Das Zoonomia-Projekt: Eine Untersuchung der Genome von 240 Arten enthüllte, was sie mit Menschen teilen

Es gibt Säugetiere Alle Größen und Gewichte Erde. Von der Zwei-Gramm-Hummelfledermaus bis zum Riesenwal. Mehr als 6.000 Säugetierarten – inkl MenschenSie sind sehr verschieden. In den letzten 100 Millionen Jahren haben sie sich an fast jede Umgebung auf der Erde angepasst.

Internationale Zusammenarbeit von Wissenschaftlern Das Zunomi-Projekt – der weltweit größten vergleichenden genetischen Ressource für Säugetiere – gelingt es, die Vielfalt zu katalogisieren Genome von 240 Säugetierarten, die mehr als 80 % der Säugetierfamilien repräsentiert. Dazu gehören die Antilope, der afrikanische Buschelefant, der Gelbfleckenschliefer und das Zebu.

Ihre Ergebnisse wurden in 11 Artikeln zusammengestellt, die in der renommierten Zeitschrift veröffentlicht wurden Wissenschaft. Dort weisen sie auf Teile des menschlichen Genoms hin, die nach Jahrmillionen unverändert geblieben sind Evolution. Sie liefern Informationen, die Aufschluss über Gesundheit und Wohlbefinden geben können Menschliche Krankheiten.

Das Zoonomia-Team hat es vorgemacht Vergleichende Genetik Dies wird nicht nur Aufschluss darüber geben, wie einige Arten außergewöhnliche Leistungen erbringen, sondern kann Wissenschaftlern auch helfen, funktionelle Regionen des menschlichen Genoms besser zu verstehen und zu verstehen, wie sie Gesundheit und Krankheit beeinflussen können.

Zwischen Säugetierarten und Millionen von Jahren der Evolution haben Forscher biologisch wichtige Regionen von Genen identifiziert, manchmal einzelne Buchstaben der DNA, die hochgradig konserviert oder unverändert sind.

Eine Studie ergab, dass mindestens 10 % des menschlichen Genoms bei allen Arten praktisch unverändert sind. Viele dieser Regionen liegen außerhalb der 1 % der Gene, die Proteine ​​herstellen, die die Zellfunktion steuern.

Den Forschern zufolge dienen die lang konservierten Regionen einem Zweck und könnten sogenannte „regulatorische Elemente“ sein, die Anweisungen dafür enthalten, wo, wann und wie viel Protein hergestellt wird. Wissenschaftler haben mehr als 3 Millionen Gene im menschlichen Genom identifiziert, von denen die Hälfte bisher unbekannt war.

Sie entdeckten auch einen Teil der genetischen Grundlage für ungewöhnliche Merkmale von Säugetieren, wie zum Beispiel den meilenweit entfernten Winterschlaf oder die Fähigkeit, schwache Gerüche wahrzunehmen. Darüber hinaus haben sie gefährdete Arten und genetische Varianten identifiziert, die eine wichtige Rolle bei seltenen und häufigen Erkrankungen des Menschen spielen.

Die Ergebnisse stammen aus einer Analyse von DNA-Proben, die von mehr als 50 Institutionen auf der ganzen Welt gesammelt wurden und viele Genome bedrohter oder gefährdeter Arten ergaben.

Um das Zoonomia-Projekt umzusetzen, dh Die weltweit größte vergleichende genetische Ressource für Säugetiere, Mehr als 150 Personen nahmen daran teil. Es wird von der Wissenschaftlerin Eleanor Carlson, Direktorin der Vertebrate Genomics Group am Broad Institute, geleitet. mit Y Harvard und Kerstin Lindblatt-Doh, Professorin für Bioinformatik und integrative Biologie an der UMass Chan School of Medicine.

Carlsson ist wissenschaftlicher Direktor für Wirbeltiergenetik am Pratt Institute und Professor für vergleichende Genetik an der Universität Uppsala in Schweden.

„Eines der größten Probleme in der Genetik ist, dass Menschen ein sehr großes Genom haben und wir nicht wissen, was es bewirkt“, erklärte Carlson. „Eine Sammlung dieser Dinge Wissenschaft Es zeigt wirklich, was mit dieser Art von Daten gemacht werden kann und wie viel wir lernen können, wenn wir die Genome anderer Säugetiere untersuchen.“

In einer Studie haben Matthew Christmas, ein Forscher an der Universität Uppsala, und Irene Kaplo, eine Postdoktorandin an der Carnegie Mellon University, zusammen mit Karlsson, Lindblatt-Doh und Kollegen gearbeitet. Es wurde festgestellt, dass mindestens 10 % des menschlichen Genoms zwischen den Arten hochgradig konserviert sind, und viele dieser Regionen befinden sich außerhalb von proteinkodierenden Genen. Mehr als 4.500 Elemente sind in mehr als 98 % der untersuchten Arten fast vollständig konserviert.

Die meisten der konservierten Regionen – diejenigen, die sich langsamer verändern als zufällige Schwankungen im Genom – sind an der Embryonalentwicklung und der Regulation der RNA-Expression beteiligt. Häufig wechselnde Regionen bestimmen die Interaktionen des Tieres mit seiner Umwelt, beispielsweise durch Immunantworten oder die Entwicklung seines Fells.

Die Forscher identifizierten auch Teile des Gens, die mit einigen seltenen Merkmalen in der Welt der Säugetiere in Verbindung gebracht werden, wie etwa einer ungewöhnlichen Gehirngröße, einem besseren Geruchssinn und der Fähigkeit, im Winter Winterschlaf zu halten.

In dem Bemühen, die Biodiversität zu erhalten, stellten die Forscher fest, dass Säugetiere mit weniger genetischen Mutationen an konservierten Stellen im Genom einem höheren Risiko ausgesetzt sind. Zerstörung.

Carlson und Lindblatt-Doh sagen, dass selbst das Vorhandensein eines Referenzgens pro Art Wissenschaftlern helfen könnte, gefährdete Arten zu identifizieren, da weniger als 5 % aller Säugetierarten Referenzgene haben, obwohl mehr Arbeit erforderlich ist, um diese Methoden zu entwickeln.

In einer anderen Studie verwendeten Carlson, Lindblatt-Doh und ihre Kollegen Säugetiergenome, um menschliche Merkmale und Krankheiten zu untersuchen. Sie konzentrierten sich auf einige der konservierten Ein-Buchstaben-Genregionen, die in der ersten Veröffentlichung entdeckt wurden, und verglichen sie mit genetischen Varianten, die Wissenschaftler zuvor mit anderen Methoden mit Krankheiten wie Krebs in Verbindung gebracht hatten.

Das Team fand heraus, dass ihre evolutionären Konservierungs-basierten Genannotationen mehr Korrelationen zwischen Genvarianten und ihrer Funktion offenbarten als andere Methoden. Sie identifizierten auch Mutationen, die seltene und häufige Krankheiten, einschließlich Krebs, verursachen können, und zeigten, dass die Verwendung von Konservierung in Krankheitsstudien es einfacher machen kann, nach genetischen Veränderungen zu suchen, die das Krankheitsrisiko erhöhen.

Eine dritte Studie unter der Leitung von Steven Reilly, außerordentlicher Professor für Genetik an der Yale University, und Burdis Sabetti, Mitglied des Pratt Institute, untersuchte mehr als 10.000 humanspezifische Genlöschungen anhand von Genomdaten und experimentellen Analysen und kombinierte einige der anderen. Sie sind mit der Aktivität von Neuronen verbunden.

Für Carlson, Lindblatt-Doh und die Forscher, die seit 2005 Säugetiergenome für Zoonomia oder seine Vorgängerprojekte sequenzieren, sind diese Studien – und die Bandbreite der Fragen, die sie beantworten – nur ein Bruchteil dessen, was möglich ist.

Weiterlesen: