Когда врачи не могут поставить диагноз болезни пациента, они обращаются к генетическим детективам. Оснащенные технологиями геномного секвенирования, доступными менее 10 лет назад, эти сыщики теперь регулярно просматривают ДНК пациентов в поисках мутаций, ответственных за загадочные заболевания.
Несмотря на многочисленные успехи, поиск по-прежнему чаще всего оказывается пустым. На самом деле мутации, вызывающие заболевание, обнаруживаются примерно у 1 из 3-4 пациентов с подозрением на тяжелое генетическое заболевание.
Важной причиной, по которой большинство расследований заканчиваются с пустыми руками, является «темный геном». Только 2 процента человеческого генома хорошо изучены учеными. Эта небольшая часть содержит 20 000 генов, которые кодируют инструкции по созданию клеточных белков. Остальные 98 процентов - «темный геном» - во многом являются загадкой. Хотя известно, что темный, некодирующий геном регулирует работу генов, включая, например, их включение и выключение, подробности остаются неясными.
Как следствие, данные секвенирования всего генома «в настоящее время считаются почти не поддающимися интерпретации», - говорит Дэвид Гольдштейн, доктор медицинских наук, профессор медицинских и хирургических исследований Джона Э. Борна и директор Института геномной медицины в Колумбии. Университетский медицинский центр и современные генетические детективы ограничивают свои поиски болезнетворных мутаций фрагментом генома, содержащим гены, кодирующие белок.
Чтобы помочь найти патогенные мутации в огромном некодирующем геноме, Гольдштейн и его коллеги Аял Гассов и Эндрю Аллен разработали новую технику под названием Орион. Orion предназначен для пометки областей некодирующего генома, которые могут содержать вызывающие заболевание генетические изменения, путем идентификации частей генома, которые находятся в процессе селекции в человеческой популяции.
«Мы ожидаем, что исследователи немедленно начнут использовать Orion, чтобы помочь им найти патогенные мутации у пациентов, у которых предыдущие попытки секвенирования были отрицательными», - говорит доктор Гольдштейн. Подробная информация об этом методе была опубликована сегодня в Интернете в PLOS ONE.
Orion был разработан путем сравнения полных геномов 1662 человек друг с другом и выявления участков ДНК, которые мало отличаются от человека к человеку. Поскольку эти области «нетерпимы» к изменениям, они, скорее всего, делают что-то важное, говорит доктор Гольдштейн, ведущий автор статьи.
Это означает, что мутация в непереносимой области с большей вероятностью вызовет заболевание, чем мутация в толерантной (читай: менее важной) области. Это предсказание подтвердилось, когда исследователи нанесли на карту расположение ранее идентифицированных некодирующих мутаций: больше мутаций попало в непереносимые области Ориона.
Предыдущие методы исследования некодирующего генома были сосредоточены на областях некодирующего генома, которые сохранились у многих видов на протяжении эволюции, предполагая, что они также выполняют важную функцию. Однако этот подход не позволяет идентифицировать области генома, которые взяли на себя важные новые функции у человека.
Orion еще не законченный продукт, говорит Гольдштейн. По мере секвенирования большего количества геномов разрешение областей Ориона резко улучшится.
«На данный момент мы с оптимизмом смотрим на то, что Orion станет одним из полезных инструментов для выявления вариантов во всем геноме, которые влияют на риск как редких, так и распространенных заболеваний», - говорит доктор Гольдштейн..