解密“空白区”：科学家首次对完整无间隙人类基因组序列进行公布

2003 年，人类基因组计划对 92% 的人类基因组进行了测序，创造了历史。但此后近二十年来，科学家们一直在努力破译剩下的 8%。研究人员说，现在，来自端粒到端粒 (T2T) 联盟的近 100 名科学家组成的团队公布了完整的人类基因组——这是首次对其进行完整测序。

华盛顿大学霍华德休斯医学研究所研究员、研究负责人 Evan Eichler 说：“拥有这些完整信息将使我们能够更好地了解我们作为个体有机体是如何形成的，以及我们不仅在其他人类之间而且在其他物种之间如何变化。” ，星期四说。

这项新研究向先前测序的 DNA 引入了 4 亿个字母——相当于整个染色体的价值。完整的基因组将使科学家能够分析人与人之间的 DNA 差异以及这些遗传变异是否在疾病中起作用。

该研究于周四发表在《科学》杂志上，之前是预印本，允许其他团队在他们自己的研究中使用该序列。

直到现在，还不清楚这些未知基因编码了什么。

“事实证明，这些基因对于适应非常重要，”艾希勒说。“它们含有免疫反应基因，可以帮助我们适应感染、瘟疫和病毒并使其存活下来。它们含有……在预测药物反应方面非常重要的基因。”

Eichler 还表示，最近发现的一些基因甚至可以使人类的大脑比其他灵长类动物的大脑更大，从而深入了解是什么让人类变得独特。

由于其复杂性，这剩下的 8% 的人类基因组多年来一直困扰着科学家。一方面，它包含具有多次重复的 DNA 区域，这使得使用以前的测序方法以正确的顺序将 DNA 串在一起具有挑战性。

研究人员依靠过去十年出现的两种 DNA 测序技术使该项目取得了成果：牛津纳米孔 DNA 测序方法可以一次对多达 100 万个 DNA 字母进行测序，但会出现一些错误，以及 PacBio HiFi DNA 测序该方法可以读取 20,000 个字母，准确率达到 99.9%。

Eichler 说，对 DNA 进行测序就像解决拼图游戏一样。科学家们必须首先将 DNA 分解成更小的部分，然后使用测序仪以正确的顺序将其拼凑在一起。以前的测序工具一次只能对一小部分 DNA 进行测序。

对于 10,000 块拼图，当它们看起来相似时，很难正确排列小拼图，就像对重复 DNA 的小片段进行测序一样。但是对于 500 块拼图，排列较大的块要容易得多——或者，在这种情况下，是较长的 DNA 片段。

第二个挑战是寻找仅包含一个基因组的细胞。

标准人类细胞包含两组 DNA，一个母体副本和一个父系副本，但该团队使用的 DNA 来自一组称为完整葡萄胎的细胞，其中包含父系 DNA 组的副本。完全性葡萄胎是一种罕见的妊娠并发症，由源自胎盘的细胞异常生长引起。这种方法简化了基因组，因此科学家只需测序一组而不是两组 DNA。

由于研究小组使用了一组重复的 DNA，科学家们最初无法对 Y 染色体进行测序。根据主要研究作者亚当菲利普的说法，该团队已经成功地使用一组不同的细胞对 Y 染色体进行了测序。

圣克鲁斯大学基因组浏览器上提供了一套完整的 24 条已测序染色体。

解码这种无间隙序列的代价很高。Phillippy 也是美国国家人类基因组研究所基因信息学部门的负责人，他说这个项目总共花费了几百万美元甚至更多。但这只是人类基因组计划在 2003 完成最终测序所花费的近4.5 亿美元的一小部分。而且随着新技术的出现，测序成本只会越来越低。

目前，对每个人来说，对自己的基因组进行测序仍然过于昂贵和耗时。但是正在进行研究，使用该基因组来确定某些遗传差异是否与特定癌症有关。该团队的另一位研究员、约翰霍普金斯大学计算机科学和生物学教授迈克尔沙茨说，了解基因变异还可以让医生更好地定制治疗方案。

Phillippy 说，他希望在未来 10 年内，对个体基因组进行测序可以成为一项成本低于 1000 美元的常规医学测试。他的团队继续朝着这个目标努力。

美国国家人类基因组研究所科学主任查尔斯·罗蒂米在一份声明中表示，这一科学成就“使我们更接近于为全人类提供个体化医疗”。Rotimi没有参与这项研究。

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