なぜ20年かけてヒトゲノムを完成させたのか、そしてなぜまだやるべきことがあるのか

20年かけてヒトゲノムを完成させたのか、そしてなぜまだやるべきことがあるのか OP4Lr 1 1

2001年に発表されたヒトゲノム塩基配列のドラフトは、ヒトゲノムに対する理解を深める上で画期的な出来事であり、ヒトの生物学や疾病のゲノム上の基礎に関する理解を前進させる道筋をつけました。

しかし、一部の部分はシークエンスされずに残されており、一部の配列情報は間違っていました。20年後の現在、私たちはより完全なバージョンを手に入れ、国際的な研究者コンソーシアムによってプレプリントとして発表されています(まだ査読を受けていません)。

技術的な制約により、当初のヒトゲノム配列のドラフトは、ゲノムの「真性」部分のみをカバーしていました。真性とは、ゲノムの92%を占め、ほとんどの遺伝子が存在し、RNAやタンパク質などの遺伝子産物を作るのに最も活発な部分です。

今回更新された塩基配列は、残りの部分のほとんどを補い、DNAコードの30億5500万塩基対(「文字」)の全体像を示しています。このデータは一般に公開されており、他の研究者がこのデータを使って研究を進めることが期待されています。

なぜ20年もかかったのですか?

新しく配列決定されたものの多くは、ゲノムの「ヘテロクロマティック」な部分です。ヘテロクロマティックな部分は、ユークロマティックなゲノムよりも「密に」詰まっており、正確に読むのが非常に難しい高度な反復配列を多く含んでいます。

これらの領域には、かつては重要な遺伝情報は含まれていないと考えられていましたが、現在では、胚発生時の臓器形成など、根本的に重要なプロセスに関わる遺伝子が含まれていることがわかっています。新たに解読された2億塩基対の中には、タンパク質の生成に関わると予測される遺伝子が115個も含まれています。

ヒトゲノムの完成を可能にしたのは、2つのポイントがあります。

1. 非常に特殊な細胞種を選んだこと

今回発表されたゲノム配列は、「完全胞状奇胎」と呼ばれる非常に珍しいタイプの組織から採取されたヒト細胞を用いて作成されたものです。

ほとんどの細胞には、それぞれの親から受け継いだ2つの染色体があり、それぞれの親の染色体が異なるDNA配列を持っています。完全な胞状奇胎からの細胞は、父親の染色体のみが2コピーあり、各組の染色体の遺伝子配列は同一である。これにより、全ゲノム配列の解明が非常に容易になります。

2. シークエンス技術の進歩

これは、ゲノムを200塩基対程度の非常に小さな断片に分割し、バクテリアの中でクローンを作り、その配列を解読して、巨大なジグソーパズルのようにつなぎ合わせるというものです。

これが、当初の草案がゲノムのエクロム領域のみを対象としていた主な理由で、この方法ではエクロム領域のみを確実に配列決定することができました。

最新の配列は、2つの相補的な新しいDNA配列技術を用いて推定されました。1つはパックバイオ社が開発したもので、長いDNA断片を非常に高い精度で配列することができます。もう1つはオックスフォード・ナノポア社が開発したもので、超長尺の連続したDNA配列を得ることができます。これらの新技術により、数千から数百万の塩基対の長さのジグソーパズルを作ることができ、組み立てが容易になります。

この新しい情報は、染色体がどのように機能し、その構造を維持しているかなど、人間の生物学に対する理解を深める可能性があります。また、染色体の異常が根底にあるダウン症などの遺伝的疾患に対する理解も深まることでしょう。

ゲノムは完全に解読されたのですか?

いや、そうではありません。この配列を作成するために使用された完全な胞状奇胎細胞には、2つの同じコピーのX染色体が含まれていたため、明らかにY染色体が抜けています。しかし、この研究は現在進行中であり、研究者たちは、Y染色体には非常に繰り返しの多い配列があるにもかかわらず、この方法で正確な配列を得ることができると期待しています。

ヒト細胞の(ほぼ)完全なゲノム配列を決定したことは非常に素晴らしい画期的なことですが、これはヒトの遺伝的多様性を完全に理解するためのいくつかの重要なステップの一つに過ぎません。

次の仕事は、多様な集団のゲノムを研究することです(完全な胞状奇胎の細胞はヨーロッパ人でした)。新しい技術が十分に成熟し、異なる集団からの多くの異なるヒトゲノムの配列を決定するために日常的に使用されるようになれば、人類の歴史、生物学、健康についての理解に、より大きな影響を与えることができるようになるでしょう。

特定の集団に発見が限定されることで健康格差が悪化しないよう、ヒトゲノムの多様性を十分に理解した上でこの研究が行われるよう、配慮と技術開発の両方が必要です。

Images used courtesy of Pexels/Edward Jenner

この記事は、クリエイティブ・コモンズ・ライセンスの下、The Conversationから転載されています。オリジナルの記事を読む

読む  スナップの新しいSpectaclesは、拡張現実で世界を見ることができます。