Progetto Zoonomia: lo studio dei genomi di 240 specie rivela ciò che hanno in comune con gli umani

Fuori Mammiferi In tutte le dimensioni e pesi Pianeta Terra. Dai pipistrelli calabrone che pesano solo due grammi alle enormi balene. Più di 6.000 specie di mammiferi – incl UmaniSono molto contrastanti. Negli ultimi 100 milioni di anni si sono adattati a quasi tutti gli ambienti della Terra.

Collaborazione internazionale di scienziati di Progetto Zoonomia – La più grande risorsa al mondo per la genomica comparativa dei mammiferi – Riesce a catalogare la diversità Genomi di 240 specie di mammiferiChe rappresenta oltre l’80% delle famiglie di mammiferi. Tra questi c’erano il formichiere, l’elefante africano, l’irace a macchie gialle e lo zebù, tra gli altri.

I loro risultati sono stati raccolti in 11 articoli pubblicati sulla prestigiosa rivista Scienze. Lì indicano parti del genoma umano che non sono cambiate dopo milioni di anni sviluppo. Forniscono informazioni che possono far luce sulla salute e Malattie umane.

Il team di Zoonomia ha mostrato come Genomica comparata Potrebbe non solo far luce su come alcune specie realizzano imprese insolite, ma anche aiutare gli scienziati a capire meglio quali parti del genoma umano sono funzionali e come influenzano la salute e le malattie.

I ricercatori hanno identificato regioni del genoma, a volte singole lettere di DNA, che sono più conservate, o invariate, tra specie di mammiferi e milioni di anni di evoluzione, regioni che sono potenzialmente biologicamente importanti.

Attraverso uno studio, è stato riscontrato che almeno il 10% del genoma umano rimane praticamente invariato in tutte le specie. Molte di queste regioni si trovano al di fuori dell’1% dei geni che producono proteine ​​che controllano l’attività cellulare.

I ricercatori hanno ipotizzato che le regioni a lungo conservate potrebbero servire a uno scopo e sono probabilmente quelli che chiamano “elementi regolatori”, contenenti istruzioni su dove, quando e quanto di una proteina. Gli scienziati ne hanno identificati più di 3 milioni nel genoma umano, circa la metà dei quali fino ad allora sconosciuti.

Hanno anche rivelato parte della base genetica di tratti insoliti dei mammiferi, come la capacità di ibernare o raccogliere deboli odori a chilometri di distanza. Inoltre, hanno identificato specie particolarmente vulnerabili all’estinzione e varianti genetiche che hanno maggiori probabilità di svolgere un ruolo causale nelle malattie umane rare e comuni.

I risultati provengono da un’analisi di campioni di DNA raccolti da più di 50 istituzioni in tutto il mondo, che hanno fornito numerosi genomi di specie minacciate o in via di estinzione.

Per realizzare il progetto Zoonomia, che è La più grande risorsa di genomica comparativa dei mammiferi nel mondo, Hanno collaborato più di 150 persone. È guidato dalla scienziata Eleanor Carlson, direttrice della Vertebrate Genome Collection presso il Broad Institute di Washington Istituto di Tecnologia del Massachussetts E Harvard e Professore di Bioinformatica e Biologia Integrativa presso la UMass Chan School of Medicine, Kerstin Lindblad-Toh.

Carlson è anche Direttore Scientifico di Genomica dei Vertebrati presso il Broad Institute e Professore di Genomica Comparata presso l’Università di Uppsala in Svezia.

“Uno dei maggiori problemi nella genomica è che gli esseri umani hanno un genoma molto grande e non sappiamo cosa fa tutto questo”, ha spiegato Carlson. Questo pacchetto di articoli in Scienze Mostra davvero la portata di ciò che si può fare con questo tipo di dati e quanto possiamo imparare studiando i genomi di altri mammiferi. “

In uno studio, i coautori Matthew Christmas, ricercatore presso l’Università di Uppsala, e Irene Kaplow, ricercatrice post-dottorato presso la Carnegie Mellon University, insieme a Carlson, Lindblad Tuh e colleghi, Ha scoperto che almeno il 10% del genoma umano è altamente conservato tra le speciee che molte di queste regioni si trovano al di fuori dei geni codificanti proteine. Più di 4.500 elementi sono quasi perfettamente conservati in oltre il 98% delle specie studiate.

Le regioni più conservate, che cambiano più lentamente delle fluttuazioni casuali del genoma, sono coinvolte nello sviluppo embrionale e nella regolazione dell’espressione dell’RNA. Le regioni che cambiano frequentemente determinano l’interazione di un animale con il suo ambiente, ad esempio attraverso le risposte immunitarie o l’evoluzione della sua pelliccia.

I ricercatori hanno anche identificato parti del genoma associate ad alcuni tratti rari nel mondo dei mammiferi, come le dimensioni insolite del cervello, un senso dell’olfatto superiore e la capacità di ibernare durante l’inverno.

Nel tentativo di conservare la biodiversità, i ricercatori hanno scoperto che i mammiferi con meno cambiamenti genetici nelle aree conservate del genoma avevano maggiori probabilità di essere infettati. estinzione.

Karlsson e Lindblad-Toh affermano che anche avere un unico genoma di riferimento per specie può aiutare gli scienziati a identificare le specie in via di estinzione, poiché meno del 5% di tutte le specie di mammiferi ha genomi di riferimento, sebbene sia necessario più lavoro per sviluppare questi metodi. .

In un altro studio, Carlson, Lindblad Toh e colleghi hanno utilizzato genomi di mammiferi per studiare i tratti e le malattie umane. Si sono concentrati su alcune delle regioni genomiche a lettera singola meglio conservate scoperte nel primo documento e le hanno confrontate con varianti genetiche che gli scienziati hanno precedentemente collegato a malattie come il cancro utilizzando altri metodi.

Il team ha scoperto che le annotazioni del genoma evolutivo basate sulla conservazione hanno rivelato più connessioni tra le varianti genetiche e le loro funzioni rispetto ad altri metodi. Hanno anche identificato le mutazioni che possono causare malattie rare e comuni, compreso il cancro, e hanno dimostrato che l’uso della conservazione negli studi sulle malattie può facilitare la ricerca di cambiamenti genetici che aumentano il rischio di malattia.

Un terzo studio, condotto congiuntamente da Stephen Reilly, professore di genetica alla Yale University, e Pardis Sabti, membro del Broad Institute, ha esaminato più di 10.000 delezioni genetiche specifiche dell’uomo utilizzando sia dati regionali che analisi sperimentali, e ha collegato alcune di loro alla funzione neuronale.

Per Karlsson, Lindblad-Toh e i ricercatori che hanno sequenziato i genomi dei mammiferi per Zoonomia o per i suoi progetti precedenti dal 2005, questi studi – e l’ampiezza delle domande a cui rispondono – sono solo una frazione di ciò che è possibile.

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