사람들이 우리의 유전 지침서인 인간 게놈의 초안을 엿본 지 20년 이상이 지난 후, 연구원들은 다음 단계인 인간 판게놈(pangenome)의 문을 열었습니다.

네이처(Nature)에 5월 10일 발표된 4건의 연구에서 연구원들은 성과, 판게놈이 어떻게 만들어졌는지, 그리고 일부 새로운 생물학 과학자들이 그것으로부터 배우고 있는 것에 대해 설명합니다.

47명의 거의 모든 DNA를 포함하는 보다 완전한 참고서는 연구자들이 복제, 손실 또는 재배열된 DNA의 큰 덩어리와 같이 이전에는 조사할 수 없었던 유형의 변이를 탐구할 수 있게 할 것입니다. 그 연구는 아마도 심장병, 정신분열증 및 기타 다양한 질병과 장애의 유전적 토대에 대해 더 많은 세부 사항을 밝힐 수 있을 것입니다.

팬게놈은 참조 게놈이라고 불리는 기존 인간 게놈에 없는 1억 1,900만 개의 DNA 염기(DNA의 정보 전달 단위)를 추가합니다. 그 DNA의 대부분은 DNA의 다른 곳에서 원본에서 복제된 여러 유전자 사본을 포함하는 게놈의 이전에 탐색된 적이 없는 부분에 있습니다.

이러한 중복된 부분은 게놈의 중복되지 않은 부분보다 빠르게 변하고 있다고 시애틀에 있는 워싱턴 대학의 인간 유전학자이자 Human Pangenome Reference Consortium의 리더 중 한 명인 Evan Eichler는 말합니다. 더욱이, Eichler와 동료들이 이 복제된 영역에서 발생하는 변이 유형을 조사했을 때 “발생하고 있는 돌연변이가 게놈의 나머지 부분과 근본적으로 다르다는 매우 강력한 신호”를 발견했다고 그는 말합니다.

이러한 중복 영역 중 일부에는 다른 종에 비해 인간의 큰 뇌와 관련된 영역과 인간을 다른 영장류와 구별하는 기타 특성이 포함됩니다. 다른 사람들은 특정 특성이나 질병에 연루되었습니다.

반대로, 또 다른 연구에서는 13번, 14번, 21번 염색체를 포함한 특정 염색체의 매우 짧은 팔이 DNA를 교환하면서 서로 닮아간다는 사실을 발견했습니다. 이 짧은 팔은 신체의 모든 단백질을 만드는 기계인 리보솜의 발판 역할을 하는 리보솜 RNA를 만드는 유전자를 포함하고 있기 때문에 중요합니다.

그러나 판게놈 프로젝트의 가장 큰 성과는 마침내 연구원들에게 인간 유전적 다양성의 전체 스펙트럼을 보다 완벽하게 보여주고 있다는 것입니다.

팬게놈은 어떻게 만들어졌나요?
약 20년 된 인간 참조 게놈은 대부분 한 사람에게서 유래하지만 60명 이상의 DNA로 이루어진 패치워크 퀼트입니다. 수년에 걸쳐 다시 연결되고 추가되었지만 여전히 구멍이 있습니다.

작년에 최초의 완전히 완전한 인간 게놈이 발표되었습니다.
그 게놈은 각 인간 염색체의 끝에서 끝까지 또는 텔로미어에서 텔로미어까지의 모든 DNA를 포함합니다. 게놈이 사람의 것이 아니라는 점을 제외하고. 그것은 포상기태로 알려진 일종의 종양에서 유래했습니다. 이 비정상적인 종양은 인간의 정자가 빈 난자를 수정하고 아버지의 염색체가 복제될 때 발생합니다.

그러한 종양의 유전 정보는 “한 개인도 아니다. 그것은 한 개인의 절반에서 나온 것입니다.

새로운 판게놈 초안은 실제 사람들로부터 나온 것이며 세계 각지에서 온 익명의 개인 47명의 거의 완전한 DNA를 포함하고 있습니다. O’Connor는 다양성이 “우리 자신을 단일 인류 종, 단일 인종으로 이해하는 데 도움이 되기 때문에” 중요하다고 말합니다.

과거의 유전학 연구는 유럽계 사람들의 DNA에 너무 많이 의존했다는 비판을 받아왔습니다. 한 인구 집단만 연구하면 특정 집단에서 발생한 유전적 변이가 누락될 수 있다고 O’Connor는 말합니다. “팬게놈 참조를 통해 우리는 훨씬 더 상세한 방식으로 인구별 변이를 평가할 수 있습니다. 그리고 그것이 모든 사람의 생물학에 대한 더 큰 통찰로 이어지기를 바랍니다.”

팬게놈은 인간의 모든 유전적 다양성을 더 잘 표현하기 위한 훌륭한 첫 번째 단계이지만, O’Connor는 “아직도 세계의 주요 그룹이 빠져 있습니다. 그것은 여전히 라틴 아메리카인과 아메리카 원주민을 잘 나타내지 못하고 있으며 … 오세아니아 출신의 사람은 아무도 없습니다. … 정말로, 진정으로 모든 사람을 대표하기 위해 팬게놈에 추가해야 할 훨씬 더 많은 변이가 있습니다.”

5월 9일 기자 회견에서 산타 크루즈 캘리포니아 대학의 인간 유전학자 카렌 미가(Karen Miga)는 추가된 다양성이 다가오고 있다고 말했습니다. 컨소시엄은 2024년 중반까지 이 47개를 포함해 총 350개의 게놈을 완성할 계획이다. 프로젝트의 1단계는 팬게놈 구축 기술 개발을 목표로 했다.

이제 컨소시엄은 “미국이 테이블을 설정하려고 하지 않도록 공유 프레임워크를 개발하려고 시도하는 것에 대해 전 세계의 원주민 그룹 및 과학자들과 대화하고 있습니다. 판게놈 프로젝트를 이끄는 데 도움을 준 미가(Miga)는 이렇게 말했습니다.

판게놈은 인간의 건강에 어떻게 중요합니까?
인간의 유전적 다양성을 더 완벽하게 이해하면 연구자들이 다양한 질병과 장애의 유전적 토대를 밝히는 데 도움이 될 수 있습니다.

또한 새로운 DNA 해독 기술을 통해 범유전체 연구자들은 이전에 연구하기 어려웠던 유전적 변이 유형을 조사할 수 있게 되었습니다.

특히 게놈의 복제 영역은 연구자들이 이전에 짧은 DNA 조각만 읽을 수 있었기 때문에 연구하기 어려웠습니다. 인간 게놈의 방대한 퍼즐에서 거의 동일한 조각이 어디에 들어맞는지 알 수 있는 방법이 없었습니다. 새로운 “장기 읽기” DNA 해독 또는 시퀀싱 기술을 통해 수천 개의 염기 길이(SN: 2/22/21)의 DNA 스트레치를 읽을 수 있습니다.

어떤 사람들은 여분의 DNA를 가지고 있고 다른 사람들은 구조적 변이라고 불리는 DNA가 없는 곳을 평가할 수 있는 것은 인간 유전학에 대한 보다 미묘한 관점을 추가하여 그 복잡성을 더 많이 드러낸다고 O’Connor는 말합니다.

예를 들어, 연구원들은 서로 다른 부분이 서로 접촉하도록 염색체가 접히는 방식을 추적하기 위해 팬게놈 지도를 사용했습니다. 과학자들은 유전자가 켜지고 꺼지는 방식에 영향을 미칠 수 있는 구조적 변형에서 일부 주름과 화학적 표시를 볼 수 있습니다. 그것은 특성이나 건강에 영향을 미칠 수 있습니다. Eichler의 그룹은 또한 다른 사본을 자신의 이미지로 변환한 유전자의 한 버전을 매핑했습니다. 이러한 유전자 변환은 각 사람이 평균적으로 2,000개 이상의 인스턴스를 가지고 있는 놀라울 정도로 흔했습니다.

인간 유전학에 대한 보다 미묘하고 복잡한 견해를 통해 유전학 기반 의학을 개선할 수 있습니다. 그러나 팬게놈이 의료기관에서 변화를 일으키기까지는 시간이 걸릴 수 있다고 Eichler는 말합니다.

연구원들은 판게놈이 희귀 질병에 기여하는 유전적 변화를 보다 쉽게 진단하고 일반적인 장애에 대한 치료법을 찾는 데 도움이 되기를 희망한다고 그는 말했습니다. 그런 일이 발생하면 임상의는 판게놈의 데이터를 진료에 통합하기 시작할 수 있습니다.