предложенного метода обнаружения больших мутаций, очевидно, что алгоритм должен помочь медикам определять и предсказывать многие генетические заболевания.

Подготовлено по материалам Wired.