Genomikai blog

Sejtmagvacska genomika
Német és spanyol laboratoriumokban meghatározták a sejtmagvacskához (nucleolus) kapcsolódó DNS (nucleolus-associated chromatin domains, NADs) szekvenciáját. A munkához NIMBLEGEN microarray-t és utána 454-es (Roche) szekvenálást használtak. Természetesen kiderült, hogy nem véletlenszerűen kapcsolódnak a kromatin (és így az egyes kromoszóma) darabok a sejtmagvacskához. A cikk a PLOS GENETICS-ben jelent meg, és külön öröm, hogy az első és egy másik szerző is magyar (Németh Attila és Péterfia Bálint).

Szarvasgomba genom
Az ősszel egy tarokkverseny nyereményből kifolyólag volt szerencsém részt venni egy hétfogásos szarvasgombás vacsorán a szilvásváradi Lovas étteremben, ami felejthetetlen gasztronómiai élményt jelentett. Ezért is örültem nagyon a következő  Nature cikknek:
Megszekvenálták a francia szarvasgomba (Tuber melanosporum) genomját. Természetesen, mint a szőlő genomnál, itt is francia-olasz együttműködésből született az eredmény. A nyáron volt szerencsém Franciaországban dolgozni egy keveset egy marha genomika projekten, és így láthattam, hogy ellentétben velünk, a franciák milyen komolyan gondolják a genomikát mezőgazdasági biotechnológiai kutatásokban. Láthattam többek közt egy mezőgazdasági genomikai pályázat nyerteseinek listáját, és hát csak irigykedni tudtam.
Szóval a szarvasgomba genom azért érdekes, mert ugye szimbiózisban él egyes fák gyökereivel. És valóban a genom szekvencia bioinformatikai elemzése és összehasonlítása más gombagenomokkal kimutatta, hogy létrejött egy egyfajta szimbiózis génszett, valamint hiányoznak a szénhidrátokat lebontó enzimek. Az eredmény segíthet megérteni a szimbiózis és a termőtest kialakulásának jelenleg még elég rejtélyes folyamatát és hozzásegíthet a gomba gazdaságosabb és gyorsabb termesztéséhez.

A rizs transzkriptom komplexitása.
A Genome Research-ben jelent meg egy cikk (sajnos még nem tudtam letölteni), hogy kínai és dán kutatók vizsgálták újgenerációs szekvenálással (paired-end RNA-seq) a rizs nyolcféle szervének a transzkriptomját (az adott típusú sejtekben expresszálódó össz-RNS-t). Talán nem meglepő az eredmény, hogy sokkal komplexebb (újabb transzkriptok, újabb alternatív splice variánsok, és érdekes kivágódási melléktermékek), mint azt korábban gondolták.

A Science Express oldalon jelent meg egy cikk, amelyben elegáns kísérletekkel bizonyították be, hogy:

1. Az egyes egyéneknél jelentősen (akár 25%-ban) különbözhet az éppen aktív transzkripciós pontok (ahová a polimerázII enzim komplex éppen kötődik) elhelyezkedése.
2. E különbség sok esetben a különböző transzkripciós faktor kötőhelyeket érintő variabilitásnak (tehát az egyes egyedekben található e helyeket érintő SNP-knek például) tudható be.
3. Ezek a különbségek jelentősen érintik azokat a helyeket is, amelyek távol esnek a jelenlegi tudásunk alapján annotált (meghatározott) transzkripciós starthelyektől (TSS), más néven a gének kezdetétől, promóterétől.

A cikk az első genomszintű bizonyítéka annak, hogy a regulációs SNP-k (rSNP) fontos szerepet játszhatnak az egyének közti különbségek kialakításában. Ennek azért van nagy jelentősége, mert jelenleg a kutatások (elsősorban a GWAS, genom-szintű asszociációs vizsgálatok) főleg a kódoló régiót érintő, és azon belül is a kicserélődési („replacment”, aminosavcserét okozó) SNP-ket, mutációkat vizsgálták. Ezek azonban ritkán fordulnak elő, és a legtöbbet már ismerjük is (pl. a sok csak az exonokat érintő szekvenálási vizsgálat alapján). A közölt GWAS vizsgálatok nagy részénél előkerülnek olyan, az adott betegséggel vagy jelleggel asszociált SNP-k is, amelyeket intergenikus régióra annotálnak. Nagyon valószínű, hogy ezek egy része valójában ilyen regulációs SNP.
Fontos megjegyezni genomikai szempontból, hogy a vizsgálatban szereplő tíz egyénből nyolcnak a teljes genomját meghatározták (így az őket érintő SNP-ket is ismerték) az 1000 genom projekt keretében.
 

Genomikailag nagyon tartalmas hetünk volt Megszekvenáltak öt új humán genomot, a háziasítás genetikai, darwini hátterét genomszekvenálással tárták fel, és így tovább. Néhány csemege:

• Egy négytagú család négy genomját szekvenálták meg. A családot azért választották, mert a két gyerek két recesszív betegségben szenved. A kísérlettel bizonyították, hogy a mendeli öröklődésű betegségeknél a módszer nagyon hatékony lehet a genetikai okok felderítésében. Külön érdekesség, hogy jól meg lehet határozni a rekombinációs töréspontokat, valamint a mutációs rátát. A közlemény a Science-ben jelent meg, és az origon lehet róla részletesebben olvasni.

• A tyúkgenomokról külön posztot is írtam, nagyon tetszett, hiszen én is csirke molekuláris biológiával kezdtem kutatói pályámat, a mezőgazdasági (genomikai) biotechnológia is nagyon érdekel (nem véletlenül rúgtak ki a Mezőgazdasági Biotechnológiai Kutatóközpontból), na és az első két hivatkozás Darwin két művére történt.

• Két párhuzamos közlemény jelent meg a Nature-ben, amelyekben RNA-SEQ technikával szekvenáltak limfoblasztóma sejtvonal mRNS-t 69 yoruba (nigériai) és 60 kaukázusi mintából. A kísérletek jelentősége amellett, hogy jobb képet kapunk a transzkriptomról (például a yoruba mintában találtak 100 új lehetséges fehérjekódoló exont) az, hogy a mintákat a hapmap projektben genotipizált egyénekből vették, és így először vizsgáltak eQTL-eket (expressziós QTL) microarray helyett újgenerációs szekvenálással.

• Ugyancsak a Nature-ben közölték az édesvízi hidra szekvenciáját, ami szintén több okból érdekes. Kiderült, hogy a genom kb. 57%-át transzpozonok alkotják. A szekvencia összehasonlítása más genomokkal érdekes eredményeket adhat például különböző, a csalánozókat érintő evolúciós folyamatokról, mint például az összehúzódó szövetek kialakulásáról.

• Megszekvenálták James Lupski a Baylor College of Medicine Molekuláris és Humán Genetika elnökhelyettesének a genomját (természetesen ott helyben). Lupski a Charcot-Marie-Tooth betegségben szenved. A szekvenálás mellett expresszós vizsgálatokat is végeztek. A munkában a szekvenálás volt még a könnyebb rész, a nehézséget a talált 3420306 darab SNP (ennek kb. egy harmada található fehérje kódoló exonban) bioinformatikai vizsgálata jelentette. Az volt a feladat, hogy megtalálják azokat, amelyeket kötni lehet a betegséghez. A lényeg, hogy le tudták szűkíteni a keresést két SNP-re az SH3TC2 génben, amiben az az érdekes, hogy az egyiket az apjától, míg a másikat az anyjától kapta. A szekvenálást a Solid rendszerrel végezték, a cikk a New England Journal of Medicine-ben jelent meg.

• És a végén elveimmel ellentétesen egy bulvár hír: Az Illumina bejelentette, hogy megszekvenálták Glenn Close genomját. A dolognak semmi tudományos jelentősége sincs, ellenben azt várják tőle, hogy a közvélemény jobban odafigyel a genomszekvenálásokra. Mint ismert a 454 (ma Roche), két éve James D. Watson genomszekvenciáját határozta meg, megnyitva ezzel a „celeb” genomszekvenálásokat (persze azért biológus szemszögből kicsit más a nézete a két „celebnek”). Mindenesetre a dolog előrevetíti, hogy rövidesen ennél sokkal bővebb celebgenomáradat lep el minket, és persze ismerve egy genomszekvenálás max. 1-2 millió forintos (2009) költségét biztos vagyok benne hogy pl. az Obama genom is már régóta ismert.

Összefoglalva azt lehet mondani, hogy a fejlődés szédületes, a héten az eddigi hét egyéni genom hattal gyarapodott (a négytagú család, Dr. Lipski és persze Glenn Close, akinek a családjában pszichiátriai betegségek fordulnak elő)! Megnézve a cikkeket, azokat tavaly szeptember körül küldték be (ja és a hidra szekvenáláshoz még hagyományos Sanger kapilláris, a Lupski genomnál Solid, a többinél meg Illumina technológiát alkalmaztak), de magát a szekvenálást valószínűleg jóval korábban végezték. Figyelembe véve, hogy azóta rengeteget fejlődtek a szekvenáló technológiák, és a szekvenálás költségei is rohamosan csökkennek, nem kell nagy jóstehetség ahhoz, hogy előre megmondjuk, rövidesen tömegével fognak kijönni a hasonló cikkek, és a teljes genom asszociációs vizsgálatokat (GWAS) egyre inkább felválthatják a teljes család szekvenálás vizsgálatok!

A humán genom szekvenciájának a meghatározása után várható volt, hogy rövidesen egy madár szekvenciáját is meghatározzák. Erre hamar sor is került, 2004-ben publikálták a tyúk, pontosabban a bankivatyúk (Gallus gallus, red jungle fowl) szekvenciáját.
A héten jelent meg a Nature-ben egy cikk, ami Uppsala-i kutatók munkája, akik a tyúk háziasításának genetikai hátterét vizsgálták a genomika módszereivel, azaz újgenerációs szekvenálással.

Mit csináltak pontosan?
Megszekvenáltak nyolcféle csirkepopuláció genomját SOLID technológiával 4-5x lefedettséggel. A nyolc populáció azt jelenti, hogy 4-4 tojó- és húscsirkefajtából vettek mintákat. A szekvenciák elemzésével 7.45 millió SNP-t tudtak meghatározni, amelyből több mint öt millió új. Érdemes itt megjegyezni, hogy a csirke genomban (1.05Gbp) viszonylag magas az SNP-k aránya, átlagosan 150 bp-ra jut egy. A teljes hosszúságú genom 92%-ra tudtak illeszteni szekvenciát, a fennmaradó ~90 Mbp nagyrészt erősen ismétlődő szekvenciákból áll.

Ezután jött az igazán érdekes vizsgálat:
Különböző mintakombinációkon (egyedi vagy kombinált populációk adatain) egy 40 Kbp-os ablakot csúsztatva 20 Kbp-onként megszámolták az ablakon belül található SNP-knél az allélelosztást, azaz kezdve attól, hogy a minor allél egyszer fordul elő, addig, hogy a két allél egyenlő arányban fordul elő. Ebből számoltak egy populációs heterogenitás értéket, ami 0.5, ha az ablakon belül található SNP-kre nem hatott valami szelekció, és közelít a nullához, ha volt valami szelekció. Leegyszerűsítve azt keresték, hogy amikor háziasították a tyúkot, akkor mire szelektáltak, mivel ha akkor kiválasztottak egy tojót, amelyikben volt egy mutáció, ami miatt az adott egyed nem csak az év egy bizonyos időszakában, hanem folyamatosan tudott tojni, akkor az azt okozó mutáció a szelekció (a tenyésztők később az ilyen egyedeket tenyésztették tovább) miatt elkezdett a populációban felszaporodni, míg végül nyílván a legtöbb egyed homozigóta lett erre. Mivel a kiválasztott egyed magával vitt az adott mutáció környezetében egy sor más mutációt (SNP-t), és ezek minél közelebb vannak a szelekciós mutációhoz, annál kisebb az esély, hogy rekombinációval keveredjenek a másik allélokkal, ha találunk egy olyan régiót a genomban, aminek a heterogenitása alacsony, akkor valószínű, hogy az adott régióban található SNP-k között lesz az is, amire a szelekció folyt. És valóban több ilyen régiót találtak, közte egyet, ami magába foglalta a TSh receptor (Thyroid Stimulating Hormone receptor) génjét, aminek szerepe lehet többek közt a szaporodásban. Megvizsgálták SNP genotipizálással a génben található SNP-k közül nyolcat 271 madárból, amelyek 36 populációt képviseltek (~8 egyed per populáció), és valóban 264 esetben az egyedek homozigóták, míg hét esetben heterozigóták voltak a házias haplotípusra (vagyis arra a mintázatra, ami az eredetileg kiszelektált tojóban lehetett). Megvizsgálták ezeket az SNP-ket, és találtak egy olyat, ami glicin-arginin aminosavcserét okozott egy olyan pozícióban, ami hatással lehetett a fehérje szerkezetére, és így a funkciójára, és az ismert emlős és madár szekvenciákban csak a háziasított tyúkokban van meg.

Összefoglalva, a szerzők bebizonyították, hogy újgenerációs szekvenálással meg lehet állapítani, hogy a háziasítás során mely jellegekre történhetett a szelekció, és ez egy jelentős felfedezés, ami az elméleti (evolúciós, populációgenetikai) megfontolásokon kívül komoly gazdasági haszonnal is kecsegtet, hiszen így a nemesítést kontrollált irányba lehet terelni.

A cikkből az is következik, hogy hamarosan újabb közlemények garmadáját várhatjuk más mezőgazdaságilag hasznos állatoknál és növényeknél (pl. amire szelektáltak a hús- és tejmarhák nemesítésénél, vagy pl. a pásztorkutyáknál (etológiai aspektusok?).
 

És végül még egy a biológus szívet gyönyörködtető nüánsz a cikkből:
Az első és a második hivatkozása a cikknek Charles Darwin két munkájára van („A fajok eredete”, és a „Az állatok és növények megváltozása a háziasítás állapotában”) és itt utalnék Dr. Patthy László professzor tavalyi előadására az akadémiai közgyűlésen, aminek a címe „Az evolúció a genom projektek fényében” volt, azaz ez a cikk is fényesen bizonyítja, hogy a genomika új fénybe helyezi az evolúciós elméleteket.
 

A nap (ál?)híre.

Kaptam egy E-mail-t (a "Biotaq.Net Services" services@biotaq.net címről), amiben nagyon érdekes dolgok vannak (a felívás itt is elolvasható):

Ha hamarabb kezdtem volna a blogot, akkor már megírtam volna azt a korábbi hírt, hogy az Illumina piacra dobta a „HiSeq(TM) 2000 Sequencing Systems” legújabb szekvenálókészülékét, és úgy mellékesen azt is bejelentették, hogy a kínai „Beijing Genomics Institute (BGI)” egyből megrendelt egy csomót ( 690 ezer a listaár!).
A mostani E-mail szerint a BGI 128 darabot szerez be (ami attól függően, hogy mennyi kedvezményt kapnak, egymaga belekerülhet 60-80 millió dollárba), és ezzel a világ legnagyobb genom(szekvenáló) központja jön létre. Jellegzetes kínai hozzáállás. Emlékszem, hogy először akkor hallottam a BGI-ről, amikor a rizsgenomot megszekvenálták „erőből” (és hát az eredmény minősége messze nem volt tökéletes).
De számomra nem is ez (ha igaz, és megvalósul egyáltalán), és nem is az az ötszáz kis kínai bioinformatikus, akiket megemlítenek a legérdekesebb, hanem a felhívás, ami az e-mail-ben van:
Együttműködőket keresnek a 100 millió dollárból indítandó 1000 növényi és állati referencia és 10 ezer mikroorganizmus genomprogramhoz! Hú, ez már valami lenne! Legutoljára a néhány éve(!) a Solanaceae genomhálózaton írtak egy grandiózus tervről, hogy megszekvenálnának 1000, a Solanaceae családba tartozó (pl. burgonya, dohány, paradicsom, paprika, tojásgyümölcs stb.), és közeli rokon (például a kávé) növényi genomot. Persze most már a google-ban se találtam hírtelen erről semmit, de talán akkor még nem volt érett erre a technológia?
És mi lesz ebből vajon? Sajnos van egy-két gyanús dolog:

1. 1.    A százmillió dollár, amiről írnak (és remélhetőleg nem tartalmazza a gépek beszerzési árát) azt jelenti, hogy gépenként 780 ezer a költségvetés, ami 35-40 futásra elég (2x10e dollár a mostani vegyszerköltség), de ehhez még hozzájárul természetesen a munkaköltség, a számítógépszerverek beszerzése (egy külön poszt témája lesz, hogy mennyire nehéz ezt számítástechnikai szempontból megoldani), és persze az elektromos áram. Úgy tűnik a mintaelőkészítésre se jut, hiszen a felhívás erről szól.
2. 2.    Megnéztem a cég honlapját (Biotaq), és háát, finoman szólva nem igazán tűnik egy profi, kiforrott, (bizalmat ébresztő) honlapnak, a kapcsolattartó (sales manager) pedig Dr. Noel Chen, akinek véletlenül eléggé kínaiasan hangzik a neve…
3. 3.    Egyelőre nem hangos az internet a hírtől, pedig ha igaz lenne, akkor nagyon nagy jelentőségű.

Szóval kíváncsian várom a fejleményeket, és azért persze drukkolok, mert nagyon nagy jelentőségű lenne a genomika szempontjából, és nekem is lenne mit írni a blogban egy ideig.