แทนที่จะดูที่จีโนมเดียว นักวิจัยกำลังสร้างแผนที่ “เครือข่ายแห่งความเป็นไปได้” BY ฟิลิป คีเฟอร์ | เผยแพร่เมื่อ 16 ธ.ค. 2564 18:04 น
ศาสตร์
สุขภาพ
ชุดเส้นสีสดใสที่บ่งบอกถึงจีโนมมนุษย์
จีโนมมนุษย์พิมพ์เขียวส่วนใหญ่ยังคงอิงจากชายคนเดียวจากบัฟฟาโล นิวยอร์ก สถาบันวิจัยจีโนมมนุษย์แห่งชาติ
เมื่อนักวิทยาศาสตร์ต้องการทำความเข้าใจว่าจีโนมมนุษย์แต่ละคนมีความแตกต่างกันอย่างไร พวกเขาจึงหันไปหาลำดับพันธุกรรมกลางเพียงลำดับเดียว นั่นคือ จีโนมอ้างอิง จีโนมนั้นทำหน้าที่เป็นตัววัดมาตรฐานชนิดหนึ่ง ซึ่งเป็นมาตรฐาน ซึ่งสามารถวัดความแปรผันอื่นๆ ของมนุษย์ได้
แต่ที่น่าประหลาดใจคือ ประมาณ 70 เปอร์เซ็นต์
ของจีโนมอ้างอิงนั้นมาจากชายคนเดียวในบัฟฟาโล รัฐนิวยอร์ก ซึ่ง DNA ถูกจัดลำดับระหว่างโครงการจีโนมมนุษย์ในปี 1990 ถึง 2003 ซึ่งเป็นความพยายามครั้งแรกในการบันทึกจีโนมทั้งหมดของบุคคล นั่นทำให้เกิดคำถามที่ชัดเจน: ความผันแปรจากจีโนมอ้างอิงนั้นผิดปกติจริงหรือ? คนที่อยู่เบื้องหลังจีโนมอ้างอิงหรือที่รู้จักในชื่อ RP11 มีแนวโน้มว่าจะมาจากบรรพบุรุษแอฟริกันและยุโรปผสมกันแต่จีโนมหนึ่งๆ สามารถให้ข้อมูลเกี่ยวกับการแปรผันในหมู่พวกเรา 7 พันล้านคนได้มากน้อยเพียงใด
นักพันธุศาสตร์ได้ลองแก้ไขปัญหาต่างๆ นานา บางครั้ง ผู้ปฏิบัติงานด้านพันธุศาสตร์ใช้จีโนมอ้างอิงเฉพาะประชากร ซึ่งอาจเป็นตัวแทนของบุคคลที่มีวงศ์ตระกูลย่อยในแอฟริกาซาฮาราหรือเอเชียตะวันออก คนอื่น ๆ ได้เสนอให้พัฒนา “การอ้างอิงฉันทามติ” ซึ่งจะเป็นการรวมเอาตัวแปรทางพันธุกรรมที่พบบ่อยที่สุดในรูปแบบแฟรงเกนสไตน์เข้าด้วยกัน อาจมีแม้กระทั่งจีโนมอ้างอิงที่อิงจากบรรพบุรุษร่วมกันล่าสุดของมนุษย์
แต่ทั้งหมดนี้มีข้อจำกัดร่วมกัน คือ จีโนมอ้างอิงอาศัยสมมติฐานว่ามีพิมพ์เขียวทางพันธุกรรมของมนุษย์ที่เป็นพื้นฐาน และความหลากหลายทางพันธุกรรมจะต้องถูกเข้าใจว่าเป็นการแปรผันจากพื้นฐานนั้น
สัปดาห์นี้การวิจัยในScienceได้วางเครื่องมือใหม่สำหรับการตรวจสอบ “pangenome” ของมนุษย์ แพนจีโนมช่วยให้นักพันธุศาสตร์สามารถแมปความแตกต่างในจีโนมได้ไม่จำกัดจำนวนในคราวเดียว ซึ่งนักวิจัยกล่าวว่าสามารถจับรูปแบบที่ซับซ้อนและปรับแต่งยาพันธุกรรมได้ดีกว่าสำหรับผู้ที่ไม่ใช่ชาวยุโรป
เบเนดิกต์ พาเทน นักชีววิทยาด้านคอมพิวเตอร์แห่งมหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย ซานตา ครูซ และผู้เขียนอาวุโสด้านการวิจัยกล่าวว่า “อะไรจะดีไปกว่านั้น มาเปรียบเทียบกับกลุ่มตัวอย่างที่หลากหลายของสิ่งที่เราคิดว่ามนุษยชาติมีหน้าตาเป็นอย่างไร” .
แทนที่จะดูที่จีโนมเดียว Paten กล่าว “เราทำแผนที่เครือข่ายของความเป็นไปได้” ลองนึกภาพคนสองคนที่มีลำดับต่างกันเล็กน้อย: AGTCA และ ATTGA ในมุมมองของ pangenomic การเปลี่ยนแปลงจะแสดงเป็นชุดของกิ่งก้านบนต้นไม้: A นำไปสู่ T หรือ G ซึ่งนำไปสู่ T ซึ่งนำไปสู่ C หรือ G ซึ่งนำไปสู่ A โดยที่จีโนมสองตัวเหมือนกัน พวกเขาไปตามเส้นทางเดียวกัน เมื่อจีโนมต่างกัน เส้นทางก็แยกออก หลายคนที่มีจีโนมคล้ายคลึงกันจะเหมือนกับกลุ่มของสตริง ตามเส้นทางเดียวกันผ่านเครือข่ายของลำดับที่เป็นไปได้
[ที่เกี่ยวข้อง: เราเพิ่งเริ่มเข้าใจว่ายีนของเราและ COVID-19 ผสมกันอย่างไร]
ซึ่งทำให้มองเห็นความผันแปรในบริบทได้ง่ายขึ้นมาก
มากกว่าที่จะเป็นการเบี่ยงเบนไปจากบรรทัดฐาน “ตามเนื้อผ้า เมื่อเรามีข้อมูลอ้างอิง เราจะพูดถึงการแก้ไข” Paten กล่าว “ดังนั้นเราจึงพูดว่า ตำแหน่งหนึ่งล้านและ blah มีการพลิกจาก A ถึง G” ใน pangenome “แทนที่จะอธิบายว่าเป็นการแก้ไข มันเป็นแค่ลำดับ พวกเขาเป็นเพียงจุดหนึ่งในเครือข่ายนั้น”
เกณฑ์มาตรฐานสำหรับความหลากหลายของมนุษย์ขึ้นอยู่กับจีโนมของชายคนหนึ่ง เครื่องมือใหม่สามารถเปลี่ยนสิ่งนั้นได้
วิธีการแบบเดิมจะวัดความแปรผันในจีโนมของแต่ละบุคคลเทียบกับข้อมูลอ้างอิง ฟิลิป คีเฟอร์
เกณฑ์มาตรฐานสำหรับความหลากหลายของมนุษย์ขึ้นอยู่กับจีโนมของชายคนหนึ่ง เครื่องมือใหม่สามารถเปลี่ยนสิ่งนั้นได้
ในแนวทาง pangenomic นี้ จีโนมจะถูกมองว่าเป็นเส้นทางที่แตกต่างกันผ่านรูปแบบต่างๆ ที่เป็นไปได้ ฟิลิป คีเฟอร์
โดยทันทีจะช่วยให้นักวิจัยเข้าใจรูปแบบที่ลึกซึ้งในยีนของเรา การเปลี่ยนแปลงที่ง่ายที่สุด—การสลับตัวอักษรตัวเดียว หรือการแทรกและการลบสั้นๆ—สามารถระบุได้ง่ายโดยใช้จีโนมอ้างอิง แต่มีรูปแบบที่ซับซ้อนกว่านั้น ซึ่งนักวิทยาศาสตร์เรียกว่ารูปแบบโครงสร้าง ดีเอ็นเอทั้งเส้นอาจถูกย้อนกลับหรือทำซ้ำ หรือตัดออกแล้วพังลงที่อื่น และแม้แต่จีโนมอ้างอิงที่ดีที่สุดก็เป็นเครื่องมือที่ไม่ดีสำหรับการทำความเข้าใจรูปแบบโครงสร้างที่สมบูรณ์
เนื่องจากรูปแบบจีโนมแตกต่างกันไปบ้างตามบรรพบุรุษ จีโนมอ้างอิงจึงไม่ดีอย่างยิ่งในการอธิบายความแปรปรวนในชุมชนที่ไม่ได้สุ่มตัวอย่าง ตั้งแต่ทัสคันไปจนถึงโยรูบา ซึ่ง อาจไม่มีความคล้ายคลึงกันสำหรับลักษณะทั่วไปของจีโนมในชุมชนเหล่านั้น (สิ่งสำคัญคือต้องจำไว้ว่าบรรพบุรุษโดยทั่วไปไม่ได้เชื่อมโยงกับคำจำกัดความทางวัฒนธรรมของเชื้อชาติ และการแปรผันระหว่างประชากรนั้นเป็นเพียงผิวเผินหรือเล็กน้อยถัดจากความคล้ายคลึงกันอย่างท่วมท้น)
“เมื่อคุณดูตัวแปรทางโครงสร้าง” สเตฟานี ฟุลเลอร์ตัน นักชีวจริยธรรมจากมหาวิทยาลัยวอชิงตันซึ่งศึกษาด้านพันธุศาสตร์ กล่าว นักวิทยาศาสตร์ถามว่าตัวแปรนี้ผิดปกติมากหรือไม่ที่ “อาจทำลายสิ่งที่สำคัญมาก? หรือนี่เป็นเพียงบางสิ่งที่ลอยอยู่ในจีโนมมนุษย์ที่เป็นกลางอย่างมีประสิทธิภาพ”
เนื่องจากการวิจัยจีโนมส่วนใหญ่ได้พิจารณาผู้คนในวงศ์ตระกูลยุโรปนักวิจัยมักไม่เข้าใจว่าตัวแปรเฉพาะประชากรมีความหมายต่อสุขภาพของผู้ที่ไม่ใช่ชาวยุโรปอย่างไร
Ambroise Wonkam นักพันธุศาสตร์มนุษย์ที่มหาวิทยาลัย Cape Town เขียนในNatureเมื่อต้นปีนี้ว่าในคนเชื้อสายแอฟริกัน การวิจัยแบบลำเอียงหมายความว่า “โอกาสของโรคหัวใจและหลอดเลือด [โรคหัวใจ] หรือโรคจิตเภทอาจไม่น่าเชื่อถือหรือแม้แต่ทำให้เข้าใจผิดโดยใช้เครื่องมือ ที่ทำงานได้ดีในยุโรป” และเขาชี้ให้เห็น น้อยกว่า 2 เปอร์เซ็นต์ของลำดับจีโนมมนุษย์มาจากบุคคลในอนุภูมิภาคทะเลทรายซาฮารา
ในรายงานฉบับใหม่นี้ นักวิจัยได้นำเครื่องมือนี้ไปใช้กับฐานข้อมูลจีโนมที่หลากหลายจากทั่วโลก พวกเขาสามารถเลือกรูปแบบโครงสร้างได้หนึ่งรูปแบบ การลบยีนที่เรียกว่า RAMACL ซึ่งปรากฏให้เห็นในครึ่งหนึ่งของคนเชื้อสายแอฟริกัน สี่เปอร์เซ็นต์ของชาวอเมริกันที่มีบรรพบุรุษแบบผสม และเพียงหนึ่งเปอร์เซ็นต์ในกลุ่มอื่นๆ นั่นแสดงให้เห็นว่าตัวแปรนี้เป็นส่วนหนึ่งของความหลากหลายของมนุษย์อย่างปกติอย่างสมบูรณ์ หากไม่เป็นเช่นนั้นอาจถูกทำเครื่องหมายว่าผิดปกติและอาจเป็นอันตรายได้
