Υπολογιστική ανάλυση αποκαλύπτει πηγές γενετικών παραλλαγών (μεταλλάξεων)

Η ακριβής μεταβίβαση γενετικής πληροφορίας από τη μια γενιά στην επόμενη είναι βασική για τη ζωή. Τις περισσότερες φορές, η διεργασία αυτή ξεδιπλώνεται με αξιοσημείωτη ακρίβεια, όμως όταν δεν εξελίσσεται ομαλά, αναδύονται μεταλλάξεις – ορισμένες από αυτές επωφελείς, κάποιες από αυτές χωρίς επακόλουθα και ορισμένες από αυτές προκαλούν δυσλειτουργίες και ασθένειες. Ακόμη, που και πώς ακριβώς οι κληρονομικές γενετικές μεταλλάξεις τείνουν να αναδύονται έμενε σε μεγάλο βαθμό άγνωστο. Μέχρι τώρα.

Τώρα, μια νέα μελέτη στην οποία εμπλέκονται πολλά ιδρύματα, καθοδηγούμενη από ερευνητές της Ιατρικής Σχολής του Harvard και του δεύτερου μεγαλύτερου Πανεπιστημιακού Νοσοκομείου της (Brigham and Women’s Hospital) [1] έχει εντοπίσει εννέα διεργασίες κατά τη διάρκεια των οποίων τείνουν να αναδύονται οι περισσότερες ανθρώπινες γενετικές μεταλλάξεις. Η εργασία, που δημοσιεύθηκε 12 Αυγούστου στο Science, βασίζεται σε ανάλυση 400 εκατομμυρίων σπάνιων παραλλαγών ανθρώπινου DNA και αντιπροσωπεύει μια από τις πιο εμπεριστατωμένες υπολογιστικές προσπάθειες να εξερευνηθούν κληρονομικές γενετικές παραλλαγές.

Όπως δήλωσαν μέλη της συγγραφικής ομάδας, οι γενετικές μεταλλάξεις είναι ένα σπάνιο, ακόμη αναπόφευκτο και όμως ουσιαστικό, μέρος της ανάπτυξης και διάδοσης των ανθρωπίνων ειδών – δημιουργούν γενετική διαφορετικότητα, τροφοδοτούν την εξέλιξη και περιστασιακά προκαλούν γενετικές ασθένειες. Αξιοποιώντας, συμπληρώνουν οι ερευνητές, την ισχύ του υπολογισμών και τα μεγάλα δεδομένα (big data), αναλύθηκαν γενετικές παραλλαγές και προσδιορίσθηκε ένα σύνολο βιολογικών διεργασιών υπεύθυνων για την μεγάλη πλειονότητα των κληρονομικών ανθρώπινων μεταλλάξεων.

Η έρευνα προσδιόρισε νέους μηχανισμούς τροφοδότησης μεταλλάξεων και ορισμένους που ήταν ήδη γνωστοί. Ένας μηχανισμός σχετίζονταν με ανακριβή αντιγραφή του DNA, ένας άλλος σχετίζονταν με χημική βλάβη που συνέβη στο DNA. Η ανάλυση επίσης εντόπισε έναν μηχανισμό που εμπλέκεται στην ρύθμιση του ανθρώπινου γονιδίου ως ένας συχνός υπαίτιος για τις μεταλλάξεις. Ο μηχανισμός αυτός είναι ιδιαίτερα ενεργός κατά τη διάρκεια της πρώιμης εμβρυικής ανάπτυξης και οι περισσότερες από τις μεταλλάξεις εισάγονται με το μηχανισμό που λειτουργεί κατά τη διάρκεια αυτής της περιόδου. Σε ένα εύρημα-έκπληξη, οι ερευνητές προσδιόρισαν έναν οδηγό-μηχανισμό μετάλλαξης που δεν σχετίζονταν με αντιγραφή DNA και κυτταρική διαίρεση – διεργασίες που είναι συνδεδεμένες με μεταλλάξεις – να προκαλεί βλάβες. Αυτός ο προηγουμένως απαρατήρητος μηχανισμός οδηγεί σε μεταλλάξεις σε ωάρια που βρίσκονται στις ωοθήκες.

Οι ερευνητές εργάζονται τώρα για να ενσωματώσουν ορισμένα από τα αποτελέσματα σε ένα μοντέλο για το ρυθμό ανθρώπινης μετάλλαξης σε όλο το γονιδίωμα, σε μια προσπάθεια να βοηθήσουν να προβλεφθεί η αλλαγή που μια συγκεκριμένη μετάλλαξη θα μπορούσε να συμβεί σε μια ορισμένη θέση του γονιδιώματος. Στόχος είναι να βοηθήσει στην ανάλυση μεταλλάξεων ασθενειών και στην ανακάλυψη των γονιδίων που προκαλούν σπάνιες ασθένειες.

Πηγή: Harvard Medical School

Περισσότερα στη δημοσίευση: Population sequencing data reveal a compendium of mutational processes in the human germ line. Science.

[1] Διαμορφώθηκε το 1980 με τη συγχώνευση τριών συνεργαζόμενων με το Harvard νοσοκομείων: των Νοσοκομείων Peter Bent Brigham (ιδρύθηκε το 1913) και Robert Breck Brigham (ιδρύθηκε το 1914), και του Νοσοκομείου για Γυναίκες της Βοστώνης (ιδρύθηκε το 1966).