Apa genom lengkap dan mengapa itu diperlukan

Atlas telah meluncurkan produk baru - Genom Lengkap . Sekarang kita dapat mempelajari tidak hanya titik individu dalam genom, seperti dalam tes genetik, tetapi juga membaca seluruh urutan nukleotida genom. Dalam artikel ini kami memberi tahu apa itu dan mengapa itu diperlukan.

Perhatian! Kami akan memberikan Genom Lengkap kepada salah satu pembaca kami yang akan menyelesaikan semua tugas. Lebih detail di akhir artikel.

Apa arti genom penuh?

Untuk berurusan dengan sekuensing genom penuh atau seluruh genom (WGS), kami pertama kali memberitahu Anda secara singkat tentang teknologi tes genetik konvensional.

Microchip dan tes genetik rutin

Tes genetik Atlas, seperti banyak tes serupa, dilakukan dengan menggunakan microarray DNA (DNA microarray, Beadchip). Permukaan microchip DNA berisi banyak depresi kecil (sekitar 700 ribu), masing-masing berisi bola silikon dengan diameter sekitar 3 mikrometer. Pada permukaan bola ini ada ratusan ribu sekuens DNA untai pendek untai pendek identik yang dijahit dengannya, sesuai dengan bagian genom manusia yang terletak di sebelah variasi yang dipelajari (SNP, SNV). Setiap bola hanya sesuai dengan satu variasi genetik, dan koordinat lubang pada chip untuk setiap bola diketahui (Gambar 2D).

Blok pendidikan 1
Snip atau SNV (Single Nucleotide Varition) adalah variasi genetik, yaitu perubahan urutan DNA hanya dalam satu nukleotida. Sebagai contoh, satu dari tiga nukleotida (alel) A, G atau T dapat ada pada posisi tertentu dalam gen X, dan nukleotida identik pada orang yang berbeda dalam sisa urutan (Gambar 1). Dari satu huruf ini, fitur spesifik seseorang mungkin bergantung.


Gambar 1 Gambar oleh Rentonorama

Misalnya, rs4481887 polimorfisme, yang terletak pada kromosom pertama di sebelah gen reseptor penciuman OR2M7, memiliki tiga alel: A, G, dan T. Kehadiran alel A pada satu atau kedua kromosom (genotipe A / G, A / T, dan A / A) Menentukan sensitivitas bau urin setelah mengonsumsi asparagus. Dengan tidak adanya alel A, seseorang bahkan tidak akan menyadari bahwa setelah makan asparagus dalam urin, suatu zat dengan bau khas dilepaskan.

Indel atau INDEL (Penyisipan / Penghapusan) adalah jenis variasi genetik lain yang melibatkan penghapusan atau penyisipan satu atau lebih nukleotida. Snips dan indels bersama-sama, bersama dengan kemungkinan perubahan struktural: penghapusan besar, penyisipan, translokasi, inversi, adalah perbedaan aktual dalam genom orang yang berbeda.

Ketika melewati tes genetik Atlas, DNA genomik dan mitokondria diisolasi dari air liur, menambah jumlah salinan (memperbesar) dan memotong-potong menjadi segmen-segmen kecil (Gambar 2A). Sejumlah fragmen beruntai tunggal dari DNA manusia dihubungkan dengan sekuens yang sesuai pada bola silikon (Gambar 2B), setelah itu sekuens ini diperpanjang oleh 1 nukleotida fluoresens buatan (Gambar 2C). Nukleotida berbeda menyala dalam warna berbeda: merah dan hijau. Dengan rasio intensitas cahaya setiap warna (Gambar 2E), seseorang dapat menentukan genotipe yang sesuai dengan bola.


Gambar 2

Setelah memindai seluruh chip, kami mendapatkan sekitar 700 ribu genotipe variasi dan melewati mereka melalui sistem interpretasi kami. Seringkali pengguna mencoba membandingkan hasil tes yang berbeda, tetapi melihat perbedaan yang kuat. Ini terjadi karena beberapa alasan. Pertama, berbagai perusahaan menggunakan versi chip dan perangkat SNV yang berbeda. Akibatnya, pada beberapa chip ada set variasi unik yang tidak dapat ditemukan pada chip lain. Kedua, selalu ada kesalahan genotyping, yang dapat terjadi karena berbagai alasan, meskipun itu memberikan kontribusi paling sedikit pada perbedaan hasil. Data penelitian menunjukkan bahwa akurasi genotipe pada microarray DNA yang digunakan Atlas lebih tinggi dari 99,5%. Tetapi alasan utama untuk perbedaan dalam hasil tes genetik dalam interpretasi adalah bahwa perusahaan yang berbeda membuatnya berbeda bahkan untuk data genotip awal yang sama.

Apa itu sekuensing genom?

Perbedaan utama antara sekuensing genom dan genotipe pada microarray adalah teknologi dan pemrosesan data yang diperoleh. Dengan sekuensing lebar genom, hampir seluruh sekuens DNA ditentukan. Hampir - karena ada bagian dalam genom yang, karena berbagai alasan, tidak dapat dibaca. Seringkali ini adalah situs telomer dan sentromer - dari ujung dan pusat kromosom. Untuk menentukan urutan wilayah genom tersebut, digunakan teknologi yang sangat khusus. Studi semacam itu terutama penelitian di alam.

Menentukan urutan DNA memungkinkan Anda mengetahui genotipe variasi di mana saja dalam genom, termasuk variasi yang dipelajari pada microarray DNA dalam tes genetik Atlas. Teknologi NGS (generasi berikutnya) digunakan untuk menentukan urutan genom dengan cepat dan efisien. Ada beberapa metode yang secara fundamental berbeda yang dibuat oleh perusahaan yang berbeda.

Inti dari metode Atlas adalah sebagai berikut: DNA yang diekstraksi dan dimurnikan diperkuat berkali-kali dan difragmentasi hingga panjang tertentu. Untuk setiap fragmen, urutan khusus dijahit yang memungkinkan Anda untuk mengontrol fragmen ini. Ini adalah fragmen yang diproses yang dibaca (Gambar 3).


Gambar 3 Proses pengurutan langkah demi langkah: masing-masing fluoresensi nukleotida berikutnya dalam saluran warna yang unik.

Pada setiap langkah, perpanjangan satu nukleotida terjadi, yang terkait dengan penduga fluoresen. Masing-masing dari empat nukleotida dikaitkan dengan probe warna tertentu. Jadi, langkah demi langkah, berdasarkan warna cahaya, orang dapat menentukan urutan nukleotida dalam fragmen yang dipelajari. Urutan yang dihasilkan dari setiap fragmen disebut reads, dan mereka menghasilkan sekitar 1 miliar untuk setiap sampel DNA yang diteliti. Baca dan baca metrik kualitas disimpan dalam format teks FASTQ.

Selanjutnya, bacaan disejajarkan (dipetakan) dengan genom referensi. Menggunakan perangkat lunak khusus, misalnya, Burrows-Wheeler aligner, untuk setiap pembacaan, tempat dicari pada genom referensi yang sesuai. Membaca bersama dengan informasi tentang posisi dalam genom direkam dalam format file SAM atau BAM. Visualisasi gen yang dipetakan ke genom dalam file SAM (BAM) menggunakan browser genom IGV ditunjukkan pada Gambar 4.


Gambar 4 Visualisasi file BAM dalam program IGV (situs kromosom satu orang). Bacaan yang dipetakan ditunjukkan oleh blok horisontal, posisi ditunjukkan pada trek di atas.

Gambar tersebut juga menunjukkan kedalaman cakupan ketika beberapa bacaan yang selaras mencakup posisi apa pun dalam genom referensi. Nilai tersebut dirata-rata untuk seluruh genom dan digunakan sebagai indikator kualitas penelitian. Atlas menjamin cakupan genom rata-rata kedalaman lebih dari 30, yang memastikan genotipe berkualitas tinggi. Meningkatkan kedalaman bacaan secara signifikan meningkatkan biaya pengurutan, ketepatan menentukan variasi genetik dan digunakan dalam studi onkologis yang sempit, misalnya, dalam Atlas Diagnosis Onkologi.

Blok pendidikan 2
Genom referensi adalah urutan DNA yang dirakit secara artifisial dari suatu spesies biologis. Sebagian besar urutan dari mana rujukan genom manusia dikumpulkan diambil dari satu orang yang berasal dari Afrika-Eropa. Genom referensi diperbarui secara berkala: versi terbaru, GRCh38, dirilis pada 2013 dan mengandung 3,3 miliar nukleotida. Terlepas dari ketersediaan versi baru, banyak tes genetik dan layanan analisis data genetik menggunakan yang sebelumnya - GRCh37. Atlas menggunakan versi GRCh38 untuk memberikan hasil analisis yang paling akurat.

File yang diperoleh setelah pemetaan (file SAM, sequencing alignment map, atau dalam bentuk biner BAM - binary alignment map) difilter dan digunakan untuk mencari variasi dalam genom, termasuk variasi nukleotida tunggal dan insersi pendek dan penghapusan. Kehadiran varian nukleotida tunggal pada kromosom 1 pada posisi 248333561 (contoh di atas rs4481887 adalah varian yang menentukan sensitivitas terhadap bau urin setelah makan asparagus) ditunjukkan pada Gambar 5.


Gambar 5 Visualisasi file BAM dalam program IGV. Plot kromosom 1. Pada posisi 248333561 adalah polimorfisme rs4481887: nukleotida pada posisi ini tidak sesuai dengan genom referensi dan disorot dalam warna. Dalam semua bacaan yang mencakup bagian genom ini, ada nukleoid G, yang menunjukkan homozigositas genotipe tersebut. Seseorang dengan hasil pengurutan ini akan memiliki genotipe G / G dan ketidakpekaan terhadap bau urin setelah makan asparagus.

Variasi genetik yang ditemukan disimpan dalam file VCF (format panggilan varian). Ini berisi alel yang terdeteksi untuk setiap posisi genom, serta indikator kualitas genotipe. File VCF difilter: catatan tentang ada / tidaknya variasi yang tidak sesuai dengan ambang batas kualitas dan berpotensi salah dihapus dari itu. Setiap variasi yang ditemukan diberikan data dari dbSNP yang diketahui darinya, khususnya, pengidentifikasi unik rsID.

Anda dapat membiasakan diri dengan spesifikasi format untuk menyimpan data urutan dan genotipe di tautan berikut:
FASTQ - maq.sourceforge.net
SAM - samtools.imtqy.com
VCF - samtools.imtqy.com

Untuk visualisasi pemetaan membaca (file SAM atau BAM) berbagai perangkat lunak digunakan. Yang paling populer adalah IGV (Integrative Genomics Viewer dari Broad Institute). Unduh IGV dan biasakan diri Anda dengan itu di tautan .

Data apa yang ditafsirkan oleh Atlas?

Genom lengkap berisi data tentang varian gen yang ada dalam tes genetik Atlas, serta karakteristik yang tidak dapat dihitung menggunakan teknologi genotipe menggunakan microarrays DNA. Sebagai contoh, gejala-gejala ini termasuk risiko kanker.

Kesehatan

383 Penyakit Warisan
Fokus utama dari semua tes Atlas adalah bagian kesehatan, dan tes Genome Full baru kami tidak terkecuali. Untuk gejala tes utama kami, kami menambahkan 65 penyakit keturunan lainnya.

Penyakit herediter atau monogenik mencakup penyakit yang ditularkan dari orang tua kepada anak-anak dan yang perkembangannya tidak terpengaruh oleh gaya hidup seseorang. Untuk perkembangan penyakit seperti itu, mutasi dari satu atau kedua orang tua cukup, tergantung pada jenis warisan penyakit.



21 penyakit multifaktorial
Perkembangan penyakit multifaktorial dipengaruhi oleh gen, gaya hidup dan faktor lingkungan. Penyakit-penyakit tersebut termasuk, misalnya, diabetes mellitus, obesitas, penyakit Parkinson dan Alzheimer, dermatitis atopik. Di akun pribadi Anda, pengguna dapat menghitung risiko relatif mengembangkan penyakit berdasarkan data tes dan kuesioner tentang gaya hidup.

6 gejala terkait kesehatan lainnya
Di sini kami telah mengumpulkan tanda-tanda yang memengaruhi gaya hidup seseorang. Misalnya, durasi tidur, chronotype, sindrom kelelahan kronis, takut sakit.

Genetika klinis

43 Risiko Kanker
Karena fakta bahwa lebih banyak varian gen sedang dipelajari dalam genom lengkap, kami mendapatkan lebih banyak data dan dapat menilai risiko pengembangan kanker. Menurut hasil tes, kami menilai kecenderungan untuk sindrom kanker herediter.

Sindrom onkologis herediter adalah penyakit genetik yang dapat ditularkan dalam keluarga dari generasi ke generasi dan meningkatkan risiko jenis kanker tertentu. Sekitar 10% kasus onkologi adalah keturunan.
⁠
Pencarian untuk sindrom kanker herediter berguna terutama bagi mereka yang memiliki kasus kanker dalam keluarga. Sifat turun-temurun dapat diindikasikan pada usia awal timbulnya penyakit (hingga 50 tahun), adanya beberapa kerabat yang sejalan dengan diagnosis yang sama, bentuk kanker yang langka. Berdasarkan hasil tes, dokter akan menentukan jumlah penelitian tambahan dan menyusun program manajemen risiko kanker pribadi. Cari tahu lebih lanjut tentang bagaimana tumor ganas berkembang dalam seri artikel kami.



53 Indikasi kerentanan terhadap komponen obat aktif
Setiap orang bereaksi berbeda terhadap obat-obatan: pada beberapa obat bekerja dengan baik, yang lain menderita efek samping yang parah, dan pada orang lain, pengobatan tidak efektif. Dalam beberapa kasus, ini disebabkan oleh kerja gen yang memengaruhi metabolisme zat aktif dan risiko reaksi yang merugikan.

Sebagai contoh, obat Omeprazole mengurangi sekresi asam klorida dalam lambung. Digunakan dalam pengobatan tukak lambung lambung dan duodenum, penyakit refluks. Gen CYP2C19 menyandikan enzim yang bertanggung jawab untuk metabolisme omeprazole. Oleh karena itu, tergantung pada varian gen, perlu untuk menyesuaikan dosis omeprazole atau menggunakan obat alternatif.

Dalam tes tersebut, kami memeriksa varian gen yang terkait dengan metabolisme 53 obat. Diantaranya adalah antidepresan, kontrasepsi hormonal, obat untuk mengurangi pembekuan darah dan beberapa lainnya.



Laporan Khusus tentang Penyakit Turunan
Laporan ini adalah kesimpulan dari Laboratorium Bioinformatika Klinik Fedor Konovalov. Laboratorium bioinformatika sedang mencari pengangkutan penyakit resesif. Gerbong seperti itu seringkali tidak memengaruhi kesehatan seseorang, tetapi dapat menyebabkan penyakit pada anak-anaknya yang belum lahir. Selain itu, laboratorium dapat mengidentifikasi mutasi unik yang belum pernah dijelaskan sebelumnya dan memberikan kesimpulan apakah itu patogenik.

Para ahli melakukan analisis menyeluruh terhadap informasi ilmiah terkait tentang mutasi dan penyakit dalam setiap kasus. Kesimpulannya berisi semua informasi yang diperlukan untuk ahli genetika. Dengan laporan ini, Anda dapat menghubungi spesialis jika perlu.

Laporan genetik semacam itu mirip dengan dokumen hukum dengan banyak istilah rumit, yang hanya dapat dievaluasi oleh spesialis, dalam kasus kami, ahli genetika. Karena itu, kami tidak menunjukkan genetika klinis sebelum konsultasi. Selama pertemuan, ahli genetika memberi tahu Anda secara terperinci apa yang harus Anda perhatikan, dengan mempertimbangkan riwayat keluarga Anda dan adanya gejala. Ini dapat membantu, misalnya, untuk memperjelas usia di mana skrining penyakit tertentu dimulai atau ketika merencanakan keluarga.

Nutrisi

28 Laporan
Menurut tes genetik dan bahkan genom penuh, tidak mungkin untuk memilih nutrisi yang optimal dan melakukan diet. Ada begitu banyak produk, metode memasak dan hidangan mereka sehingga sulit bagi para peneliti untuk menemukan korelasi dengan varian gen. Namun, beberapa data masih ada.

Dari varian gen tertentu, kita dapat mengetahui apakah seseorang memiliki kecenderungan untuk tidak toleran terhadap laktosa atau gluten, dengan cepat atau lambat tubuh mengatasi alkohol atau kafein, dan juga menilai kecenderungan terhadap kadar zat besi, kalsium, omega-3 dan 6 asam lemak tertentu. Menurut data ini, seseorang dapat memutuskan produk mana yang harus ia hapus atau sebaliknya tambahkan ke diet.

Olah raga

16 Laporan
Menentukan olahraga yang lebih cocok untuk Anda secara genetik sama sulitnya dengan mengambil makanan. Ada banyak jenis aktivitas fisik, dan konsep olahraga berkembang setiap tahun. Jadi skateboarding dan selancar ditambahkan ke program olahraga Olimpiade. Ada terlalu banyak jenis aktivitas fisik yang lebih ditentukan secara genetis. Karena itu, jangan percaya tes genetik yang menjanjikan untuk menemukan olahraga yang paling cocok untuk Anda. Pilih olahraga yang Anda sukai.

Komunitas ilmu genetika khawatir bahwa orang tua melakukan tes genetik untuk anak-anak mereka untuk mengetahui olahraga mana yang terbaik untuk mereka. Dalam hal ini, anak dapat dikirim ke grup yang tidak disukainya, tetapi sesuai dengan hasil tes. Jika seseorang ingin mencapai hasil yang luar biasa dalam olahraga, maka kesuksesan akan sangat tergantung pada ambisinya, kemauan dan karakternya. Varian gen memainkan peran yang lebih kecil di sini.

Dengan menggunakan tes genetik, Anda dapat mengetahui bagaimana gen memengaruhi risiko cedera olahraga, jumlah faktor pertumbuhan seperti-insulin gratis-1, tingkat sel darah merah, erythropoietin, dan juga pada karakteristik metabolisme asam amino - valin, leusin, dan L-karnitin. Pada hasil Full Genome, kami juga menambahkan risiko neuralgia saraf skiatik, level IGFBP-3, volume ekspirasi, dan lainnya.

Gejala lainnya

15 Laporan
Pada bagian ini, kami telah mengumpulkan tanda-tanda yang berhubungan dengan karakteristik tubuh: penampilan, persepsi cahaya, sensitivitas terhadap bumbu dan bau. Dalam pengujian kami, Anda tidak akan menemukan tanda-tanda yang terkait dengan emosi, perilaku atau karakter. Pada dasarnya, sifat-sifat ini tergantung pada karakteristik pengasuhan, lingkungan dan kebiasaan, dan pada tingkat yang lebih rendah mereka dipengaruhi oleh varian gen. Selain itu, banyak kualitas pribadi dapat diubah atau dikembangkan di masa dewasa.

Asal

3 Laporan
Genetika tidak menggunakan konsep etnis atau kebangsaan. Lebih jauh, mereka disebabkan oleh perbedaan budaya, dan bukan varian gen yang berbeda. Sebagai gantinya, genetika menggunakan konsep populasi - sekelompok orang yang telah tinggal di wilayah yang sama sejak lama. Saat ini, data genom populasi tertentu tersedia, di mana para ilmuwan telah mengidentifikasi sekuens dan varian karakteristik gen masing-masing. Studi genetika asal adalah pencarian varian seperti dalam genom dan penentuan kesamaan genetik dengan populasi yang diketahui dalam persentase.

Selain komposisi populasi berdasarkan kode genetik, Anda dapat mengetahui haplogroup Anda. Haplogroup adalah sekelompok orang dengan varian gen yang sama yang terjadi pada satu leluhur bersama ribuan tahun yang lalu. Juga, persentase DNA Neanderthal dapat ditentukan dari genom. Sekitar 1-4% DNA Neanderthal ditemukan dalam genom manusia modern. Sekarang hanya beberapa tanda yang diketahui yang tergantung pada ketersediaan varian gen Neanderthal - pertumbuhan rambut belakang dan tingkat lipoprotein LDL kepadatan rendah (kolesterol jahat).


Perbandingan Genome Lengkap dan Tes Genetik Atlas

Mengapa genom penuh?

Kelebihan utama dari Genome Lengkap adalah Anda mendapatkan semua informasi tentang DNA Anda. Ketika data baru muncul, kami cukup menambahkannya ke akun Anda. Itu tidak selalu bekerja dengan tes genetik biasa, karena memeriksa sekitar 660.000 varian - 0,1% dari semua DNA.Untuk menafsirkan tanda-tanda baru, mereka mungkin tidak cukup.

Hasil tes akan membantu untuk mengambil langkah-langkah pencegahan penyakit, keluarga berencana, dan dokter akan dapat memperjelas diagnosis di masa depan atau sekarang. Tes akan dikirim ke rumah Anda dan semua yang diperlukan pengguna adalah mengumpulkan sampel air liur dan memanggil kurir untuk mentransfer tabung tes ke laboratorium.

Dasar dari Atlas Complete Genome: analisis genetik presisi tinggi (99,5%), kontrol kualitas data yang diperoleh, sistem interpretasi data yang dipatenkan, akses ke data sumber, konseling genetik, serta artikel ilmiah terpilih yang tersedia untuk setiap pengguna. Pengguna menerima semua ini untuk 94.500 - harga terendah untuk layanan tersebut di Rusia. Tes sudah dapat dibeli di situs web Atlas .

Jika Anda tahu cara bekerja dengan data besar, dan terutama bioinformatika, data mentah dari genom lengkap bisa berupa plastisin, yang dengannya Anda bisa bermain di waktu luang dan belajar lebih banyak tentang diri Anda. Misalnya, Anda dapat menyingkirkan varian gen yang dipelajari perusahaan lain dan memuat interpretasi ke dalam basis data mereka, mencari tahu hubungannya dengan orang lain, mengambil referensi DNA simpanse atau Neanderthal dan membandingkan seberapa miripnya Anda.

Dan juga

Atlas telah menyiapkan hadiah yang bagus untuk pembaca Habr! Dalam artikel berikut, kami akan memberikan 3 tugas dengan contoh dan input data, serta informasi tentang perangkat lunak yang diperlukan. Yang pertama untuk menyelesaikan semua masalah - akan menerima genom Penuh sebagai hadiah !