Referensi Baru Pengurutan Genom Lebih Lengkap dan Merata

Para ilmuwan telah merilis draf pangenome manusia pertama untuk menjadi referensi baru dalam pengurutan genomik dengan menggabungkan materi genetik dari 47 individu dari latar belakang leluhur yang berbeda. Draf itu memungkinkan pemahaman yang lebih dalam dan lebih akurat tentang keragaman genomik di seluruh dunia.

Dengan menambahkan 119 juta basis "huruf" dalam sekuens atau pengurutan DNA ke referensi genomik yang ada, pangenom menyediakan representasi keragaman genetik manusia yang tidak mungkin dilakukan dengan genom referensi tunggal. Cara ini diklaim sangat akurat, lebih lengkap dan secara dramatis meningkatkan deteksi varian dalam genom manusia.

Draft pangenom ditunjukkan dalam kumpulan makalah inovatif yang dipublikasikan di jurnal Nature berjudul Genome Research, Nature Biotechnology, and Nature Methods. Pangenom diproduksi oleh Human Pangenome Reference Consortium (HPRC), yang dipimpin bersama oleh Profesor Rekanan Teknik Biomolekuler University of California, Santa Cruz (UCSC), Benedict Paten, dan Asisten Profesor Teknik Biomolekuler, Karen Miga, dan sekarang tersedia untuk digunakan di pusat perakitan di UCSC Genome Browser.

Lebih dari selusin peneliti dan mahasiswa UCSC adalah kontributor untuk proyek ini, yang akan berlanjut hingga 2024. Pada tahun itu para peneliti berencana untuk merilis pangenom terakhir dengan informasi genomik dari 350 individu.

"Kami memperkenalkan lebih banyak keragaman dan kesetaraan ke dalam referensi dengan mengambil sampel manusia yang beragam dan memasukkan mereka ke dalam struktur ini yang dapat digunakan semua orang," kata Paten yang merupakan penulis senior riset tersebut.

"Satu genom tidak cukup untuk mewakili semua orang pangenom pada akhirnya akan menjadi sesuatu yang inklusif dan representative," lanjutnya seperti dikutip dari laman Science Daily.

Memahami Variasi Genomik

Genom setiap orang sedikit berbeda, perbedaannya rata-rata sekitar 0,4 persen dibandingkan dengan orang berikutnya. Memahami perbedaan ini dapat memberikan wawasan tentang kesehatan mereka, membantu mendiagnosis penyakit, memprediksi hasil medis, dan memandu perawatan.

Menggunakan referensi pangenom akan meningkatkan kemampuan para ilmuwan untuk mendeteksi dan memahami variasi dalam penelitian selanjutnya. Biasanya ketika para ilmuwan dan dokter mempelajari genom individu untuk mencari variasi, mereka membandingkan DNA individu tersebut dengan referensi standar untuk menentukan di mana ada perbedaan satu atau lebih pasangan basa.

Hingga saat ini, genom referensi terutama diwakili oleh satu urutan untuk setiap kromosom manusia, sebagian besar bersumber dari satu individu. Namun, referensi ini berusia hampir 20 tahun dan pada dasarnya terbatas karena tidak dapat mewakili kekayaan variasi genetik yang ada pada populasi manusia. Hal ini menimbulkan masalah yang disebut bias referensi ke dalam analisis genom.

Sebaliknya, pangenom baru adalah referensi yang menggabungkan genom dari 47 individu dari berbagai latar belakang leluhur. Pangenom terlihat seperti referensi linier di area di mana urutannya memiliki basis yang sama, dan diperluas untuk menunjukkan area di mana terdapat perbedaan.

Ini mewakili banyak versi berbeda dari urutan genom manusia pada saat yang sama, dan memberi para ilmuwan titik perbandingan yang lebih akurat untuk variasi yang ada di beberapa populasi tetapi tidak pada yang lain.

"Satu genom tidak mungkin mewakili semua variasi kaya yang kita tahu dapat diamati dan dipelajari di seluruh dunia," kata Miga yang juga Direktur Pusat Produksi HPRC di UCSC. "Tujuan nomor satu referensi pangenom manusia adalah untuk mencoba memperluas representasi sumber daya referensi agar lebih inklusif dan lebih adil untuk mempelajari spesies manusia, sebagai kumpulan referensi dan bukan hanya satu," ungkap dia.

Variasi genom bisa kecil, terdiri dari perbedaan hanya satu atau beberapa basa DNA, atau bisa varian struktural besar, diklasifikasikan sebagai varian yang 50 pasang basa atau lebih besar. Varian struktural yang lebih besar ini dapat memiliki implikasi kesehatan yang penting.

Hingga saat ini, para peneliti belum dapat mengidentifikasi lebih dari 70 persen varian struktural yang ada pada genom manusia. Kendalanya ada pada keterbatasan teknologi dan bias penggunaan urutan referensi tunggal.

Dari 119 juta basis baru yang ditambahkan ke referensi dengan pangenom, kira-kira 90 juta di antaranya berasal dari variasi struktural. Varian strukturalnya kompleks dan dapat berupa inversi urutan, penyisipan, penghapusan, atau pengulangan tandem segmen dari dua atau lebih basis yang diulang berkali-kali.

Basis baru ini akan membantu para peneliti untuk mempelajari wilayah dalam genom yang sebelumnya tidak ada referensi, dan berpotensi dapat menghubungkan varian struktural dengan penyakit dalam studi selanjutnya.

"Kini, kami dapat memetakan lebih banyak varian struktural, jadi kami menemukan fitur dan area dalam genom yang sebelumnya tidak ada," kata Miga. "Itu menarik karena memungkinkan kami untuk melihat regulasi gen dengan cara unik yang tidak dapat kami pelajari sebelumnya, karena area tersebut mungkin tidak dipetakan secara tepat atau diabaikan begitu saja," imbuh dia.

Menggunakan referensi pangenom untuk analisis genom meningkatkan deteksi varian struktural sebesar 104 persen dibandingkan dengan deteksi menggunakan referensi standar. Referensi pangenome juga meningkatkan akurasi pemanggilan varian kecil, yang panjangnya hanya beberapa basis, sekitar 34 persen karena peningkatan jumlah data yang ada di pangenom.

Setiap manusia membawa sepasang kromosom satu set diwariskan dari ibu dan satu dari ayah. Genom individu yang ada dalam referensi pangenom berisi informasi yang diselesaikan dengan haplotipe, yang berarti genom tersebut dapat dengan yakin membedakan dua set kromosom orang tua suatu prestasi ilmiah utama.

Memiliki informasi ini akan membantu para ilmuwan lebih memahami bagaimana berbagai gen dan penyakit diwariskan. Saat ini sebenarnya terdapat 94 urutan genom yang berbeda. Harapannya pada 2024, angka urutan genom tersebut dapat mencapai 700. hay/And