Bilim adamlarının insan genomunun ilk kaba taslağını, hücrelerimizin çoğuna sıkıca sarılmış DNA’nın üç milyar genetik harfini oluşturmalarından bu yana 20 yıl geçti. Bugün, bilim adamları hala onu deşifre etmek için mücadele ediyorlar.
Ancak Perşembe günü Science dergisinde yayınlanan bir dizi çalışma, insan genomunun karanlık köşelerine, deniz gergedanları, çitalar ve çığlık atan tüylü armadillolar da dahil olmak üzere 239 diğer memelininkilerle karşılaştırarak parlak bir ışık tuttu.
Son 100 milyon yıldaki bu genomik evrimin izini sürerek, sözde Zoonomia Projesi, dinozorların gölgesinde koşan fahişe benzeri atalarımızdan bu yana çok az değişen insan DNA’sının milyonlarca uzantısını ortaya çıkardı. Proje, bu eski genetik elementlerin büyük olasılıkla bugün vücudumuzda temel işlevlere hizmet ettiğini ve bunlardaki mutasyonların bizi bir dizi hastalık için risk altına sokabileceğini söylüyor.
Toronto Üniversitesi’nde çalışmaya dahil olmayan bir genetikçi olan Alexander Palazzo, projenin gücünün analiz edilen muazzam miktarda veride yattığını söyledi – sadece genomlar değil, binlerce DNA parçası içeren deneyler ve tıbbi çalışmalardan elde edilen bilgiler. öyleydi. “Bunun böyle yapılması gerekiyor.”
Memeli genomları aynı zamanda Zooonomia ekibinin onu diğer memelilerden ayıran radikal mutasyonlara sahip insan DNA’sının bölümlerini bulmasına da izin verdi. Bu genetik adaptasyonlardan bazıları, büyük, karmaşık beyinlerimizin gelişiminde önemli roller oynamış olabilir.
Araştırmacılar, veri tabanlarındaki olası ifşaların yalnızca yüzeyini çizdiler. Diğer araştırmacılar, insan genomunun daha fazla araştırılmasına rehberlik edecek bir hazine haritası görevi göreceğini söylüyor.
Projede yer almayan Washington Üniversitesi’nden genetikçi Jay Shendure, “Evrim potası her şeyi görüyor” dedi.
Temel anahtarlar
Bilim adamları, DNA’mızın yalnızca küçük bir bölümünün, midemizdeki sindirim enzimleri, cildimizdeki kollajen ve kanımızdaki hemoglobin gibi önemli proteinleri yapan protein kodlama adı verilen genleri içerdiğini uzun zamandır biliyorlar. 20.000 protein kodlayan genimizin tümü, genomumuzun sadece yüzde 1,5’ini oluşturuyor. Diğer yüzde 98,5 ise çok daha gizemli.
Bilim adamları, bu anlaşılmaz DNA’nın bazı parçalarının, hangi proteinlerin belirli yer ve zamanlarda yapıldığını belirlemeye yardımcı olduğunu keşfettiler. Diğer DNA parçaları, komşu genleri açan anahtarlar gibi davranır. Ve yine de diğerleri bu genlerin üretimini artırabilir. Ve yine de diğerleri kapatma anahtarları gibi davranır.
Dikkatli deneyler sonucunda, bilim adamları, bizim için hiçbir şey yapmıyor gibi görünen uzun DNA uzantılarına gömülü bu anahtarlardan binlercesini ortaya çıkardılar – bazı biyologların “çöp DNA” dediği şey. Örneğin, genomumuz, artık çalışmayan genlerin binlerce kusurlu kopyasını ve uzak atalarımızın genomlarını istila etmiş virüslerin izlerini içerir.
Ancak bilim adamları henüz doğrudan insan genomuna bakıp tüm anahtarları tanımlayamıyorlar. Yale Tıp Okulu’nda genetikçi olan ve Zooonomia ekibinin 100’den fazla üyesinden biri olan Steven Reilly, “Bu şeylerin çalışmasını sağlayan dili anlamıyoruz” dedi.
Proje on yıldan fazla bir süre önce başladığında, Araştırmacılar, evrimin bu dili deşifre etmelerine yardımcı olabileceğini fark ettiler. Milyonlarca yıl süren geçişlerin hayatta kalmamız için muhtemelen gerekli olduğunu savundular.
Her nesilde, her türün DNA’sında rastgele mutasyonlar meydana gelir. Gerekli olmayan bir DNA parçasına çarparlarsa hiçbir zarar vermezler ve gelecek nesillere aktarılabilirler.
Öte yandan, bir anahtarı yok eden mutasyonların aktarılması pek olası değildir. Bunun yerine, örneğin organ gelişimi için gerekli olan genleri devre dışı bırakarak bir memeliyi öldürebilirler. Broad Institute ve Uppsala Üniversitesi’nden Zooonomia projesini başlatan genetikçi Kerstin Lindblad-Toh, “Böbreğiniz olmayacak” dedi.
doktor Lindblad-Toh ve meslektaşları, son 100 milyon yıldaki bu mutasyonları izlemek için 200’den fazla memeli genomunu karşılaştırmak zorunda kalacaklarını keşfettiler. Memeli aile ağacına dağılmış türlerden doku elde etmek için vahşi yaşam biyologlarıyla birlikte çalıştılar.
Bilim adamları, her bir genomdaki -baz olarak bilinen- genetik harflerin dizilişini belirlediler ve memelilerin farklı dallarındaki mutasyonların ortak bir atadan evrimleşirken nasıl ortaya çıktığını belirlemek için bunları diğer türlerin dizileriyle karşılaştırdılar.
San Francisco’daki California Üniversitesi’nde Zooonomia veri tabanının oluşturulmasına yardımcı olan bir veri bilimcisi olan Katherine Pollard, “Çok fazla bilgisayar çalışması gerektirdi” dedi.
Araştırmacılar, insan genomundaki nispeten az sayıda bazın — 330 milyon veya yaklaşık yüzde 10.7 — memeli ağacının her dalında birkaç mutasyona sahip olduğunu buldular, bu da tüm bu türlerin hayatta kalması için gerekli olduğunun bir işareti. dahil olmak üzere, temel bizimdi.
Genlerimiz bu yüzde 10,7’nin küçük bir bölümünü oluşturuyor. Gerisi genlerimizin dışındadır ve muhtemelen genleri açıp kapatan öğeler içerir.
Araştırmacılar, genomun bu az değiştirilmiş kısımlarındaki mutasyonların milyonlarca yıldır zararlı olduğunu ve bugün bizim için hala zararlı olduğunu buldu. Genetik hastalıklarla ilişkili mutasyonlar tipik olarak, araştırmacıların son 100 milyon yılda çok az evrimleştiği temelleri değiştirir.
Oxford Üniversitesi’nde projede yer almayan bir genetikçi olan Nicky Whiffin, klinik genetikçilerin protein kodlayan genlerin dışında hastalığa neden olan mutasyonları bulmakta zorlandıklarını söyledi.
doktor Whiffin, Zooonomia projesinin genetikçileri genomun keşfedilmemiş bölgelerine sağlık etkileriyle yönlendirebileceğini söyledi. “Bu, baktığınız varyantların sayısını büyük ölçüde sınırlayabilir” dedi.
benzersiz insan
Temel biyolojimizi kontrol eden DNA, son 100 milyon yılda çok az değişti. Ama elbette kanguru fareleri veya mavi balinalarla aynı değiliz. Zooonomia projesi, araştırmacıların bizi benzersiz kılmaya yardımcı olan insan genomundaki mutasyonları bulmasına olanak tanır.
doktor Pollard, kendi türümüz dışında, bu dönem boyunca değişmeyen binlerce DNA dizisine odaklanıyor. İlginç bir şekilde, hızla gelişen bu DNA parçalarının çoğu, gelişmekte olan insan beyninde aktiftir.
Yeni verilere göre Dr. Pollard ve meslektaşları, türümüzün 100 milyon yıllık geleneği nasıl bozduğunu artık anladıklarını söylüyor. Çoğu durumda, ilk adım, yanlışlıkla uzun bir DNA dizisinin fazladan bir kopyasını oluşturan bir mutasyondu. DNA’mızı uzatarak, bu mutasyon katlanma şeklini değiştirdi.
DNA’mız yeniden katlanırken, bir zamanlar yakındaki bir geni kontrol eden bir genetik anahtar, onunla temas kurmayı bıraktı. Bunun yerine, şimdi yenisiyle temasa geçti. Switch sonunda yeni komşusunu kontrol etmesine izin veren mutasyonlar kazandı. Dr. Pollard, bu değişimlerden bazılarının insan beyin hücrelerinin çocukluk döneminde daha uzun bir süre boyunca büyümesine katkıda bulunduğunu öne sürüyor – bu, büyük, güçlü beyinlerimizin gelişiminde çok önemli bir adım.
doktor Yale’den Reilly, türümüzün daha verimli beyinler oluşturmasına yardımcı olabilecek başka mutasyonlar da buldu: yanlışlıkla DNA parçalarını kesip çıkaranlar.
Zoonomi genomlarını tarayan Dr. Reilly ve meslektaşları türden türe hayatta kalan ama daha sonra insanlarda silinen DNA’yı aradılar. Bu silmelerin 10.000’ini buldular. Çoğu yalnızca birkaç baz uzunluğundaydı, ancak bazılarının türümüz üzerinde derin etkileri oldu.
En çarpıcı silmelerden biri, insan genomundaki bir kapatma anahtarını değiştirdi. Gelişmekte olan beyinde aktif olan LOXL2 adlı bir genin yakınında. Atalarımız, geçişin bir sonucu olarak yalnızca bir DNA bazını kaybetti. Bu küçük değişiklik, kapatma anahtarını açma anahtarına çevirdi.
doktor Reilly ve araştırmacıları, LOXL2’nin insan versiyonunun standart memeli versiyonuna kıyasla nöronlarda nasıl davrandığını görmek için deneyler yaptılar. Deneyleri, LOXL2’nin çocuklarda genç büyük maymunlardan daha uzun süre aktif kaldığını gösteriyor. LOXL2’nin nöronları büyümeye devam edebilecekleri ve dalları filizleyebilecekleri bir durumda tuttuğu bilinmektedir. Yani çocuklukta daha uzun süre kalırsak beyinlerimiz maymunlardan daha fazla gelişebilir.
“Evrimin nasıl çalışabileceğine dair fikrimizi değiştiriyor,” dedi Dr. Reilly. “Genomunuzdaki şeyleri parçalamak, yeni işlevlere yol açabilir.”
Zooonomia proje ekibi, karşılaştırma veri tabanına daha fazla memeli genomu eklemeyi planlıyor. Worcester’daki UMass Chan Tıp Okulu’nda hesaplamalı bir biyolog olan Zhiping Weng, 250 diğer primat türü hakkında özellikle heyecanlı.
Kendi zoonomi araştırması, maymun benzeri atalarımızın genomlarında virüs benzeri DNA parçalarının çoğaldığını, kendilerinin yeni kopyalarını yerleştirdiğini ve bu süreçte açma-kapama düğmelerimizi yeniden bağladığını öne sürüyor. Diğer primat genomlarını karşılaştıran Dr. Weng, bu değişikliklerin genomumuzu nasıl yeniden şekillendirmiş olabileceğine dair daha net bir resim elde etti.
“Hala insan olmaya çok takıntılıyım” dedi.
Ancak Perşembe günü Science dergisinde yayınlanan bir dizi çalışma, insan genomunun karanlık köşelerine, deniz gergedanları, çitalar ve çığlık atan tüylü armadillolar da dahil olmak üzere 239 diğer memelininkilerle karşılaştırarak parlak bir ışık tuttu.
Son 100 milyon yıldaki bu genomik evrimin izini sürerek, sözde Zoonomia Projesi, dinozorların gölgesinde koşan fahişe benzeri atalarımızdan bu yana çok az değişen insan DNA’sının milyonlarca uzantısını ortaya çıkardı. Proje, bu eski genetik elementlerin büyük olasılıkla bugün vücudumuzda temel işlevlere hizmet ettiğini ve bunlardaki mutasyonların bizi bir dizi hastalık için risk altına sokabileceğini söylüyor.
Toronto Üniversitesi’nde çalışmaya dahil olmayan bir genetikçi olan Alexander Palazzo, projenin gücünün analiz edilen muazzam miktarda veride yattığını söyledi – sadece genomlar değil, binlerce DNA parçası içeren deneyler ve tıbbi çalışmalardan elde edilen bilgiler. öyleydi. “Bunun böyle yapılması gerekiyor.”
Memeli genomları aynı zamanda Zooonomia ekibinin onu diğer memelilerden ayıran radikal mutasyonlara sahip insan DNA’sının bölümlerini bulmasına da izin verdi. Bu genetik adaptasyonlardan bazıları, büyük, karmaşık beyinlerimizin gelişiminde önemli roller oynamış olabilir.
Araştırmacılar, veri tabanlarındaki olası ifşaların yalnızca yüzeyini çizdiler. Diğer araştırmacılar, insan genomunun daha fazla araştırılmasına rehberlik edecek bir hazine haritası görevi göreceğini söylüyor.
Projede yer almayan Washington Üniversitesi’nden genetikçi Jay Shendure, “Evrim potası her şeyi görüyor” dedi.
Temel anahtarlar
Bilim adamları, DNA’mızın yalnızca küçük bir bölümünün, midemizdeki sindirim enzimleri, cildimizdeki kollajen ve kanımızdaki hemoglobin gibi önemli proteinleri yapan protein kodlama adı verilen genleri içerdiğini uzun zamandır biliyorlar. 20.000 protein kodlayan genimizin tümü, genomumuzun sadece yüzde 1,5’ini oluşturuyor. Diğer yüzde 98,5 ise çok daha gizemli.
Bilim adamları, bu anlaşılmaz DNA’nın bazı parçalarının, hangi proteinlerin belirli yer ve zamanlarda yapıldığını belirlemeye yardımcı olduğunu keşfettiler. Diğer DNA parçaları, komşu genleri açan anahtarlar gibi davranır. Ve yine de diğerleri bu genlerin üretimini artırabilir. Ve yine de diğerleri kapatma anahtarları gibi davranır.
Dikkatli deneyler sonucunda, bilim adamları, bizim için hiçbir şey yapmıyor gibi görünen uzun DNA uzantılarına gömülü bu anahtarlardan binlercesini ortaya çıkardılar – bazı biyologların “çöp DNA” dediği şey. Örneğin, genomumuz, artık çalışmayan genlerin binlerce kusurlu kopyasını ve uzak atalarımızın genomlarını istila etmiş virüslerin izlerini içerir.
Ancak bilim adamları henüz doğrudan insan genomuna bakıp tüm anahtarları tanımlayamıyorlar. Yale Tıp Okulu’nda genetikçi olan ve Zooonomia ekibinin 100’den fazla üyesinden biri olan Steven Reilly, “Bu şeylerin çalışmasını sağlayan dili anlamıyoruz” dedi.
Proje on yıldan fazla bir süre önce başladığında, Araştırmacılar, evrimin bu dili deşifre etmelerine yardımcı olabileceğini fark ettiler. Milyonlarca yıl süren geçişlerin hayatta kalmamız için muhtemelen gerekli olduğunu savundular.
Her nesilde, her türün DNA’sında rastgele mutasyonlar meydana gelir. Gerekli olmayan bir DNA parçasına çarparlarsa hiçbir zarar vermezler ve gelecek nesillere aktarılabilirler.
Öte yandan, bir anahtarı yok eden mutasyonların aktarılması pek olası değildir. Bunun yerine, örneğin organ gelişimi için gerekli olan genleri devre dışı bırakarak bir memeliyi öldürebilirler. Broad Institute ve Uppsala Üniversitesi’nden Zooonomia projesini başlatan genetikçi Kerstin Lindblad-Toh, “Böbreğiniz olmayacak” dedi.
doktor Lindblad-Toh ve meslektaşları, son 100 milyon yıldaki bu mutasyonları izlemek için 200’den fazla memeli genomunu karşılaştırmak zorunda kalacaklarını keşfettiler. Memeli aile ağacına dağılmış türlerden doku elde etmek için vahşi yaşam biyologlarıyla birlikte çalıştılar.
Bilim adamları, her bir genomdaki -baz olarak bilinen- genetik harflerin dizilişini belirlediler ve memelilerin farklı dallarındaki mutasyonların ortak bir atadan evrimleşirken nasıl ortaya çıktığını belirlemek için bunları diğer türlerin dizileriyle karşılaştırdılar.
San Francisco’daki California Üniversitesi’nde Zooonomia veri tabanının oluşturulmasına yardımcı olan bir veri bilimcisi olan Katherine Pollard, “Çok fazla bilgisayar çalışması gerektirdi” dedi.
Araştırmacılar, insan genomundaki nispeten az sayıda bazın — 330 milyon veya yaklaşık yüzde 10.7 — memeli ağacının her dalında birkaç mutasyona sahip olduğunu buldular, bu da tüm bu türlerin hayatta kalması için gerekli olduğunun bir işareti. dahil olmak üzere, temel bizimdi.
Genlerimiz bu yüzde 10,7’nin küçük bir bölümünü oluşturuyor. Gerisi genlerimizin dışındadır ve muhtemelen genleri açıp kapatan öğeler içerir.
Araştırmacılar, genomun bu az değiştirilmiş kısımlarındaki mutasyonların milyonlarca yıldır zararlı olduğunu ve bugün bizim için hala zararlı olduğunu buldu. Genetik hastalıklarla ilişkili mutasyonlar tipik olarak, araştırmacıların son 100 milyon yılda çok az evrimleştiği temelleri değiştirir.
Oxford Üniversitesi’nde projede yer almayan bir genetikçi olan Nicky Whiffin, klinik genetikçilerin protein kodlayan genlerin dışında hastalığa neden olan mutasyonları bulmakta zorlandıklarını söyledi.
doktor Whiffin, Zooonomia projesinin genetikçileri genomun keşfedilmemiş bölgelerine sağlık etkileriyle yönlendirebileceğini söyledi. “Bu, baktığınız varyantların sayısını büyük ölçüde sınırlayabilir” dedi.
benzersiz insan
Temel biyolojimizi kontrol eden DNA, son 100 milyon yılda çok az değişti. Ama elbette kanguru fareleri veya mavi balinalarla aynı değiliz. Zooonomia projesi, araştırmacıların bizi benzersiz kılmaya yardımcı olan insan genomundaki mutasyonları bulmasına olanak tanır.
doktor Pollard, kendi türümüz dışında, bu dönem boyunca değişmeyen binlerce DNA dizisine odaklanıyor. İlginç bir şekilde, hızla gelişen bu DNA parçalarının çoğu, gelişmekte olan insan beyninde aktiftir.
Yeni verilere göre Dr. Pollard ve meslektaşları, türümüzün 100 milyon yıllık geleneği nasıl bozduğunu artık anladıklarını söylüyor. Çoğu durumda, ilk adım, yanlışlıkla uzun bir DNA dizisinin fazladan bir kopyasını oluşturan bir mutasyondu. DNA’mızı uzatarak, bu mutasyon katlanma şeklini değiştirdi.
DNA’mız yeniden katlanırken, bir zamanlar yakındaki bir geni kontrol eden bir genetik anahtar, onunla temas kurmayı bıraktı. Bunun yerine, şimdi yenisiyle temasa geçti. Switch sonunda yeni komşusunu kontrol etmesine izin veren mutasyonlar kazandı. Dr. Pollard, bu değişimlerden bazılarının insan beyin hücrelerinin çocukluk döneminde daha uzun bir süre boyunca büyümesine katkıda bulunduğunu öne sürüyor – bu, büyük, güçlü beyinlerimizin gelişiminde çok önemli bir adım.
doktor Yale’den Reilly, türümüzün daha verimli beyinler oluşturmasına yardımcı olabilecek başka mutasyonlar da buldu: yanlışlıkla DNA parçalarını kesip çıkaranlar.
Zoonomi genomlarını tarayan Dr. Reilly ve meslektaşları türden türe hayatta kalan ama daha sonra insanlarda silinen DNA’yı aradılar. Bu silmelerin 10.000’ini buldular. Çoğu yalnızca birkaç baz uzunluğundaydı, ancak bazılarının türümüz üzerinde derin etkileri oldu.
En çarpıcı silmelerden biri, insan genomundaki bir kapatma anahtarını değiştirdi. Gelişmekte olan beyinde aktif olan LOXL2 adlı bir genin yakınında. Atalarımız, geçişin bir sonucu olarak yalnızca bir DNA bazını kaybetti. Bu küçük değişiklik, kapatma anahtarını açma anahtarına çevirdi.
doktor Reilly ve araştırmacıları, LOXL2’nin insan versiyonunun standart memeli versiyonuna kıyasla nöronlarda nasıl davrandığını görmek için deneyler yaptılar. Deneyleri, LOXL2’nin çocuklarda genç büyük maymunlardan daha uzun süre aktif kaldığını gösteriyor. LOXL2’nin nöronları büyümeye devam edebilecekleri ve dalları filizleyebilecekleri bir durumda tuttuğu bilinmektedir. Yani çocuklukta daha uzun süre kalırsak beyinlerimiz maymunlardan daha fazla gelişebilir.
“Evrimin nasıl çalışabileceğine dair fikrimizi değiştiriyor,” dedi Dr. Reilly. “Genomunuzdaki şeyleri parçalamak, yeni işlevlere yol açabilir.”
Zooonomia proje ekibi, karşılaştırma veri tabanına daha fazla memeli genomu eklemeyi planlıyor. Worcester’daki UMass Chan Tıp Okulu’nda hesaplamalı bir biyolog olan Zhiping Weng, 250 diğer primat türü hakkında özellikle heyecanlı.
Kendi zoonomi araştırması, maymun benzeri atalarımızın genomlarında virüs benzeri DNA parçalarının çoğaldığını, kendilerinin yeni kopyalarını yerleştirdiğini ve bu süreçte açma-kapama düğmelerimizi yeniden bağladığını öne sürüyor. Diğer primat genomlarını karşılaştıran Dr. Weng, bu değişikliklerin genomumuzu nasıl yeniden şekillendirmiş olabileceğine dair daha net bir resim elde etti.
“Hala insan olmaya çok takıntılıyım” dedi.