معلومة

ما مقدار الاختلاف في الجينوم البشري للإنسان

ما مقدار الاختلاف في الجينوم البشري للإنسان


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

نحن نتعلم حاليًا عن مشروع الجينوم البشري في علم الأحياء في المدرسة الثانوية. ألن يكون الجينوم البشري الذي تم تعيينه مختلفًا ، على سبيل المثال ، عن جيني إذا تم تعيينه على الخريطة؟ ما مقدار الاختلاف بين البشر الفرديين في التسلسل الجيني؟ أفترض أنه لا يوجد فرق كبير منذ أن تم استخدام عدة متطوعين في المشروع. لقد رأيت سؤالًا آخر تحدث عن معدل الطفرات ، لذلك لست متأكدًا مما إذا كان هذا هو الشيء نفسه.


أنت محق في قولك إن تسلسل الجينوم البشري في المشروع قد ساهم به عشرات المتطوعين المجهولين. ومع ذلك ، فإن التسلسل النهائي الذي يتم استخدامه كمرجع قياسي هو بناء تعسفي إلى حد ما يمثل مجموعة من المقاطع المتتالية المأخوذة من واحد أو آخر من المساهمين. إنها أحادي العدد التسلسل ، بالإضافة إلى كروموسوم Y و X.

الآن أنت تسأل عن مدى اختلاف جينومات أي شخصين ، مأخوذة عشوائيًا من مجموعة سكانية. تخيل من أجل البساطة النظر إلى الجينوم الخاص بك. لكل من 22 جسمًا جسميًا ، فأنت تعلم أن لديك نسختين ، واحدة تنتقل من والدك ، والأخرى من والدتك (بالنسبة للكروموسوم X ، لديك نسختان ، إذا كنت فتاة). تخيل الآن مقارنة تسلسل كل زوج من الكروموسومات المتجانسة جنبًا إلى جنب ؛ تذكر أنها مشتقة من أفراد مختلفين تمامًا (ما لم يكن والداك من أقرب الأقارب) ، بحيث لا يكونا متطابقين ، لأنهما يمثلان تاريخًا تطوريًا مستقلًا.

بعد ذلك ، يصبح السؤال: ما مقدار الاختلاف الموجود بين تسلسلات الكروموسومات المقترنة الخاصة بك؟ والإجابة معروفة: تقريبًا كل 1000 زوج أساسي من الكروموسومات تظهر زوجًا أساسيًا في كروموسوم واحدًا وزوجًا أساسيًا مختلفًا في الآخر ؛ وإلا فهي متطابقة. تسمى المواقع التي يحدث فيها هذا الاختلاف SNP ، لتعدد أشكال النوكليوتيدات المفردة (توجد العديد من أنواع التباين الأخرى ، ولكن SNPs هي الأكثر شيوعًا). يمكننا تعميم هذه الملاحظة ، حيث تظل صحيحة بالنسبة لأي زوج من الكروموسومات يتم اختياره عشوائيًا من أي زوج من الموضوعات. لذلك ، يمكننا القول إن البشر متطابقون في 99.9٪ من جينومهم ، في حين أن التباين الجيني المسؤول عن الاختلافات التي تسمح لنا بالتعرف على أنفسنا على أننا فريدون يقتصر على 0.1٪ من جينومنا.


في حين أن معظم الاختلافات في جينومات الناس - تسمى المتغيرات - غير ضارة ، فإن بعضها مفيد ، بينما يساهم البعض الآخر في الأمراض والحالات ، بدءًا من الإعاقات المعرفية إلى القابلية للإصابة بالسرطان والسمنة والسكري وأمراض القلب والاضطرابات الأخرى. إن فهم كيفية مساهمة المتغيرات الجينية في المرض قد يساعد الأطباء على تطوير تشخيصات وعلاجات محسنة ، بالإضافة إلى طرق جديدة للوقاية.

ساعد المعهد الوطني لبحوث الجينوم البشري (NHGRI) ، وهو جزء من المعاهد الوطنية للصحة (NIH) ، في تمويل وتوجيه هذا الاتحاد الدولي للباحثين العام والخاص في الولايات المتحدة والمملكة المتحدة والصين وألمانيا وكندا.

في دراستين تم نشرهما على الإنترنت في 30 سبتمبر 2015 ، في طبيعة سجية، فحص المحققون جينومات 2504 أشخاص من 26 مجموعة من سكان إفريقيا وشرق وجنوب آسيا وأوروبا والأمريكتين.

رئيسيا طبيعة سجية في الدراسة ، حدد الباحثون حوالي 88 مليون موقع في الجينوم البشري تختلف بين الناس ، وإنشاء قاعدة بيانات متاحة للباحثين كمرجع معياري لكيفية اختلاف التركيب الجيني للأشخاص في السكان وحول العالم. يضاعف الكتالوج عدد المواقع المتغيرة المعروفة في الجينوم البشري بأكثر من الضعف ، ويمكن استخدامه الآن في مجموعة واسعة من دراسات البيولوجيا والطب البشريين ، مما يوفر الأساس لفهم جديد لكيفية مساهمة الاختلافات الموروثة في الحمض النووي في المرض المخاطر والاستجابة للأدوية.

من بين أكثر من 88 مليون موقع متغير تم تحديده ، كان لدى حوالي 12 مليونًا متغيرات مشتركة من المحتمل أن تكون مشتركة بين العديد من السكان. أظهرت الدراسة أن أكبر تنوع جيني موجود في السكان الأفارقة ، بما يتفق مع الأدلة على أن البشر نشأوا في إفريقيا وأن الهجرات من إفريقيا أسست مجموعات سكانية أخرى حول العالم.

شملت المجموعات الـ 26 التي تمت دراستها مجموعات مثل إيسان في نيجيريا الكولومبيين في ميديلين وكولومبيا الأيبيرية في إسبانيا الهان الصينية في بكين والتاميل السريلانكي في المملكة المتحدة. وافق جميع الأفراد الذين تمت دراستهم للمشروع على النشر الواسع لبياناتهم ، ويمكن استخدام البيانات من قبل الباحثين في جميع أنحاء العالم.

قال إريك جرين ، دكتوراه ، دكتوراه ، مدير NHGRI: "كان مشروع 1000 جينوم جهدًا طموحًا ومهمًا تاريخيًا أنتج موردًا قيمًا حول التباين الجيني البشري". "تضيف أحدث البيانات والرؤى إلى الفهم المتزايد لأنماط التباين في جينومات الأفراد ، وتوفر أساسًا لاكتساب رؤى أكبر في جينوميات الأمراض البشرية."

تمثل هذه التقارير ذروة مشروع 1000 جينوم ، الذي وجد أكثر من 99 في المائة من المتغيرات في الجينوم البشري التي تحدث بتواتر لا يقل عن 1 في المائة في المجموعات السكانية المدروسة.

قالت ليزا: "يختلف حوالي 88 مليون موقع في الجينوم بين الناس. حوالي ربع هذه المتغيرات شائعة وتحدث في العديد من المجموعات السكانية أو جميعها ، بينما يحدث حوالي ثلاثة أرباعها في 1 بالمائة فقط من الأشخاص أو أكثر ندرة". بروكس ، دكتوراه ، مدير البرنامج في NHGRI برنامج التباين الجينومي. "تعد بيانات مشروع الجينوم الألف مصدرًا لأي دراسة يبحث فيها العلماء عن الإسهامات الجينية للأمراض ، بما في ذلك دراسة كل من المتغيرات الشائعة والنادرة."

أحد الاستخدامات الفورية لبيانات مشروع 1000 جينوم هو دراسات الارتباط على مستوى الجينوم (GWAS) ، والتي تقارن جينومات الأشخاص المصابين أو غير المصابين بمرض للبحث عن مناطق الجينوم التي تحتوي على متغيرات جينومية مرتبطة بهذا المرض. تجد مثل هذه الدراسات عمومًا العديد من المناطق الجينومية المرتبطة بمرض والعديد من المتغيرات في كل من هذه المناطق. يمكن للعلماء الآن دمج بيانات GWAS مع بيانات مشروع الجينوم 1000 الأكثر تفصيلاً في المناطق التي تؤثر على المرض بشكل أكثر دقة. بدلاً من ترتيب الجينومات لجميع الأشخاص في الدراسة ، والتي تظل باهظة الثمن ، يمكن للباحثين استخدام بيانات مشروع 1000 جينوم للعثور على معظم المتغيرات في تلك المناطق المرتبطة بالمرض.

قال آدم أوتون ، دكتوراه ، الدراسة الرئيسية: "عندما تم إطلاق مشروع 1000 جينوم لأول مرة في عام 2008 ، لم يكن هناك الكثير من الفهم لكيفية توزيع المتغيرات الجينومية النادرة بين السكان في جميع أنحاء العالم وعلاقتها بالمتغيرات الأخرى". مؤلف كبير ومحقق رئيسي كان حتى وقت قريب أستاذًا مساعدًا لعلم الوراثة في كلية ألبرت أينشتاين للطب في مدينة نيويورك.

قال الدكتور أوتون ، الذي يعمل الآن مع شركة 23andMe في ماونتن فيو ، كاليفورنيا: "كان المشروع جهدًا لبناء مجموعة بيانات مرجعية للتنوع الجيني. إنه يخبرنا حقًا عن بنية التباين الجيني البشري والتنوع".

في ورقة مصاحبة في طبيعة سجية، فحص العلماء الاختلافات في بنية الجينوم في 2504 عينة. وجدوا ما يقرب من 69000 اختلاف ، والمعروفة باسم المتغيرات الهيكلية. تشمل هذه الاختلافات الجينية ، التي يؤثر الكثير منها على الجينات ، عمليات الحذف (فقدان الحمض النووي) ، والإدخال (الحمض النووي المضاف) ، والازدواج (نسخ إضافية من الحمض النووي). أنشأ الباحثون خريطة لثمانية فئات من المتغيرات الهيكلية التي يحتمل أن تسهم في المرض.

"التباين الهيكلي مسؤول عن نسبة كبيرة من الاختلافات في الحمض النووي بين الجينوم البشري ،" قال دكتوراه جان كوربل ، رئيس المجموعة ومحقق مجلس البحوث الأوروبي في وحدة بيولوجيا الجينوم في مختبر البيولوجيا الجزيئية الأوروبي في هايدلبرغ ، ألمانيا . يعد الدكتور كوربل مؤلفًا رئيسيًا وباحثًا رئيسيًا مشاركًا لدراسة التباين الهيكلي. "لم تبحث أي دراسة على الإطلاق في التباين الهيكلي الجيني مع هذا النوع من التمثيل الواسع للسكان في جميع أنحاء العالم."

اكتشف الدكتور كوربل ، الباحث الرئيسي المشارك إيفان إيشلر ، وأستاذ علوم الجينوم ومحقق معهد هوارد هيوز الطبي بجامعة واشنطن في سياتل ، وزملاؤهم أن المتغيرات الهيكلية غالبًا ما تكون أكثر تعقيدًا مما كانوا يعتقدون في الأصل . على سبيل المثال ، غالبًا ما تحدث غالبية الانقلابات ، التي تنطوي على تسلسل الحمض النووي التي تغير اتجاهها في الجينوم ، جنبًا إلى جنب مع التغييرات الهيكلية الأخرى.

إلى Gonçalo Abecasis ، دكتوراه ، رئيس الإحصاء الحيوي في جامعة ميتشيغان في آن أربور والباحث الرئيسي المشارك في طبيعة سجية في الدراسة ، فإن قيمة مشروع 1000 جينوم تمتد إلى ما هو أبعد من البيانات. كان التقدم في تسلسل الحمض النووي والمعلوماتية الحيوية أمرًا حيويًا لإكمال المشروع.

قال الدكتور أبيكاسيس: "لقد تعلمنا الكثير عن كيفية عمل الجينوميات على نطاق واسع". "على مدار مشروع 1000 جينوم ، طورنا طرقًا جديدة ومحسنة لتسلسل الحمض النووي على نطاق واسع وتحليل وتفسير المعلومات الجينومية ، بالإضافة إلى كيفية تخزين هذه الكمية الكبيرة من البيانات. تعلمنا كيفية إجراء دراسات جينومية عالية الجودة في مختلف سياقات وأجزاء من العالم ".

قال الدكتور أوتون: "وضع مشروع 1000 جينوم الأساس للآخرين للإجابة على أسئلة مثيرة للاهتمام حقًا". "يريد الجميع الآن معرفة ما تخبرنا به هذه المتغيرات عن الأمراض التي تصيب الإنسان."

كما قام عدد من المنظمات والوكالات ومعاهد المعاهد الوطنية للصحة الأخرى ، بما في ذلك المعهد الوطني للسرطان والمعهد الوطني للقلب والرئة والدم والمعهد الوطني للعلوم الطبية العامة بتوفير التمويل لهذا البحث.


ملخص المؤلف

يعد فهم عملية الطفرة أمرًا مهمًا ، ليس فقط من الناحية الميكانيكية ، ولكن أيضًا لأن لها آثارًا على تحليل تطور التسلسل والاستدلال الجيني للسكان. من المعروف أن معدل الطفرات يختلف بين المواقع داخل الجينوم البشري. والمثال الأكثر دراماتيكية على ذلك هو عندما يتبع C من قبل G ، يكون لكل من النيوكليوتيدات C و G معدل طفرة يتراوح بين 10 و 20 ضعفًا أعلى من المعدل في المواقع الأخرى. بالإضافة إلى ذلك ، من المعروف أن معدل الطفرات قد يتأثر بالنيوكليوتيدات المحيطة بالموقع. نوضح هنا أن هناك أيضًا تباينًا كبيرًا جدًا في معدل الطفرة غير المرتبط بالنيوكليوتيدات المحيطة ، أو تأثير CpG. على الرغم من أن هذا الاختلاف لا يعتمد على النيوكليوتيدات المجاورة ، إلا أن هناك أنماطًا غير عشوائية من النيوكليوتيدات المحيطة بالمواقع التي تبدو مفرطة التغيير ، مما يشير إلى وجود تأثيرات سياق معقدة تؤثر على معدل الطفرة.

الاقتباس: Hodgkinson A ، Ladoukakis E ، Eyre-Walker A (2009) التباين المشفر في معدل الطفرات البشرية. بلوس بيول 7 (2): e1000027. https://doi.org/10.1371/journal.pbio.1000027

محرر أكاديمي: نيك بارتون ، جامعة إدنبرة ، المملكة المتحدة

تم الاستلام: 8 يوليو 2008 وافقت: 12 ديسمبر 2008 نشرت: 3 فبراير 2009

حقوق النشر: © 2009 Hodgkinson et al. هذا مقال مفتوح الوصول يتم توزيعه بموجب شروط ترخيص Creative Commons Attribution License ، والذي يسمح بالاستخدام غير المقيد والتوزيع والاستنساخ بأي وسيلة ، بشرط ذكر المؤلف الأصلي والمصدر.

التمويل: تم تمويل AH و AEW من قبل مجلس أبحاث التكنولوجيا الحيوية والعلوم البيولوجية ، EL و AEW من قبل المجتمع الأوروبي ، و AEW من قبل المركز الوطني للتركيب التطوري.

تضارب المصالح: وقد أعلن الباحثون إلى أن لا المصالح المتنافسة موجودة.

الاختصارات: ميا ، منذ مليون سنة SNP ، تعدد الأشكال أحادي النوكليوتيدات


تصنيف سكان العالم

أعادت البيانات الجديدة حول التباين الجيني البشري إشعال الجدل حول أساس بيولوجي محتمل لتصنيف البشر إلى أعراق. يحيط معظم الجدل بمسألة كيفية تفسير البيانات الجينية وما إذا كانت الاستنتاجات المستندة إليها صحيحة. يجادل بعض الباحثين بأن العرق الذي تم تحديده ذاتيًا يمكن استخدامه كمؤشر على الأصل الجغرافي لبعض المخاطر الصحية والأدوية.

على الرغم من أن الاختلافات الجينية بين المجموعات البشرية صغيرة نسبيًا ، إلا أن هذه الاختلافات في جينات معينة مثل دافي ، ABCC11 ، SLC24A5 ، التي تسمى علامات معلومات عن علم الأمراض (AIMs) ، يمكن استخدامها لتحديد مواقع العديد من الأفراد بشكل موثوق ضمن مجموعات واسعة النطاق جغرافيًا. على سبيل المثال ، كشفت تحليلات الكمبيوتر لمئات من المواقع متعددة الأشكال التي تم أخذ عينات منها في مجموعات سكانية موزعة عالميًا عن وجود تجمعات جينية مرتبطة تقريبًا بالمجموعات التي احتلت تاريخياً مناطق قارية وشبه قارية كبيرة (روزنبرغ وآخرون. 2002 بمشاد وآخرون. 2003).

جادل بعض المعلقين بأن أنماط التباين هذه توفر مبررًا بيولوجيًا لاستخدام الفئات العرقية التقليدية. وهم يجادلون بأن التجمعات القارية تتوافق تقريبًا مع تقسيم البشر إلى أفارقة جنوب الصحراء الكبرى ، والأوروبيون ، وغرب آسيا ، وآسيا الوسطى ، وجنوب آسيا ، وشمال أفريقيا ، وآسيا الشرقية ، وجنوب شرق آسيا ، والبولينيزيون ، والأمريكيون الأصليون ، وغيرهم من سكان أوقيانوسيا (الميلانيزيين ، الماكرونيزيون والسكان الأصليون الأستراليون) (Risch وآخرون. 2002). يختلف مراقبون آخرون ، قائلين إن نفس البيانات تقوض المفاهيم التقليدية للمجموعات العرقية (King and Motulsky 2002 Calafell 2003 Tishkoff and Kidd 2004 [8]). وهم يشيرون ، على سبيل المثال ، إلى أن المجموعات السكانية الرئيسية التي تعتبر أعراقًا أو مجموعات فرعية داخل الأعراق لا تشكل بالضرورة مجموعاتها الخاصة.

علاوة على ذلك ، نظرًا لأن التباين الجيني البشري هو طين ، فإن العديد من الأفراد ينتمون إلى مجموعتين أو أكثر من المجموعات القارية. وبالتالي ، فإن "السلالة البيوجغرافية" الجينية القائمة على أساس وراثي والمخصصة لأي شخص معين بشكل عام سيتم توزيعها على نطاق واسع وستكون مصحوبة بشكوك كبيرة (Pfaff وآخرون.2004).

في أجزاء كثيرة من العالم ، اختلطت المجموعات بطريقة تجعل العديد من الأفراد لديهم أسلاف حديثة نسبيًا من مناطق متفرقة على نطاق واسع. على الرغم من أن التحليلات الجينية لأعداد كبيرة من المواقع يمكن أن تنتج تقديرات للنسبة المئوية لأسلاف الشخص القادمين من مجموعات قارية مختلفة (شرايفر وآخرون. 2003 بمشاد وآخرون. 2004) ، قد تفترض هذه التقديرات تمييزًا خاطئًا للسكان الأبوين ، حيث تبادلت المجموعات البشرية زملائها من النطاقات المحلية إلى النطاق القاري عبر التاريخ (Cavalli-Sforza وآخرون. 1994 Hoerder 2002). حتى مع وجود عدد كبير من الواسمات ، فإن المعلومات الخاصة بتقدير نسب الخلط للأفراد أو المجموعات محدودة ، وعادة ما يكون للتقديرات فترات ثقة واسعة (Pfaff وآخرون.2004).

التجميع الجيني

يمكن استخدام البيانات الجينية لاستنتاج التركيبة السكانية وتعيين الأفراد لمجموعات تتوافق غالبًا مع أسلافهم الجغرافيين المحددين ذاتيًا. في الآونة الأخيرة ، جادل لين جورد وستيفن وودنج بأن "تحليل العديد من المواقع ينتج الآن تقديرات دقيقة بشكل معقول للتشابه الجيني بين الأفراد ، وليس المجموعات السكانية. يرتبط تجميع الأفراد بالأصل الجغرافي أو النسب." [7]

الطب الشرعي

يستطيع علماء الأنثروبولوجيا الشرعيون تحديد أصل جغرافي (أي آسيوي أو أفريقي أو أوروبي) من بقايا الهياكل العظمية بدرجة عالية من الدقة من خلال إجراء تحليل العظام. [41] أظهرت الدراسات أن طرق الاختبار الفردية مثل قياسات وسط الوجه وصفات عظم الفخذ يمكن أن تكون دقيقة بنسبة تزيد عن 80٪ ، ويمكن أن تكون مجتمعةً دقيقة للغاية. ومع ذلك ، يمكن أن تظهر الهياكل العظمية للأفراد من أصل مختلط خصائص أكثر من مجموعة أسلاف واحدة.

اختلط

يقلل تدفق الجينات بين مجموعتين من السكان من متوسط ​​المسافة الجينية بين السكان. الخلط الجيني هو نتيجة التفاعل بين مجموعات سكانية جيدة التمايز. رسم الخرائط المختلطة هي تقنية تستخدم لدراسة كيف تسبب المتغيرات الجينية اختلافات في معدلات المرض بين السكان. [9] تعتبر المجموعات المختلطة الحديثة التي تتبع أسلافها إلى قارات متعددة مناسبة تمامًا لتحديد جينات السمات والأمراض التي تختلف في انتشارها بين السكان الأبوين. كان السكان الأمريكيون من أصل أفريقي محورًا للعديد من دراسات رسم الخرائط الوراثية والمختلط للسكان ، بما في ذلك دراسات السمات الوراثية المعقدة مثل عدد الخلايا البيضاء ومؤشر كتلة الجسم وسرطان البروستاتا وأمراض الكلى. [9]

تم إجراء تحليل للتباين الظاهري والجيني بما في ذلك لون البشرة والوضع الاجتماعي والاقتصادي في سكان الرأس الأخضر الذين لديهم تاريخ موثق جيدًا للاتصال بين الأوروبيين والأفارقة. أظهرت الدراسات أن نمط المزج في هذه الفئة من السكان متحيز جنسياً وأن هناك تفاعلات كبيرة بين الحالة الاجتماعية والاقتصادية ولون البشرة بغض النظر عن لون الجلد والأصل. [9] أظهرت دراسة أخرى زيادة خطر حدوث مضاعفات مرض الكسب غير المشروع مقابل المضيف بعد الزرع بسبب المتغيرات الجينية في مستضد كريات الدم البيضاء البشرية (HLA) والبروتينات غير HLA. [9]


شجرة عائلة الرئيسيات

بسبب مليارات السنين من التطور ، يشترك البشر في الجينات مع جميع الكائنات الحية. النسبة المئوية للجينات أو الحمض النووي التي تشترك فيها الكائنات الحية تسجل أوجه التشابه بينهما. نشارك المزيد من الجينات مع الكائنات الحية الأكثر ارتباطًا بنا.

ينتمي البشر إلى المجموعة البيولوجية المعروفة باسم الرئيسيات ، ويصنفون ضمن القردة العليا ، وهي إحدى المجموعات الرئيسية لشجرة تطور الرئيسيات. إلى جانب أوجه التشابه في علم التشريح والسلوك ، يُشار إلى القرابة البيولوجية الوثيقة بيننا وبين الأنواع الرئيسية الأخرى من خلال أدلة الحمض النووي. إنه يؤكد أن أقرب أقربائنا الأحياء هم الشمبانزي والبونوبو ، الذين نتشارك معهم العديد من السمات. لكننا لم نتطور مباشرة من أي رئيسيات تعيش اليوم.

يُظهر الحمض النووي أيضًا أن جنسنا وقرود الشمبانزي تباعدوا عن أسلاف الأنواع المشتركة التي عاشت ما بين 8 و 6 ملايين سنة مضت. عاش آخر سلف مشترك للقرود والقردة منذ حوالي 25 مليون سنة.


الجينوم البشري

ما الذي يجعل كل واحد منا فريدًا؟ يمكنك المجادلة بأن البيئة تلعب دورًا ، وهي تفعل ذلك إلى حد ما. لكن معظمهم يتفقون على أن والديك لهما علاقة بتفردك. في الواقع ، هذا هو ملكنا الجينات التي تجعل كل واحد منا فريدًا - أو على الأقل فريدًا وراثيًا. لدينا جميعًا الجينات التي تجعلنا بشرًا: جينات الجلد والعظام والعينين والأذنين وأصابع اليدين والقدمين وما إلى ذلك. ومع ذلك ، لدينا جميعًا ألوان بشرة مختلفة ، وأحجام عظام مختلفة ، وألوان عيون مختلفة ، وأشكال مختلفة للأذن. في الواقع ، على الرغم من أن لدينا نفس الجينات ، فإن منتجات هذه الجينات تعمل بشكل مختلف قليلاً في معظمنا. وهذا ما يجعلنا فريدين.

ال الجينات البشرية هل الجينوم - كل الحمض النووي - من الانسان العاقل. يمتلك البشر حوالي 3 مليارات قاعدة من المعلومات ، مقسمة إلى ما يقرب من 20000 إلى 22000 جين ، والتي تنتشر بين متواليات غير مشفرة وموزعة بين 24 كروموسومًا مختلفًا (22).جسيمات جسمية بالإضافة إلى X و Y الكروموسومات الجنسية) (أدناه). الجينوم هو جميع المعلومات الوراثية المشفرة في الحمض النووي ، بما في ذلك الجينات والتسلسلات غير المشفرة.

الجينوم البشري والكروموسومات والجينات. يحتوي كل كروموسوم في الجينوم البشري على العديد من الجينات بالإضافة إلى مناطق متداخلة الجينات (بين الجينات) غير مشفرة. يظهر كل زوج من الكروموسومات هنا بلون مختلف.

شكرا ل مشروع الشفرة الوراثية البشرية، يعرف العلماء الآن تسلسل الحمض النووي للجينوم البشري بأكمله. مشروع الجينوم البشري هو مشروع دولي يضم علماء من جميع أنحاء العالم. بدأ في عام 1990 ، وبحلول عام 2003 ، كان العلماء قد تسلسلوا جميع الأزواج الأساسية الثلاثة مليارات من الحمض النووي البشري. الآن يحاولون تحديد جميع الجينات في التسلسل. أنتج مشروع الجينوم البشري تسلسلًا مرجعيًا للجينوم البشري. يتكون الجينوم البشري من ترميز البروتين exons، مرتبطة الإنترونات والتسلسلات التنظيمية ، والجينات التي تشفر جزيئات الحمض النووي الريبي الأخرى ، وتسلسلات الحمض النووي الأخرى (يشار إليها أحيانًا باسم & quotjunk & quot DNA) ، وهي مناطق لم يتم تحديد وظيفة فيها حتى الآن.

يمكنك مشاهدة فيديو عن مشروع الجينوم البشري وكيف كسر & quot كود الحياة & quot على هذا الرابط: http://www.pbs.org/wgbh/nova/genome/program.html.

ذواتنا الجزيئية فيديو يناقش الجينوم البشري ، وهو متاح في http://www.genome.gov/25520211 أو http://www.youtube.com/watch؟v=_EK3g6px7Ik.الجينوم ، فتح رمز الحياة هو متحف سميثسونيان الوطني للتاريخ الطبيعي الذي يعرض الجينوم البشري. راجع http://unlockinglifescode.org لزيارة المعرض.

التشفير: موسوعة عناصر الحمض النووي

في سبتمبر 2012 ، ENCODE ، The Encyclopedia اF دغير متوفر هتم الإعلان عن lements. كان ENCODE مشروعًا ضخمًا ، شارك فيه أكثر من 440 عالمًا في 32 مختبرًا في جميع أنحاء العالم ، وكان هدفهم هو فهم الجينوم البشري. كان يعتقد أن حوالي 80٪ من الجينوم البشري هو & quotjunk & quot؛ DNA. أثبت ENCODE أن هذا ليس صحيحًا. يُعتقد الآن أن حوالي 80٪ من الجينوم نشط. في الواقع ، معظم الجينوم البشري عبارة عن تسلسلات تنظيمية ، مفاتيح تشغيل / إيقاف تخبر جيناتنا بما يجب القيام به ومتى نفعل ذلك. يقول الدكتور إريك جرين ، مدير المعهد القومي لبحوث الجينوم البشري التابع للمعاهد الوطنية للصحة ، الذي نظم هذا المشروع ، "إنه تصميم الرقصات المذهل مستمر ، لعدد متواضع من الجينات وعدد هائل من. المفاتيح التي تصمم كيفية استخدام تلك الجينات. & quot

يُعتقد الآن أن ثلاثة أرباع الجينوم على الأقل متورط في صنع الحمض النووي الريبي ، ويبدو أن معظم هذا الحمض النووي الريبي يساعد في تنظيم نشاط الجين. حدد العلماء أيضًا حوالي 4 ملايين موقع ترتبط فيها البروتينات بالحمض النووي وتعمل بشكل تنظيمي. تُظهر هذه النتائج الجديدة أن الجينوم البشري يتحكم بشكل ملحوظ ودقيق ومعقد ، في التعبير عن المعلومات الجينية داخل الخلية.


ما مقدار الاختلاف في السلوك البشري بسبب الاختلاف في جيناتنا؟ الجواب: لا بأس به.

الأشخاص الوحيدون الذين يدّعون أن الاختلاف السلوكي بين الناس لا علاقة له بجيناتهم هم الأيديولوجيون: & # 8220 النقية الفارغة. & # 8221 استنادًا إلى دراسات الأنواع الأخرى ، نعلم أن جميع دراسات السمات التي تختلف بين الأفراد تقريبًا هذه الصفات المورفولوجية أو الفسيولوجية أو السلوكية - تُظهر أن بعض أو حتى الكثير من التباين في السكان يعتمد على التباين في جينات الأفراد المختلفين. (أعرف ثلاث دراسات فقط على الحيوانات ، من بين آلاف الدراسات التي أجريت ، والتي فشلت في العثور على أساس جيني للاختلاف بين الصفات التي تم تحليلها. كانت دراستان من الدراسات الثلاث تخصني ، وكانت جميعها قيد التشغيل اتجاهي عدم التناسق: محاولة معرفة ما إذا كان هناك اختلاف جيني ، على سبيل المثال ، لوجود شعيرات أكثر على الجانب الأيمن منها على الجانب الأيسر من الذبابة.)

في حين أن البشر لديهم مصدر إضافي للتنوع بين الأفراد - الثقافة - هناك طرق للالتفاف حول الميراث الثقافي لمعرفة مقدار التنوع البشري الذي يعتمد على التباين الجيني. هناك عدة طرق لتحديد وقياس مساهمة التنوع الجيني في الاختلاف بين الأفراد.

أولاً ، على الرغم من ذلك ، دع & # 8217s نتعلم المصطلح الفني المعني: الوراثة. التوريث هو مقياس يتراوح من صفر إلى واحد (أو 0٪ إلى 100٪) ، ويخبرك يعتمد مقدار التباين الملحوظ بين الأفراد في مجتمع ما على التباين الجيني بين هؤلاء الأفراد. كلما زادت نسبة التوريث ، زاد التحديد الجيني الاختلاف في السمة. لذلك ، على سبيل المثال ، إذا كانت قابلية التوريث في الطول البشري للإناث تساوي 0.7 (أو 70٪) ، فهذا يعني أنك إذا قمت بقياس التباين في عدد السكان بالنسبة لارتفاع النساء (يتم تقدير الاختلاف بشكل تقليدي عن طريق حساب فرق-يُشار إليها بـ ² أو s² - ثم من التباين الكلي للارتفاع ، يرجع 70٪ من هذا التقدير إلى تباين الجينات الفردية & # 8217 ثانية. في هذه الحالة ، هناك & # 8217s درجة عالية من التحكم الجيني للتباين في الارتفاع. (هذا قريب من الرقم الفعلي لطول الأنثى). ومن المربك أن رمز التوريث هو h².

الآن أصبح الأمر أكثر تعقيدًا من ذلك بقليل ، لأن التوريث يتضمن فقط ما نسميه مادة مضافة التباين الجيني بدلاً من الأنواع الأخرى من التباين الجيني (عادةً ما يكون طفيفًا). وبالطبع ، هناك مصادر أخرى واضحة للاختلاف في الطول - أبرزها التغذية والصحة. كلما زادت مساهمة البيئة في الاختلافات بين الأفراد في سمة ما ، قل التوريث الجيني. لذلك ، على سبيل المثال ، تم تقليل وراثة لون الشعر بين البالغين من خلال إدخال مصدر بيئي للتنوع: صبغات الشعر. أقل التباين في لون الشعر الذي نراه ، مقارنة ، على سبيل المثال ، منذ 200 عام ، يرجع إلى الاختلاف الجيني.

من المهم فهم العديد من التحذيرات حول التوريث. أولاً ، إنه كذلك وهو رقم ينطبق على مجموعة واحدة تتزاوج في وقت واحد—وقت القياس. لا يمكنك تطبيق التوريث في مجموعة واحدة على مجموعة مختلفة قد يكون لها جينات مختلفة ، والأهم من ذلك ، كميات ومصادر مختلفة للتغيرات البيئية التي تؤثر على سمة. على سبيل المثال ، قد يُظهر السكان الذين يمرون بالمجاعة انخفاضًا في التوريث في الطول لأن الأفراد & # 8217 ارتفاعات قد تتغير بكميات مختلفة تمامًا من الطعام الذي يحصلون عليه.

ثانيًا ، لا يقول التوريث سوى القليل جدًا عن مقدار السمة تغير، لعلم الوراثة ليس القدر. نعم ، قد تكون نسبة التوريث في الطول 70٪ ، لكن هذا لا يعني أنه يمكننا & # 8217t جعل الناس أكبر أو أصغر من خلال إطعامهم الكثير من الطعام الجيد ، أو حقنهم بهرمونات النمو ، أو تجويعهم. عندما يعترض الناس على قياس التوريث في معدل الذكاء ، على سبيل المثال ، فإنهم غالبًا ما يعتقدون خطأً أنه نظرًا لأن معدل الذكاء لديه قابلية وراثية كبيرة ، وهو ما يحدث ، لذلك يمكن تغييره & # 8217t. ولكن هذا الزيف هناك العديد من التدخلات المحتملة التي يمكن أن تؤثر على معدل الذكاء.

ثالثًا ، كما هو مذكور أعلاه ، لا يخبرنا قياس التوريث داخل مجموعة إلا القليل جدًا ، إن وجد ، عن الأساس الجيني للاختلاف من بين مجموعات. هذا & # 8217s لأنه قد تكون هناك اختلافات بيئية بين المجموعات التي تؤثر على الشخصية بطرق عميقة وتجعل الاستقراء من مجموعة إلى أخرى عديم الفائدة. لا يمكنك أن تستنتج ، على سبيل المثال ، أن مقاييس السلوك ، والعقلية ، وما إلى ذلك ، في مجموعة سكانية أو عرقية واحدة ، حتى لو كانت التوريثات كبيرة داخل تلك المجموعة السكانية ، يجب أن تعني أن الاختلافات الكبيرة بين المجموعات يجب أن تستند إلى الاختلافات الجينية بين تلك المجموعات. على سبيل المثال ، ربما كان توارث الطول لدى السكان اليابانيين مباشرة بعد الحرب العالمية الثانية ، أقل بكثير من 70٪ بسبب الاختلاف الكبير في التغذية لدى اليابانيين. وهكذا يمكنك & # 8217t استنتاج أن طولهم الأصغر من الأمريكيين في ذلك الوقت كان يعتمد على الاختلافات الجينية. في الواقع ، ارتفع متوسط ​​ارتفاع اليابانيين من ثلاث إلى أربع بوصات في حوالي ثلاثين عامًا! الكثير بالنسبة للفكرة القائلة بأن التوريث الكبير لسمة في مجموعة واحدة يعني أنه يمكن تغيير هذه السمة & # 8217t!

رابعًا ، هناك & # 8217 مفهوم خاطئ شائع أن التوريث يخبرك & # 8220 كم من لك الطول (أو الوزن ، أو معدل الذكاء) وراثي & # 8221. إن قابلية التوريث بنسبة 80٪ للارتفاع لا تعني أنه إذا كنت & # 8217 يبلغ طولك خمسة أقدام ، فإن أربعة أقدام تأتي من الجينات وقدم واحدة من البيئة. هذا الاستنتاج لا معنى له من الناحية البيولوجية لأن ارتفاع الفرد ينطوي على تفاعل بين الجينات والبيئة. الطريقة الوحيدة المعقولة لتفسير التوريث هي أن نقول إنها تخبرنا كم من التباين الذي نراه من فرد إلى فرد داخل مجتمع ما يعتمد على الاختلافات في جيناتهم (أو بالأحرى ، أشكال جيناتهم: مختلف & # 8220 موازية & # 8221 ).

كيف نحدد التوريث؟ هناك عدة طرق. في الأنواع مثل النباتات والحيوانات التي يمكننا فيها إجراء الانتقاء الاصطناعي ، يمكننا تقدير التوريث من خلال رؤية مدى استجابة السكان للانتقاء الاصطناعي للسمة. كلما كانت الاستجابة أكبر ، كلما زاد التوريث. هناك معادلة تخبرك بهذا: الاستجابة للانتخاب الاصطناعي تساوي تقريبًا قوة الانتقاء (مقدار الاختلاف الموجود في متوسط ​​السمة في المجموعة التي تختارها للتكاثر وتلك الخاصة بالسكان بشكل عام) مضروبة في الوراثة. إذا كانت نسبة التوريث من طول الرأس إلى الذيل في الخنازير 50٪ ، واخترت تربية مجموعة من الخنازير التي يبلغ متوسط ​​حجمها قدمين أطول من عدد السكان ، فأنت تتوقع & # 8217d أن يكون الجيل التالي من الخنازير قدم واحدة أطول من السكان الأصليين (0.5 × 2 قدم). لذا ، إذا كنت تعرف مدى قوتك في الاختيار & # 8217re ، وما تفعله ، وما هي الاستجابة في الجيل التالي ، يمكنك إعادة الحساب لتقدير قابلية التوريث للسمة التي حددتها.

بطبيعة الحال ، لا يُمارس الانتقاء الاصطناعي في البشر ، لذلك عادة ما نحدد التوريث من خلال النظر في العلاقة بين الأقارب ، بما في ذلك الارتباط بين الأبناء والنسل والعلاقة بين التوائم. يكون الارتباط بين الأبوين والأبناء مشبوهًا إذا كان هناك مكون بيئي في السمة يمكن أن يورث أيضًا. يبدو أنني أتذكر أن السمتين الأكثر توارثًا في البشر هما الدين والثروة ، وذلك بسبب انتقال هذه الصفات بين الأجيال عبر الثقافة ، وليس عبر الجينات! في الحيوانات التي ليس لديها ثقافة قابلة للانتقال ، مثل ذباب الفاكهة ، يمكن للمرء ، مع ذلك ، إجراء هذه الأنواع من الدراسات.

غالبًا ما يستخدم الباحثون البشر دراسات التوائم ، لمقارنة التشابه بين التوائم المتماثلة (التي لها نفس الجينات) مع التشابه بين التوائم الأخوية ، التي تشترك في نصف جيناتها. نعلم جميعًا أن التوائم المتطابقة تشبه تقريبًا كل سمة سلوكية ومورفولوجية أكثر من التوائم الأخوية (انظر إليهم فقط!) ، مما يعني أن الجينات تلعب دورًا كبيرًا في هذه الصفات. يمكنك في الواقع تقدير وراثة السمات من خلال النظر في الاختلاف في العلاقات المتبادلة بين التوائم المتطابقة مقابل التوائم الأخوية (تحتاج إلى عينة مناسبة الحجم من التوائم للقيام بذلك).

ومع ذلك ، هناك تحذير واحد هنا أيضًا. غالبًا ما يتشارك التوائم المتطابقة أكثر بيئي القواسم المشتركة من التوائم الأخوية. قد يعاملون بشكل أكثر تشابهًا ، ويرتدون ملابس متشابهة ، وينشئون على حد سواء ، ويتعلمون على حد سواء أكثر من التوائم الأخوية. وبالتالي ، فإن التشابه المتزايد بين التوائم المتماثلة لا يحتاج إلى أن يعكس هوية جيناتهم ، بل يجب أن يعكس تشابهًا أكبر لبيئاتهم. على الأقل بالنسبة للمظهر الجسدي ، على الرغم من ذلك ، لا يبدو أن هذا هو الحال: يمكنك & # 8217t & # 8220 التواصل الاجتماعي & # 8221 التوائم المتطابقة لتبدو أكثر تشابهًا من التوائم الأخوية!

تتمثل إحدى الطرق للتغلب على التشابه البيئي المحتمل في مقارنة التوائم الأخوية التي نشأت معًا مع توأمين متطابقين مفصولين عند الولادة ونشأوا عن بعضهما البعض. إذا كانت الأخيرة لا تزال تظهر أوجه تشابه أكبر بشكل ملحوظ على الرغم من بيئاتها المختلفة ، فهذه علامة أكيدة على أن السمات المقاسة لها توارث كبير. ومع ذلك ، كما يمكنك أن تتخيل ، لا توجد & # 8217t عينات كبيرة من التوائم المتماثلة التي تم فصلها عند الولادة.

أخيرًا ، يمكننا قياس التوريث باستخدام الحمض النووي ، من خلال & # 8220 دراسات الارتباط على نطاق الجينوم & # 8221. هذا أكثر تعقيدًا ، ولكنه يتضمن العثور على مناطق الحمض النووي المرتبطة بالتباين في سمة (مثل الارتفاع) ، ثم جمع التأثيرات الصغيرة لجميع المناطق المعروفة لمعرفة مدى مساهمة هذه الأجزاء المعروفة من الجينوم في التباين بين فرادى. تُقاس التوريثات بهذه الطريقة بشكل ثابت أصغر من تلك المقاسة بالارتباطات أو الاختيار ، حيث تأخذ الطريقتان الأخيرتان في الاعتبار eمنطقة الجينوم المساهمة في الاختلاف. يرجع الاختلاف في معظم السمات السلوكية إلى العديد من الجينات ذات التأثير الضئيل للغاية ، ومن المستحيل تقريبًا العثور عليها جميعًا عن طريق رسم خرائط الارتباط.

هذا كله مقدمة طويلة جدًا لشكل قصير جدًا سأعرضه لك - وهو الشكل الذي يأتي من هذه الورقة الجديدة في طبيعة سلوك الإنسان. يلخص بيانات التوريث لعدد من السمات السلوكية ، ويقارن التوريث من دراسات التوائم مع تلك من دراسات الارتباط. انقر على لقطة الشاشة لرؤية الورقة ، وأضع المرجع الكامل في الأسفل:

وهنا & # 8217s الشكل 2 يوضح قياس التوريث في كلا الاتجاهين. تعطي الخطوط والنقاط الزرقاء بيانات من دراسات ثنائية أو عائلية وخطوط ونقاط برتقالية من رسم خرائط الارتباط. يمكنك أن ترى أن دراسات الارتباط تنتج ، كما هو متوقع ، تقديرات أقل للوراثة ، لكنني أتوقع أن تكون القيم الحقيقية أقرب إلى بيانات دراسة الأسرة). تم قياس 26 سمة سلوكية ، تتراوح من التحصيل العلمي ، ومعدل الذكاء عند الأطفال والبالغين ، ومقدار الشرب والتدخين ، والعصابية ، والاضطرابات العقلية مثل الفصام.

انقر على الشكل لتكبيره.

The values in the colored triangle to the left are the “genetic correlations” between traits, which tells us the degree to which pairs of traits are affected by variation in the same genes. We need not concern ourselves with that.

For the moment, look at the lengths of the blue bars to the right, which are probably pretty close to accurate estimates of heritabilities. And for most traits they are pretty big, with over 25% of the variation in a trait due to variation in the genes within that population. For some traits, like adult IQ, number of sexual partners, alcohol dependence, autism spectrum placement, and schizophrenia, heritabilities are over 50%

What all this does is refute the “blank slate” view that the differences between people in their behavior is completely due to culture and socialization. It also shows that a substantial portion, however, is due to other sources of variation: developmental, post-birth environmental differences, and so on. It also shows that you could select on any of these traits and get a response, increasing, for instance, the age of first intercourse (Christians take note!) or reducing alcohol dependence. NOTE: I AM NOT SUGGESTING THAT WE SELECT ON THESE TRAITS!


64 human genomes as new reference for global genetic diversity

In 2001, the International Human Genome Sequencing Consortium announced the first draft of the human genome reference sequence. The Human Genome Project, as it was called, had taken more than eleven years of work and involved more than 1000 scientists from 40 countries. This reference, however, did not represent a single individual but instead is a composite of humans that could not accurately capture the complexity of human genetic variation.

Building on this, scientists have carried out many sequencing projects over the last 20 years to identify and catalog genetic differences between an individual and the reference genome. Those differences usually focused on small single base changes and missed larger genetic alterations. Current technologies now are beginning to detect and characterize larger differences - called structural variants - such as insertions of several hundred letters. Structural variants are more likely than smaller genetic differences to interfere with gene function.

An international research team has now published an article in علم announcing a new, considerably more comprehensive reference dataset obtained using a combination of advanced sequencing and mapping technologies. The new reference dataset reflects 64 assembled human genomes, representing 25 different human populations from across the globe. Importantly, each of the genomes was assembled without guidance from the first human genome and as a result better captures genetic differences from different human populations. The study was led by scientists from the European Molecular Biology Laboratory Heidelberg (EMBL), the Heinrich Heine University Düsseldorf (HHU), The Jackson Laboratory for Genomic Medicine in Farmington, Conn. (JAX), and the University of Washington in Seattle (UW).

"With these new reference data, genetic differences can be studied with unprecedented accuracy against the background of global genetic variation, which facilitates the biomedical evaluation of genetic variants carried by an individual," emphasizes the co-first author of the study, Dr. Peter Ebert from the Institute of Medical Biometry and Bioinformatics at HHU. The distribution of genetic variants can differ substantially between population groups as a result of spontaneous and continuously occurring changes in the genetic material. If such a mutation is passed on over many generations, it can become a genetic variant specific to that population.

The new reference data provide an important basis for including the full spectrum of genetic variants in so-called genome-wide association studies. The aim is to estimate the individual risk of developing certain diseases such as cancer and to understand the underlying molecular mechanisms. This, in turn, can be used as a basis for more targeted therapies and preventative medicine.

This work might enable further applications in precision medicine. Drug efficacy, for example, can vary between individuals based on their genomes. The new reference data now represent the full range of different genetic variant types and incorporates human genomes of great diversity. Therefore, this new resource might contribute to developing novel approaches in personalized medicine, where the selection of therapies is tailored to a patient's individual genetic background.

This study builds on a new method published by these researchers last year in التكنولوجيا الحيوية الطبيعة) to accurately reconstruct the two components of a person's genome - one inherited from a person's father, one from a person's mother. When assembling a person's genome, this method eliminates the potential biases that could result from comparisons with an imperfect reference genome.

Peter Ebert*, Peter A. Audano*, Qihui Zhu*, Bernardo Rodriguez-Martin*, David Porubsky, Marc Jan Bonder, Arvis Sulovari, Jana Ebler, Weichen Zhou, Rebecca Serra Mari, Feyza Yilmaz, Xuefang Zhao, PingHsun Hsieh, Joyce Lee, Sushant Kumar, Jiadong Lin, Tobias Rausch, Yu Chen, Jingwen Ren, Martin Santamarina, Wolfram Höps, Hufsah Ashraf, Nelson T. Chuang, Xiaofei Yang, Katherine M. Munson, Alexandra P. Lewis, Susan Fairley, Luke J. Tallon, Wayne E. Clarke, Anna O. Basile, Marta Byrska-Bishop, Andre Corvelo, Uday S. Evani, Tsung-Yu Lu, Mark J.P. Chaisson, Junjie Chen, Chong Li, Harrison Brand, Aaron M. Wenger, Maryam Ghareghani, William T. Harvey, Benjamin Raeder, Patrick Hasenfeld, Allison A. Regier, Haley J. Abel, Ira M. Hall, Paul Flicek, Oliver Stegle, Mark B. Gerstein, Jose M.C. Tubio, Zepeng Mu, Yang I. Li, Xinghua Shi, Alex R. Hastie, Kai Ye, Zechen Chong, Ashley D. Sanders, Michael C. Zody, Michael E. Talkowski, Ryan E. Mills, Scott E. Devine, Charles Lee#, Jan O. Korbel#, Tobias Marschall#, Evan E. Eichler#, Haplotype-resolved diverse human genomes and integrated analysis of structural variation, علم 2021
*Co-first authors #Co-senior and co-corresponding authors

"For each human individual that participated in the study, we identified not one but two genomes - one for each set of chromosomes," says Jan Korbel, Ph.D., Head of Data Science at the European Molecular Biology Laboratory (EMBL) in Heidelberg who led the research at EMBL. Korbel added: "Humans have two sets of chromosomes which they receive from their parents. Previously we could not distinguish whether genetic variation came from one chromosome set or the other, and we were now able to solve this thanks to advances made by the Human Genome Structural Variation Consortium. It represents a remarkable achievement for the discovery of genetic variation in humans, which can now be studied much more comprehensively, leading the way to better find disease-causing genes."

"These genomes will pave the way to a new wave of scientific discoveries about the biology of the human genome and the connection between genetic variation and disease", says Bernardo Rodriguez-Martin, researcher at EMBL and co-first author. Rodriguez-Martin added: "As an example, we were able to estimate the age of highly mutagenic L1 repeats. Very surprisingly, although these sequences originated up to 3 Million of years ago, they continue to mutate the human genome frequently, which occasionally leads to diseases such as cancer."

"Just a few years ago, I would not have imagined that resolving genomes to this completeness would become possible so fast. This was enabled by exciting advances both of biotechnological and computational methods." says Dr. Peter Ebert, co-first author and computational biologist at Heinrich Heine University Düsseldorf, Germany. "Great to see this technology applied to a diversity panel of human genomes. These genome sequences will be an important resource for fundamental research and clinical genomics going forward."

Senior author Prof. Dr. Tobias Marschall, who led the research at HHU, added that "it was especially exciting to see that these new genome sequences enable a much more detailed analysis of data from standard sequencing technologies, which are routinely applied to millions of genomes by researchers and clinicians across the globe." He believes that "future studies to find associations between genetic variants and disease susceptibility will clearly benefit from this new approach."

"The first human genome sequence was a huge step forward, but was incomplete," said Charles Lee, Ph.D., FACMG, director and professor, The Jackson Laboratory for Genomic Medicine. "In addition to single base variation, we now know that structural variants also contribute very substantially to genomic differences between individuals. Our work provides a far more thorough and accurate window into that genomic variation across individuals and populations, and it represents an incredibly valuable new resource for the research community."

"Capturing the full spectrum of structural variation found in human genomes is vital for clinical applications," says Qihui Zhu, Ph.D., computational scientist. "These variants affect gene function and can contribute to diseases, drug response differences, and more. Knowing how they differ across individuals and across populations is needed to implement more effective genomic medicine."

"Each of these individual genomes is being resolved more completely for a fraction of the price of the first human genome" commented senior author, Evan Eichler, Professor of Genome Sciences, University of Washington School Medicine who was also a member of the original Human Genome Project. "We are discovering remarkable differences in genomic organization which have been missed until now, understanding these differences will enhance our ability to make genetic discoveries related to health and disease especially in groups that have been traditionally under-served by genomics research".

Peter Audano, co-first author, University of Washington School Medicine, adds, "the technology we have today can see into blindspots that have hidden information about diseases and our history. With these advances, we have discovered more than 100,000 structural variants, many of which are novel and affect genes or gene regulatory elements."

EMBL is Europe's flagship laboratory for the life sciences. Established in 1974 as an intergovernmental organisation, EMBL is supported by 27 member states, 2 prospective member states and 2 associate member states.

EMBL performs fundamental research in molecular biology, studying the story of life. The institute offers services to the scientific community trains the next generation of scientists and strives to integrate the life sciences across Europe.

EMBL is international, innovative and interdisciplinary. Its more than 1800 staff, from over 80 countries, operate across six sites in Barcelona (Spain), Grenoble (France), Hamburg (Germany), Heidelberg (Germany), Hinxton (UK) and Rome (Italy). EMBL scientists work in independent groups and conduct research and offer services in all areas of molecular biology.

EMBL research drives the development of new technology and methods in the life sciences. The institute works to transfer this knowledge for the benefit of society.
https:/ / www. embl. de/

Heinrich Heine University Düsseldorf is one of the younger higher education institutions in the state of North Rhine-Westphalia - founded in 1965. Since 1988 our university has carried the name of one of the city's finest sons. Today around 35,000 students study at a modern campus under conditions ideally suited to academic life.

As a campus university where everything is close together, all buildings including the University Hospital and the specialised libraries are easily reachable. Our university departments enjoy an excellent reputation due to an exceptionally high number of collaborative research centres. Moreover, the state capital Düsseldorf provides an attractive environment with a high quality of life.
https:/ / www. hhu. de/ en/

About The Jackson Laboratory

The Jackson Laboratory is an independent, nonprofit biomedical research institution with more than 2,300 employees. Headquartered in Bar Harbor, Maine, it has a National Cancer Institute-designated Cancer Center, a genomic medicine institute in Farmington, Conn., and facilities in Ellsworth and Augusta, Maine, in Sacramento, Calif., and in Beijing and Shanghai, China. Its mission is to discover precise genomic solutions for disease and empower the global biomedical community in the shared quest to improve human health. For more information, please visit http://www. jax. org.

تنصل: AAAS و EurekAlert! ليست مسؤولة عن دقة النشرات الإخبارية المرسلة على EurekAlert! من خلال المؤسسات المساهمة أو لاستخدام أي معلومات من خلال نظام EurekAlert.


Human Genetics: A Look in the Mirror

Who are we? Where did we come from? How did we get here? Throughout the ages, humans have sought answers to these questions, pursuing wisdom through religion, philosophy, and eventually science. Evolutionary analyses published by Genome Biology and Evolution (GBE) allow us to peer into the mirror and better understand ourselves as a species, bringing us closer than ever to uncovering the answers to these long-held questions.

Taking over a decade to complete, the original Human Genome Project cost nearly $3 billion and involved the collective effort of hundreds of scientists. Since then, advances in sequencing technology have resulted in an explosion in human genetics and genomics research, with an estimated one million human genomes sequenced to date. Although this wealth of data has the potential to answer some of our most fundamental questions, unlocking its mysteries has necessitated the invention of new analytic and computational methods and the integration of techniques and ideas from diverse biological sciences, including physiology, anatomy, medicine, population genetics, bioinformatics, and computational, molecular, and evolutionary biology.

To aid in this challenge, since its first issue in 2009, GBE has sought to play a key role in this endeavor by publishing original research articles, letters, reviews, and commentaries that contribute to the rapidly growing body of literature on this topic and drive innovation in this field. Our virtual issue on human genetics highlights some of the most exciting research published in the journal within the last year and a half, demonstrating the wide variety of evolutionary approaches to this avenue of research as well as a number of fascinating insights into our own biology.

A key area of investigation involves identifying ways in which humans differ from other primates—in other words, what makes us human? Several studies published over the last 18 months suggest that part of the answer may be found in transcriptional regulation and changes in gene expression. Edsall et al. (2019) evaluated differences in chromatin accessibility, which impacts access of the transcriptional machinery to the DNA, across five primates including humans. They found high levels of differentiation across species, as well as classes of sites that differed based on selection, genomic location, and cell-type specificity. More specifically, Swain-Lenz et al. (2019) found that differences in chromatin accessibility near genes involved in lipid metabolism may provide a mechanistic explanation for the higher levels of body fat observed in humans compared with other primates. Arakawa et al. (2019) showed that human-specific increases in the transcription of four structural protein genes may give rise to morphological features specific to human skin, including increased thickness and strength compared with the skin of other primates. Finally, a catalog of proteins involved in transcriptional regulation by Perdomo-Sabogal and Nowick (2019) showed that certain types of transcription factors are associated with genes under positive selection, including those associated with schizophrenia, eye development, and fertility in humans.

Another area of interest is the role of mutation in shaping the human genome and our evolutionary history. For example, there has been considerable debate over how much of the human genome is subject to natural selection. It has been argued that this fraction cannot be too large, or else humans would suffer a loss of fitness due to the number of deleterious mutations. However, Galeota-Sprung et al. (2020) countered this argument by showing that the mutational load would be tolerable even if much of the human genome were subject to selection. Additional analyses by Castellano et al. (2020) revealed how the recombination rate, gene density, and mutation rate interact to shape patterns of DNA diversity across humans and other closely related homininae. A study by Prendergast et al. (2019) further uncovered unique biases in mutations that occur at adjacent nucleotide sites in humans, suggesting the existence of distinct evolutionary forces acting on such sites and identifying differences in these forces across human populations.

A particularly fascinating topic in this field is concerned with investigating genetic differences between human populations and their association with the natural history of these groups. For example, Harris et al. (2019) found that the ancestors of Native Americans carried the ancestral, rather than the derived, version of an ancient polymorphism that predates the split with Neanderthals. This polymorphism encompasses the fatty acid desaturase genes, and thus those with Native American ancestry may be at risk for low levels of nutrients derived from dietary omega-3 and omega-6 fatty acids. Jonnalagadda et al. (2019) identified a number of alleles associated with iris color and skin pigmentation in South Asians, whereas Vicuña et al. (2019) discovered genetic variants that may have helped the Andean Native American ancestors of people living in the Atacama Desert in northern Chile to adapt to high arsenic levels in the water. Analysis of another desert-dwelling population by Eaaswarkhanth et al. (2020) showed evidence for positive selection of a genomic region encompassing the TNKS gene in Kuwaiti individuals. Because this gene influences metabolic traits and hypertension risk, selection for this haplotype may have provided an advantage to Kuwaiti ancestors living in the desert of the Arabian Peninsula but has health implications for their modern-day descendants.

Indeed, as revealed by these studies, one of the greatest potential benefits of this line of inquiry is the elucidation of new knowledge that informs our understanding of human health and disease. Reher et al. (2019) found that genes of the major histocompatibility complex, which helps the immune system recognize foreign substances, retain higher levels of diversity than other genes. This was true in both archaic and modern humans, even though archaic humans and Neanderthals had reduced levels of genetic diversity compared with modern humans. Lin and Gokcumen (2019) characterized fine-scale structural variation in the human genome and revealed hotspots that were associated with both adaptive and biomedically relevant variants. For example, they identified hotspots associated with alpha and beta hemoglobin gene clusters as well as idiopathic short stature. Finally, a study by Liu et al. (2019) of samples taken from within a single tumor of a patient with hepatocellular carcinoma showed that the mitochondrial genome was evolving neutrally, providing evidence that refutes the hypothesis that selection acts on mitochondrial DNA to promote tumor development.

Together, this selection of manuscripts highlights some of the latest findings and new approaches in the study of human genetics, a field that promises to help define who we are as a species and to reveal mysteries of human migration and adaptation that may otherwise have been lost to human history. GBE seeks to be a resource for this exciting area of research and will continue to publish new data that will help inform, challenge, and direct new lines of inquiry.


What Scientists Mean When They Say 'Race' Is Not Genetic

If a team of scientists in Philadelphia and New York have their way, using race to categorize groups of people in biological and genetic research will be forever discontinued.

The concept of race in such research is "problematic at best and harmful at worst," the researchers argued in a new paper published in the journal Science on Friday.

However, they also said that social scientists should continue to study race as a social construct to better understand the impact of racism on health.

So what does all this mean? HuffPost Science recently posed that question and others to the paper's co-author, Michael Yudell, who is associate professor and chair of community health and prevention at the Dornsife School of Public Health at Drexel University in Philadelphia.

Why is it problematic to view race as a biological concept?

For more than a century, natural and social scientists have been arguing about whether race is a useful classificatory tool in the biological sciences -- can it elucidate the relationship between humans and their evolutionary history, between humans and their health. In the wake of the U.S. Human Genome Project, the answer seemed to be a pretty resounding "no."

In 2004, for example, Francis Collins, then head of the National Human Genome Research Institute and now director of the National Institutes of Health, called race a “flawed” and “weak” concept and argued that science needed to move beyond race. Yet, as our paper highlights, the use of race persist in genetics, despite voices like Collins, like Craig Venter -- leaders in the field of genomics -- who have called on the field to move beyond it.

We believe it is time to revisit this century-long debate and bring biologists, social scientists and scholars from the humanities together in a constructive way to find better ways to study the ever-important subject of human diversity.

The race concept should be removed from genetics research for the following reasons: Genetic methods do not support the classification of humans into discrete races, [and] racial assumptions are not good biological guideposts. Races are not genetically homogenous and lack clear-cut genetic boundaries. And because of this, using race as a proxy to make clinical predictions is about probability.

Of course, medicine can be about best guesses, but are we serving patients well if medical decisions are made because a patient identifies as part of a certain racial group or are identified as belonging to a specific race? What if, for example, the probability is that if you are white you are 90 percent likely to have a beneficial or at least non-harmful reaction to a particular drug? That sounds pretty good, but what if you are that 1 in 10 that is likely to have a harmful reaction? That doesn’t sound so good, and that is the problem with most race-based predictions. They are best guesses for an individual.

We also believe that a variable so mired in historical and contemporary controversy has no place in modern genetics. Race has both scientific and social meanings that are impossible to tease apart, and we worry that using such a concept in modern genetics does not serve the field well.

Based on your research, what يكون race?

Genetics has long struggled with the definition of race. In the first decades of the 20th century, race was defined by discrete types, the belief that one member of a race was thought to share the same physical and social traits with other members of that race. In these early ideas about race, races generally mapped onto continental populations. Beginning in the 1930s, with the rise of modern population genetics and evolutionary biology, race was reimagined in the context of evolutionary biology and population genetics. Instead of racial groups being fixed between continents, the race concept was a way to understand the frequency of individual genes in different human populations.

In this way, race was a methodological tool that biologists could utilize to study human genetic diversity that did not reflect an underlying hierarchy between human populations. This was simply about gene frequencies between groups. And it is this understanding of race that is still largely the way modern science understands the term.

But the scientist who helped rethink race in the 1930s and 1940s -- the great evolutionary geneticist Theodosius Dobzhansky, a Russia-trained scientist who spent most of his career at Columbia University -- would later in his career voice concern that the use of the race concept in biology had "floundered in confusion and misunderstanding."

In the 1950s, Dobzhansky was moved by factors, both internal and external to science, to call into question the utility of racial classifications. The rise of the civil rights movement, the appropriation of biological conceptions of race to counter civil rights advances, and his own disputes with colleagues over the imprecise and sometimes inappropriate use of the term race led him to call on biologists to develop better methods for investigating human genetic diversity.

The problem today is that modern genetics is stuck in a paradox that reflects Dobzhansky’s own struggle with the race concept: both believing race to be a tool to elucidate human genetic diversity, and believing that race is a poorly defined marker of that diversity and an imprecise proxy for the relationship between ancestry and genetics. This paradox is rooted in the nature of the field. Like Dobzhansky, we and many others in genetics, anthropology and the social sciences have called on scientists to devise better methods to improve the study of human genetic diversity. The field is still trying to respond to Dobzhansky, and we hope that our paper spurs scientists to rethink the use of race in human genetic research.

Race also, of course, has social meanings. And by suggesting that race is not a useful tool for classifying humans, we do not mean to say that somehow race is not real. Race is, of course, real. We live in a country and a world where skin color has long been used as a way to systematize discrimination and brutality.

But that is not what we are arguing in this paper. We are arguing simply that race is not a useful tool to study human genetic diversity and that there is potential harm in doing so. We acknowledge in the paper that using race as a political or social category to study racism and its biological effects, although fraught with challenges, remains necessary.

For example, we need to continue to study how structural inequities and discrimination produce health disparities between groups. Your race can impact your health, but your genetics is not a good window into how race affects your health. This line of thinking goes all the way back to the sociologist and civil rights pioneer W.E.B. Du Bois. Du Bois was the first to synthesize data from anthropology and the social sciences to conclude, for example, that race-based disparities stem from social, not biological, inequalities.

How would you explain some of the differences that we see between various groups and the prevalence of certain genetic diseases, such as sickle cell anemia in the African-American community?

That’s a great example. Sickle cell is not an African-American or African disease, although it occurs in higher frequency in these populations. But this is not a racial difference it is a matter of ancestry, geography and evolution. Sickle-cell occurs in higher frequency in populations from regions of the world where malaria is or once was common, as sickle cell is a disease that is an evolutionary adaptation to exposure to malaria.

The sickle-cell trait is believed to be protective against malaria. Thus, sickle-cell disease is at its highest frequency in West Africans and people of West African descent. But this trait is not common in other regions of Africa, where malaria is not as prevalent. Therefore, it is not an "African" disease. Sickle cell also appears in other regions of the globe, in other human populations, including populations in the Mediterranean Basin, the Arabian Peninsula, and on the Indian subcontinent, where these populations also saw this adaptation to resist malaria.

How is race currently used in genetics research?

Race is used widely in human biological research and clinical practice to elucidate the relationship between our ancestry and our genes. In the laboratory, race can be used to investigate disease-causing genes within and between populations, and, more generally to classify groups in studies of human populations. Race is also used clinically to inform decisions about a patient’s risk for certain diseases and to help predict how one might metabolize drugs.

Some scientists have argued that relevant genetic information can be seen at the racial level that race is the best proxy we have for examining human genetic diversity. Other scientists have concluded race is neither a relevant nor accurate way to understand or map human genetic diversity. Finally, others have argued that race-based predictions in clinical settings, because of the heterogeneous nature of racial groups, are of questionable use. So, despite a widespread use of race in scientific and clinical research, race is the most controversial tool for making sense of human diversity that scientists have at their disposal.

We would prefer the field of genetics use concepts like ancestry instead of race in human studies. It is important to distinguish ancestry from race. Ancestry is a process-based concept that helps us understand the admixing events that lead to one’s existence. Ancestry is also a statement about an individual's relationship to other individuals in their genealogical history. Thus, it is a very personal understanding of one's genomic heritage.

Race, on the other hand, is a pattern-based concept that has led scientists and laypersons alike to draw conclusions about a hierarchical organization of humans, connecting an individual to a larger, preconceived, geographically circumscribed or socially constructed group.

With that being said, are some of the biological concepts of race used in genetics research examples of scientific racism?

Unlike earlier disagreements concerning race and biology, today’s discussions generally lack clear ideological and political antipodes of “racist” and “non-racist.” Most discussions today about race among scientists concern examination of differences between groups with the goal of understanding human evolutionary history, and the relationship between our genes and our health with the goal of determining the best course of medical treatments. However, this doesn’t mean that the race concept in biology can’t be used to support racism.

An example of this is the concern many had in the wake of Nicholas Wade’s book A Troublesome Inheritance, which made claims about the genetic basis of social differences between races. Wade’s book forced a large group of leading genetics to publicly refute the idea that genetics supported such ideas. Other examples include outrageous and incorrect claims about the relationship between race, genetics and intelligence.

What will it require to take race out of human genetics?

Well, we make two proposals in our paper. The first is that we call upon journals to encourage the use of alternative variables to study human genetic diversity and to rationalize their use. Journals should require scientists publishing in their pages to clearly define how they are using such variables in order to allow scientists to understand and interpret data across studies and would help avoid confusing, inconsistent and contradictory usage of such terms. This has been tried before, but only in piecemeal fashion, making sustained change unfeasible.

We also recognize that the use of terms changes nothing if the underlying racial thinking remains the same. But we believe that language matters and that the scientific language of race has a considerable influence on how the public understands human diversity.

Second, we are calling upon the U.S. National Academies of Sciences, Engineering, and Medicine to convene an interdisciplinary panel of experts to help the field improve the study of human genetic diversity.

As an honest broker in science policy, the Academies can play a constructive role in bringing together natural scientists, social scientists and scholars from the humanities to find ways to study human genetic diversity that do not recapitulate the confusion and potential harm that comes with using the race concept.


شاهد الفيديو: كيفية سلسلة الجينوم البشري - مارك ج. كيل (قد 2022).