จีโนม นักวิทยาศาสตร์ได้เติมช่องว่าง 8 เปอร์เซ็นต์ในจีโนมมนุษย์ในที่สุด เมื่อโครงการจีโนมมนุษย์ประกาศว่า พวกเขาสร้างจีโนมมนุษย์ชุดแรกเสร็จในปี 2546 ถือเป็นความสำเร็จครั้งสำคัญ เป็นครั้งแรกที่พิมพ์เขียว DNA ของชีวิตมนุษย์ได้รับการปลดล็อก แต่มีข้อแม้คือพวกเขาไม่สามารถรวบรวมข้อมูลทางพันธุกรรมทั้งหมดในจีโนมได้ ภูมิภาคที่ไม่ได้บรรจุซึ่งมักจะซ้ำซ้อน ซึ่งสร้างความสับสนเกินกว่าจะปะติดปะต่อได้ ด้วยความก้าวหน้าทางเทคโนโลยี
ซึ่งสามารถจัดการกับลำดับซ้ำๆเหล่านี้ ในที่สุดนักวิทยาศาสตร์ก็เติมเต็มช่องว่างเหล่านั้นในเดือนพฤษภาคม 2564 และจีโนมมนุษย์แบบ End to End แรกได้รับการเผยแพร่อย่างเป็นทางการในวันที่ 31 มีนาคม 2565 เราเป็นนักชีววิทยาด้านจีโนมที่ศึกษาลำดับ DNA ซ้ำๆและวิธีการสร้างจีโนมตลอดประวัติศาสตร์วิวัฒนาการ เราเป็นส่วนหนึ่งของทีมที่ช่วยระบุลักษณะลำดับซ้ำที่ขาดหายไปจากจีโนม และตอนนี้ด้วยจีโนมมนุษย์ที่สมบูรณ์อย่างแท้จริง
ภูมิภาคซ้ำๆที่ไม่ถูกเปิดเผยเหล่านี้ กำลังได้รับการสำรวจเต็มรูปแบบเป็นครั้งแรก ชิ้นส่วนปริศนาที่หายไป ฮานส์ วิงเคลอร์ นักพฤกษศาสตร์ชาวเยอรมันเป็นผู้บัญญัติคำว่าจีโนมในปี 1920 โดยรวมคำว่ายีนเข้ากับคำต่อท้าย -ome ซึ่งแปลว่า ครบชุดเพื่ออธิบายลำดับ DNA ทั้งหมดที่มีอยู่ในแต่ละเซลล์ นักวิจัยยังคงใช้คำนี้ในศตวรรษต่อมา เพื่ออ้างถึงสารพันธุกรรมที่ประกอบกันเป็นสิ่งมีชีวิต วิธีหนึ่งในการอธิบายว่าจีโนมมีลักษณะอย่างไร คือการเปรียบเทียบกับหนังสืออ้างอิง
ในการเปรียบเทียบนี้จีโนมเป็นกวีนิพนธ์ที่มีคำแนะนำเกี่ยวกับ DNA สำหรับชีวิต ประกอบด้วยนิวคลีโอไทด์ ตัวอักษรมากมายที่บรรจุอยู่ในโครโมโซม ตอนโครโมโซมแต่ละตัวมียีนย่อหน้าที่เป็นบริเวณของ DNA ซึ่งเป็นรหัสสำหรับโปรตีนเฉพาะที่ช่วยให้สิ่งมีชีวิตทำงานได้ ในขณะที่สิ่งมีชีวิตทุกชนิดมีจีโนม ขนาดของจีโนมนั้นจะแตกต่างกันไปในแต่ละสปีชีส์ ช้างใช้ข้อมูลทางพันธุกรรมรูปแบบเดียวกับหญ้าที่มันกิน และแบคทีเรียในลำไส้ของมัน
แต่ไม่มี 2 จีโนมที่มีลักษณะเหมือนกันทุกประการ บางตัวสั้นเหมือนจีโนมของแบคทีเรียที่อาศัยแมลง Nasuia deltocephalinicola ที่มียีนเพียง 137 ยีนใน 112,000 นิวคลีโอไทด์บางส่วน เช่น นิวคลีโอไทด์ 149 พันล้านตัวของพืชดอกปารีส จาโปนิกานั้นยาวมาก จนยากที่จะเข้าใจว่ามีกี่ยีนที่อยู่ภายใน แต่ยีนตามที่เข้าใจกันมาแต่เดิมคือ DNA ที่ยืดยาวซึ่งมีรหัสสำหรับโปรตีนเป็นเพียงส่วนเล็กๆของจีโนมของสิ่งมีชีวิต
อันที่จริงแล้วพวกมันมีส่วนประกอบน้อยกว่า 2 เปอร์เซ็นต์ของ DNA ของมนุษย์ จีโนมมนุษย์ประกอบด้วยนิวคลีโอไทด์ประมาณ 3 พันล้านนิวคลีโอไทด์ และมียีนเข้ารหัสโปรตีนไม่ถึง 20,000 ยีน ซึ่งคิดเป็นประมาณ 1 เปอร์เซ็นต์ของความยาวทั้งหมดของจีโนม ส่วนที่เหลืออีก 99 เปอร์เซ็นต์เป็นลำดับ DNA ที่ไม่เข้ารหัสซึ่งไม่สร้างโปรตีน บางส่วนเป็นส่วนประกอบด้านกฎระเบียบที่ทำงานเป็นสวิตช์บอร์ด เพื่อควบคุมการทำงานของยีนอื่นๆ
ซึ่งได้แก่ซูโดจีนีนหรือวัตถุจีโนมที่สูญเสียความสามารถในการทำงาน และกว่าครึ่งหนึ่งของ จีโนม มนุษย์นั้นซ้ำซาก โดยมีลำดับที่ใกล้เคียงกันหลายชุด DNA ซ้ำคืออะไร รูปแบบที่ง่ายที่สุดของ DNA ที่ทำซ้ำคือบล็อกของ DNA ที่ซ้ำแล้วซ้ำอีกเรียกว่าดาวเทียม แม้ว่าปริมาณ DNA ของดาวเทียมในจีโนมที่กำหนดจะแตกต่างกันไปในแต่ละบุคคล แต่ก็มักจะจับกลุ่มกันที่ส่วนปลายของโครโมโซมในบริเวณที่เรียกว่าเทโลเมียร์
บริเวณเหล่านี้ปกป้องโครโมโซมจากการย่อยสลาย ระหว่างการจำลองแบบของ DNA นอกจากนี้ยังพบในเซนโทรเมียร์ของโครโมโซม ซึ่งเป็นบริเวณที่ช่วยให้ข้อมูลทางพันธุกรรมไม่เสียหายเมื่อเซลล์แบ่งตัว นักวิจัยยังขาดความเข้าใจที่ชัดเจนเกี่ยวกับหน้าที่ทั้งหมดของ DNA ดาวเทียม แต่เนื่องจาก DNA ดาวเทียมสร้างรูปแบบเฉพาะในแต่ละคน นักนิติชีววิทยาและนักลำดับวงศ์ตระกูลจึงใช้ลายนิ้วมือ จีโนมนี้เพื่อจับคู่ตัวอย่างในที่เกิดเหตุและติดตามบรรพบุรุษ
ความผิดปกติทางพันธุกรรมมากกว่า 50 รายการเชื่อมโยงกับการเปลี่ยนแปลงของ DNA ดาวเทียมรวมถึงโรคฮันติงตัน DNA ที่เกิดซ้ำที่มีอยู่มากมายอีกประเภทหนึ่ง คือองค์ประกอบที่สามารถเคลื่อนย้ายได้หรือลำดับ ที่สามารถเคลื่อนที่ไปรอบๆจีโนมได้ นักวิทยาศาสตร์บางคนอธิบายว่าพวกมันเป็น DNA ที่เห็นแก่ตัวเพราะพวกมัน สามารถแทรกตัวเข้าไปที่ใดก็ได้ในจีโนมโดยไม่คำนึงถึงผลที่ตามมา เมื่อจีโนมมนุษย์พัฒนาขึ้นลำดับของทรานสพอเซเบิลจำนวนมาก
ซึ่งได้รวบรวมการกลายพันธุ์ที่กดความสามารถ ในการเคลื่อนที่ของพวกมันเพื่อหลีกเลี่ยงการหยุดชะงักที่เป็นอันตราย แต่บางคนอาจยังคงเคลื่อนไหวได้ ตัวอย่างเช่น การใส่องค์ประกอบแบบเปลี่ยนถ่าย ได้เชื่อมโยงกับหลายกรณีของโรคฮีโมฟีเลียเอ ซึ่งเป็นโรคเลือดออกทางพันธุกรรม แต่องค์ประกอบที่เคลื่อนย้ายได้ไม่เพียงก่อกวนเท่านั้น พวกเขาสามารถมีหน้าที่กำกับดูแล ที่ช่วยควบคุมการแสดงออกของลำดับ DNA อื่นๆ เมื่อมีความเข้มข้นในเซนโทรเมียร์
พวกมันอาจช่วยรักษาความสมบูรณ์ของยีน ที่เป็นพื้นฐานของการอยู่รอดของเซลล์ พวกเขายังสามารถนำไปสู่วิวัฒนาการ เมื่อเร็วๆนี้นักวิจัยพบว่าการใส่องค์ประกอบที่เปลี่ยนถ่าย ได้เข้าไปในยีนที่มีความสำคัญต่อการพัฒนา อาจเป็นสาเหตุที่ไพรเมตบางชนิด การจัดเรียงโครโมโซมใหม่เนื่องจากองค์ประกอบที่เปลี่ยนถ่าย ได้เชื่อมโยงกับการกำเนิดของสายพันธุ์ใหม่ เช่น ชะนีในเอเชียตะวันออกเฉียงใต้ และวอลลาบีของออสเตรเลีย
จนกระทั่งเมื่อเร็วๆนี้บริเวณที่ซับซ้อนเหล่านี้ หลายแห่งเปรียบได้กับด้านไกลของดวงจันทร์ รู้ว่ามีอยู่แต่มองไม่เห็น เมื่อโครงการจีโนมมนุษย์เปิดตัวครั้งแรกในปี พ.ศ.2533 ข้อจำกัดทางเทคโนโลยีทำให้ไม่สามารถเปิดเผยบริเวณที่ซ้ำซ้อนในจีโนมได้ทั้งหมด เทคโนโลยีการหาลำดับที่มีอยู่สามารถอ่านนิวคลีโอไทด์ได้ครั้งละประมาณ 500 นิวคลีโอไทด์เท่านั้น และชิ้นส่วนสั้นๆเหล่านี้ต้องซ้อนทับกันเพื่อสร้างลำดับที่สมบูรณ์ขึ้นใหม่ นักวิจัยใช้ส่วนที่ทับซ้อนกันเหล่านี้
เพื่อระบุนิวคลีโอไทด์ถัดไปในลำดับ ขยายการประกอบจีโนมทีละส่วนทีละส่วน พื้นที่ช่องว่างที่เกิดซ้ำๆเหล่านี้เปรียบเสมือนการต่อจิ๊กซอว์ 1,000 ชิ้นของท้องฟ้าที่มืดครึ้ม เมื่อชิ้นส่วนทุกชิ้นดูเหมือนกัน คุณจะรู้ได้อย่างไรว่าเมฆก้อนหนึ่งเริ่มต้นที่ใดและอีกก้อนหนึ่งสิ้นสุดที่ใด ด้วยการทับซ้อนที่ใกล้เคียงกันในหลายๆจุด การจัดลำดับจีโนมโดยสมบูรณ์ทีละน้อยจึงเป็นไปไม่ได้ นิวคลีโอไทด์นับล้านยังคงซ่อนอยู่ในการทำซ้ำครั้งแรกของจีโนมมนุษย์
ตั้งแต่นั้นมาแพตช์ลำดับก็ค่อยๆเติมเต็มช่องว่างของจีโนมมนุษย์ทีละนิด และในปี 2564 เทโลเมียร์ ทู เทโลเมียร์ T2T กิจการค้าร่วมซึ่งเป็นกลุ่มนักวิทยาศาสตร์ระดับนานาชาติ ที่ทำงานเพื่อทำให้การประกอบจีโนมมนุษย์สมบูรณ์ตั้งแต่ต้นจนจบ ประกาศว่าในที่สุดช่องว่างที่เหลือทั้งหมดได้รับการเติมเต็ม สิ่งนี้เกิดขึ้นได้โดยเทคโนโลยีการหาลำดับที่ปรับปรุงแล้ว ซึ่งสามารถอ่านลำดับที่ยาวขึ้นของนิวคลีโอไทด์ ที่มีความยาวหลายพันนิวคลีโอไทด์
ข้อมูลเพิ่มเติมเพื่อระบุลำดับที่ซ้ำกันภายในภาพที่ใหญ่ขึ้น การระบุตำแหน่งที่เหมาะสมในจีโนมจึงเป็นเรื่องง่ายขึ้น เช่นเดียวกับการทำให้จิ๊กซอว์ 1,000 ชิ้นกลายเป็นจิ๊กซอว์ 100 ชิ้นได้ง่ายขึ้น การอ่านลำดับที่ยาวทำให้สามารถรวบรวมส่วนที่ซ้ำกันขนาดใหญ่ได้เป็นครั้งแรก ด้วยพลังที่เพิ่มขึ้นของเทคโนโลยีการหาลำดับ DNA ที่อ่านได้นาน นักพันธุศาสตร์จึงอยู่ในตำแหน่งที่จะสำรวจยุคใหม่ของจีโนมิกส์ คลี่คลายลำดับซ้ำๆที่ซับซ้อนของประชากรและสปีชีส์เป็นครั้งแรก
รวมถึงจีโนมมนุษย์ที่สมบูรณ์และปราศจากช่องว่าง ทำให้เป็นทรัพยากรอันล้ำค่าสำหรับนักวิจัยในการตรวจสอบภูมิภาคที่เกิดซ้ำ ซึ่งกำหนดโครงสร้างและการเปลี่ยนแปลงทางพันธุกรรม วิวัฒนาการของสายพันธุ์และสุขภาพของมนุษย์ แต่จีโนมที่สมบูรณ์ 1 จีโนมไม่สามารถจับภาพได้ทั้งหมด ความพยายามยังคงสร้างการอ้างอิงจีโนมที่หลากหลาย ซึ่งแสดงถึงประชากรมนุษย์และชีวิตบนโลกอย่างเต็มที่ ด้วยการอ้างอิงจีโนมเทโลเมียร์ ทู เทโลเมียร์ที่สมบูรณ์ยิ่งขึ้น ความเข้าใจของนักวิทยาศาสตร์เกี่ยวกับสสารมืดซ้ำๆของ DNA จะชัดเจนยิ่งขึ้น
บทความที่น่าสนใจ : โรคพิษสุนัขบ้า คู่มือในการป้องกันโรคพิษสุนัขบ้าฉบับที่เข้าใจง่าย
