遺伝子の王国III: 何ですか?私たちが手にしている「ヒトゲノム」は「完全版」ではないのでしょうか？

制作：中国科学普及協会

著者: 李 磊

プロデューサー: 中国科学博覧会

「遺伝子王国 II」では、遺伝子からゲノムまでの発展と変遷を紹介しました。私たちは6か国の共同の努力によりヒトゲノム計画を立ち上げ、2001年にヒトゲノムを世界に公表しました。

しかし、私たちはすでに完全なヒトゲノムを持っているのでしょうか?

答えはノーです。

ヒトゲノムは完全ではない

実際、ヒトゲノム計画が完了した後も、まだ多くの欠陥が残っており、その典型的な例は「ヒトゲノム」が不完全であることです。

私たちはゲノムが最初から最後まで ATGC で構成されたラインであると想像しますが、実際にはそうではありません。ゲノムは染色体の形で人体に分布しています。人間の体には全部で23対の染色体があります。したがって、ヒトゲノムが小さな領域である場合、ゲノム自体が異なる染色体に分割されているため、異なるユニットの建物として理解できます。

理論的には、ヒトゲノムは 23 対、つまり常染色体と呼ばれる 22 対の単位構造と、2 つの性染色体、X 染色体と Y 染色体からなる性染色体構造、および追加のミトコンドリア遺伝子構造で構成されるはずです。これらが一緒になってヒトゲノムを構成します。

しかし、実際には、私たちが得たゲノムは、これらのユニットの建物に単純に分割されているわけではありません。各ユニットの建物自体には、吊り下げられたフロアがいくつかあります。これらの吊り床は存在しないわけではないが、当時の技術では読み取ることはできなかった。

たとえば、最も典型的な例は繰り返しシーケンスです。私たちのゲノムは ATGC で構成されていますが、DNA の反復配列がしばしば現れます。たとえば、2〜20 個のヌクレオチド単位が数百回または数千回繰り返されることがあります。科学者によると、この形式の繰り返しは、少なくとも一般的な繰り返しと断片的な繰り返しに分けることができます。

具体的な例を 2 つ挙げると、父子鑑定でよく使用される T が数十個あります (「TTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTT」)。また、D21S11 (可変数の TCTA および TCTG 繰り返し (TCTA)n(TCTG)n(TCTA)nTA(TCTA)nTCA(TCTA)nTCCATA(TCTA)n) もあります。現時点では、私たちの配列解析ではその場所と具体的な情報を特定することはできません。それだけでなく、これらの配列は、染色体の中央のセントロメアや末端のテロメアなど、特別な位置に配置されていることがよくあります。

その結果、当時の技術の限界により、私たちが得たヒトゲノムには無数のギャップが残ってしまいました。これらのギャップはどれくらい大きいのでしょうか?これらは合わせてヒトゲノムの約 8% を構成します。

ゲノム配列

（画像出典：科学）

この問題に対処するために、科学者たちはこれらのギャップを埋める方法を見つけようとしてきました。

2003 年以来、国際研究チームがテロメア・トゥ・テロメア・コンソーシアム (T2T) を結成し、これらの複雑な領域の配列を解読するために懸命に取り組んでいます。当初、これらの領域は繰り返し発生することが多く、繰り返し領域の順序や具体的な構成をコンピュータが区別することが困難であったため、コンソーシアムの作業はゆっくりと進みました。

何が転機をもたらしたかは推測できるかもしれません。はい、また技術革新でした。この問題を解決する希望が生まれたのは、新しい配列決定技術が登場してからのことでした。この技術は、第 3 世代のシーケンシング技術とも呼ばれる長断片 DNA シーケンシング技術です。

かつては、第一世代シーケンシングであれ、第二世代シーケンシングであれ、ユニットの長さは数百塩基程度でした。これは、反復断片が遺伝子内に繰り返し出現した場合、その順序と特定の構成を区別できないため、先に進めないことを意味していました。

新しいシーケンス技術により、最初から最後まで数万、あるいは数十万の単語を一度に読み取ることができます。このような長い領域は基本的にゲノム上で繰り返されませんが、短い繰り返し領域はゲノム内でカバーされます。したがって、この新しい技術の助けを借りて、科学者はゲノム上の残りの8％の情報の翻訳に成功し、これまでで最も完全なヒトゲノムを形成しました。

ヒトゲノムプロジェクトの完成は、第一世代シーケンシング、第二世代シーケンシング、第三世代シーケンシングの共同の努力によって達成されたことがわかります。しかし、シーケンシング技術の質は、その登場時期だけで判断することはできません。これらの配列解析技術がなければ、ヒトゲノムの完全な解釈は完了できないことを認識する必要があります。

もちろん、今日でもヒトゲノムの配列が 100% 完全に解明されているとは言えず、まだ少し補足する必要がある部分があることを指摘する必要がありますが、現在の進歩によれば、この問題は今後数年で完全に解決される可能性があります。

未来はここにある？判断するのはまだ早い

これを見ると、これまでで最も完全なヒトゲノムが確立されたことになりますが、これは成功と言えるのでしょうか?実際のところ、これは長い行進の最初の一歩に過ぎません。

2001年にヒトゲノム計画が完了したとき、業界はまるで未来が到来したかのように歓喜した。しかし、科学者たちはすぐに一連の問題を発見しました。

まず、その年に配列決定されたヒトゲノムは参照ゲノムと呼ばれます。もちろん、それを「標準版」として理解することもできますが、それは個人によって異なります。各人のゲノムと参照ゲノムは 100% 同じではありませんが、多少の違いはあります。これを「遺伝子変異」または「遺伝子突然変異」と呼びます。

これらの変化は、この多様な世界を形成する基本的な要素でもあります。世の中に全く同じ人間は二人も存在しない。厳密に言えば、一卵性双生児であっても全く同じ遺伝子を持っているわけではありません。もっと大げさに言えば、体内のすべての細胞が必ずしもまったく同じゲノムを持っているわけではありません。

遺伝子変異

(画像出典: wiki)

この現象の主な原因は遺伝子の突然変異であり、遺伝子の突然変異を引き起こす要因は、放射線などの物理的要因、さまざまな発がん物質などの化学的要因、ウイルスによる突然変異などの生物学的要因など、数多くあります。

これらの要因がなくても、私たちの遺伝的メカニズムは突然変異を引き起こします。いわゆる遺伝子複製は、1 つから多数に変化するプロセスであり、100% 正確ではなく、ランダムなエラーが発生します。人間の体には修復機構が備わっていますが、この修復は 100% 正確ではありません。結局のところ、変異誘発因子がなくても、遺伝子は変異することになります。その結果、同じ人物であっても、体の異なる部分や時期によって DNA がまったく同じにならない可能性があります。

もちろん、遺伝子変異は中立的な用語であり、恐れる必要はないということを指摘しておく必要があります。多くの利点の出現も突然変異によるものであり、各人は一般に何百万もの一塩基多型（一般に突然変異として理解される）を保有しています。

では、これらのコードを解読したら何ができるでしょうか?心配しないでください。次回明らかにします。

編集者：孫晨宇