Forscher der National Institutes of Health haben ein innovatives Softwaretool entwickelt und veröffentlicht, um wirklich vollständige (dh lückenlose) Genomsequenzen aus einer Vielzahl von Arten zusammenzustellen. Diese Software mit dem Namen Verkko, was auf Finnisch „Netzwerk“ bedeutet, macht den Prozess der Zusammenstellung vollständiger Genomsequenzen erschwinglicher und zugänglicher. Eine Beschreibung der neuen Software wurde heute in veröffentlicht Naturbiotechnologie.
Verkko wuchs aus der Montage die erste lückenlose menschliche Genomsequenzdas letztes Jahr vom Telomere-to-Telomere (T2T)-Konsortium fertiggestellt wurde.
„Wir haben alles, was wir im T2T-Projekt gelernt haben, genutzt und den Prozess automatisiert“, sagte NHGRI-Ermittler Sergey Koren, Ph.D., der die Gründung von Verkko leitete und leitender Autor des Papiers ist. „Mit Verkko können wir jetzt im Wesentlichen auf einen Knopf drücken und erhalten automatisch eine vollständige Genomsequenz.“
Das T2T-Konsortium verwendete neue DNA-Sequenzierungstechnologien und Analysemethoden, um die verbleibenden 8–10 % der menschlichen Genomsequenz zu generieren und zusammenzusetzen. Die Forscher fügten diese Fragmente jedoch manuell zusammen – ein Prozess, für dessen Abschluss dieses riesige und hochqualifizierte Team mehrere Jahre benötigte. Verkko kann die gleiche Aufgabe in ein paar Tagen erledigen.
Das Zusammensetzen einer Genomsequenz ist wie das Zusammensetzen eines Puzzles, und verschiedene DNA-Sequenzierungstechnologien erzeugen verschiedene Arten von genomischen Puzzleteilen. Einige sind klein und sehr detailliert, während andere viel größer sind, obwohl das Bild verschwommen ist. Verkko vergleicht und montiert beide Arten von Teilen, um ein vollständiges und genaues Bild zu erhalten.
Verkko beginnt damit, die kleinen, detaillierten Teile zusammenzusetzen, wodurch viele teilweise zusammengesetzte, aber nicht zusammenhängende Sequenzsegmente entstehen. Dann vergleicht Verkko die zusammengesetzten Regionen mit den größeren, weniger präzisen Stücken. Diese größeren Stücke dienen als Rahmen, um die detaillierteren Regionen zu ordnen. Das Endprodukt ist eine genaue und vollständige Genomsequenz.
Die Forscher testeten Verkko mit menschlichen und nicht-menschlichen Genomsequenzierungsdaten. Die Software fügte die Sequenzen ganzer Chromosomen schnell und präzise zusammen, was früher eine mühsame Aufgabe war.
Da Verkko zu vollständigeren menschlichen Genomsequenzen führt, können Forscher die Vielfalt des menschlichen Genoms besser einschätzen. Mit nur einer lückenlosen menschlichen Genomsequenz fehlt es den Wissenschaftlern derzeit an Wissen über die Vielfalt vieler Teile des Genoms, wie z. B. Regionen mit hoch repetitiver DNA, in der gesamten menschlichen Bevölkerung.
Verkko wird auch die Bemühungen beschleunigen, lückenlose Genomsequenzen von Arten zu generieren, die üblicherweise in der Forschung verwendet werden, wie etwa Mäuse, Fruchtfliegen und Zebrafische, um deren Nutzen für Wissenschaftler zu verbessern. Darüber hinaus wird die Generierung lückenloser Genomsequenzen aus einer Vielzahl von Pflanzen, Tieren und anderen Organismen die vergleichende Genomik, die Untersuchung der Unterschiede und Ähnlichkeiten zwischen den Genomen verschiedener Arten, unterstützen.
„Verkko kann die Generierung lückenloser Genomsequenzen demokratisieren“, sagte Adam Phillippy, Ph.D., ein leitender Forscher des NHGRI, der am T2T-Projekt und der Entwicklung von Verkko mitgearbeitet hat. „Diese neue Software wird das Zusammenstellen vollständiger Genomsequenzen so erschwinglich und routinemäßig wie möglich machen.“
Mehr Informationen:
Adam Phillippy, Telomer-zu-Telomer-Zusammenbau diploider Chromosomen mit Verkko, Naturbiotechnologie (2023). DOI: 10.1038/s41587-023-01662-6. www.nature.com/articles/s41587-023-01662-6