2003 yılında bir ilke imza atılarak tarih yazıldı. İlk kez, insan genomuna ait dizilim çıkarıldı. O zamandan beri, teknolojik gelişmeler yeni ilerlemeler sağlayarak insan genomunu şimdiye kadar dizilen en doğru ve eksiksiz omurgalı genomu haline getirdi.
Bununla birlikte, genom diziliminde insan kromozomları dahil olmak üzere bazı boşluklar kalmaktadır. Genel olarak bu alandaki anlayışımız yüksek ancak dizilerde hala bazı boşluklar söz konusu. Bugün ise genetikçiler bu boşluklardan bazılarını kapatmayı başardı ve bir insan X kromozomunun ilk kez tam, boşluksuz ve uçtan uca (veya telomerden telomere) dizisini oluşturdu.
Bu başarı, “nanopore sıralama” adı verilen ve daha eksiksiz bir montaj sağlayan yöntemle gerçekleştirildi. Söz konusu yöntem, DNA ipliklerinin ultra uzun okunmasına olanak veriyor. Geçmişteki tekniklerin aksine, bu yöntem bir seferde sadece kısa bölümler okunabiliyor. Daha önce, genetikçiler bu bölümleri bir bulmaca gibi parçalamak zorundaydılar.
Parçalama yönteminde bilim insanları oldukça başarılı olsa da, parçalar benzer görünme eğilimindedir. Bu yüzden doğru olup olmadığını bilmek çok zordur. Sadece doğru sırayla değil aynı zamanda dizide ne kadar tekrar olduğunu bilmek de mümkündür. Ve elbette parçalarda küçük boşluklar da bulunur.
“Önemli olabilecek birçok bilgiyi kaçırdık”
Kaliforniya Santa Cruz Genomik Enstitüsü Üniversitesi’nden biyolog Karen Miga, “Dizide boşlukların bulunduğu bu bölgelerin bazılarının, aslında insan popülasyonlarındaki çeşitlilik açısından en zengin alanları temsil ettiğini bulmaya başladık. Bu yüzden insan biyolojisini ve hastalıkları anlamak için önemli olabilecek birçok bilgiyi kaçırdık” ifadesini kullandı.
Bu, nanopore diziliminin devreye girdiği yerdir. Elektriksel olarak dirençli bir zar içine yerleştirilmiş bir protein nanopore – nano ölçekli delikten oluşur. Nanopore içinden geçen zara akım uygulanır. Genetik materyal nanopore beslendiğinde, akımdaki değişiklik genetik bir diziye çevrilebilir.
Daha da iyisi, bu teknoloji milyonlarca kopya oluşturarak DNA’yı güçlendirmek için kullanılan polimeraz zincir reaksiyonuna bağımlılığı azaltır.
Miga ve çalışma arkadaşları, sonucun olabildiğince eksiksiz olduğundan emin olmak için ender bir benign (tehlikesiz) uterin tümörü, hidatidiform bir köstebek ve diğer dizilim teknolojilerini (Illumina ve PacBio) elde edilen DNA’yı incelemek için kullandılar.
Miga “Diziyi en doğru ve eksiksiz seviyeye ulaştırmak için üç farklı sıralama platformunda yinelemeli bir süreç kullandık… Benzersiz işaretleyiciler, ultra uzun okumalar için bir sabitleme sistemi sağlar ve okumaları sabitledikten sonra, her bir tabanı isimlendirmek için birden çok veri kümesi kullanabilirsiniz” açıklamasında bulundu.
Yapılan bu desteklemelere rağmen bazı parçalarda yine de boşluklar kaldığı görüldü. En önemlisi de sentromerde, kromatidleri bağlayan yapı: İçinde bir kromozomun bölündüğü iplik benzeri teller. Bu bölge mitoz için çok önemlidir fakat aynı zamanda çok karmaşıktır. X kromozomunda 3.1 milyon DNA baz çiftini kapsayan oldukça tekrarlanan bir bölgeyi temsil eder.
İnsan genomunu tamamen haritalamak projede ileriye doğru atılmış büyük bir adım
Araştırmacılar, kötü bilinen bu zor yapıyı tekrarlarda hafif farklılıklar arayarak çözebildiler. Bu farklılıklar, bilim insanlarının uzun okumaları, sentromer için tam bir dizi oluşturmak adına sıralamasına ve birbirine bağlamasına izin verdi.
Miga, “Benim için, 3 megabaz büyüklüğünde art arda tekrarını bir araya getirebileceğimiz fikri akıl almaz” açıklamasında bulundu. Açıklamasının devamında, “Artık daha önce zorlu olduğu düşünülen milyonlarca üssü kapsayan bu tekrarlanan bölgelere ulaşabiliriz” dedi.
Bu önemli yaklaşım, ekibin mevcut X kromozom referansındaki 29 boşluğun tümünü tamamlamasını sağladı. İnsan genomunu tamamen haritalamak projede ileriye doğru atılmış büyük bir adım.
Araştırmacılar makalelerinde “Sonuçlarımız tüm insan genomunu tamamlamanın artık mümkün olduğunu gösteriyor” dedi ve burada sunulan veriler, kalan insan kromozomlarını tamamlamak için sürekli çaba gösterilmesini sağlayacaktır.”
Ekibin verileri GitHub tamamen mevcuttur ve makale Nature’da yayınlanmıştır.