Можно ли делать точные прогнозы, основываясь на результатах секвенирования?

В настоящее время секвенировать геном любого человека можно за несколько тысяч евро. Однако большинству из нас эти знания вряд ли пригодятся. Геном каждого человека содержит более 20 тыс. генов, значительная часть которых имеет мутации. Не зная о том, к чему приводят эти генетические изменения, мы не сможем адекватно интерпретировать результаты секвенирования. Иными словами, не обладая информацией о том, какие гены являются существенными для множества распространенных и социально значимых заболеваний, мы не сможем предсказать риск их развития, опираясь на результаты секвенирования.

Чтобы выяснить, можно ли по результатам секвенирования делать какие-то прогнозы о биологии человека, ученые из Центра Геномного Регулирования (Centre for Genomic Regulation, Испания) обратились к более примитивному и хорошо изученному виду – дрожжам. Эти одноклеточные организмы используются при производстве хлеба, пива и вина, и, кроме того, являются излюбленным модельным организмом для тысяч ученых. Это означает, что 6 тыс. генов дрожжей изучены гораздо лучше, чем у какого-либо другого организма на планете.

«У нас есть представления о генах, вовлеченных в различные биологические процессы, и на модельном организме можно проверить, насколько верны те или иные наши предположения, - говорит руководитель исследования, профессор Бен Лехнер (Ben Lehner), - С помощью быстрых и довольно дешевых экспериментов на дрожжах мы можем проверить множество гипотез, касающихся биологии клетки».

Ученые спрогнозировали влияние генетических изменений на формирование 19 различных фенотипов дрожжей Saccharomyces cerevisiae. Первой задачей было определить, какие из приблизительно 3 тыс. мутантных генов в каждой клетке приводят к существенным изменениям ее функционирования. Затем, на основе этих изменений, ученым предстояло предсказать, как это отразится на важнейших функциях организма. В общей сложности в ходе исследования было проведено более 1,6 тыс. экспериментов, результаты которых показали, что можно делать довольно точные предсказания относительно фенотипов вида Saccharomyces cerevisiae.

По словам ученых, для проведения подобного исследования необходимо соблюдение, по крайней мере, 2 условий: хорошего знания о генах, значимых для фенотипа, и проведения экспериментов в четко контролируемых условиях для оценки точности прогнозов. В случае человеческого организма этого довольно трудно достичь, так как ученым еще предстоит идентифицировать тысячи различных факторов (как генетических, так и средовых), вовлеченных в развитие заболеваний и связанных с определенными фенотипами. В настоящее время отсутствие знаний и методов, необходимых для исследований всех значимых факторов, существенных для тех или иных заболеваний, является главным недостатком персонализированной медицины.

Исследование фенотипов на такой простой модели, как дрожжи, позволяет ученым выявлять альтернативные модели и методики, способные обеспечить лучшее прогнозирование.

«Самым главным является наличие полных знаний о генах, значимых для определенного фенотипа, так как без этого точные прогнозы невозможны, - говорит участник исследования Роб Жельер (Rob Jelier), - Когда мы хорошо понимаем функции генов, можно делать довольно точные прогнозы с использованием на удивление простых генетических моделей. Это вселяет надежду на развитие персонализированной и предиктивной медицины для человека».

По материалам Centre for Genomic Regulation

Оригинальная статья:
Rob Jelier, Jennifer I Semple, Rosa Garcia-Verdugo, Ben Lehner. Predicting phenotypic variation in yeast from individual genome sequences. Nature Genetics, 2011; DOI: 10.1038/ng.1007