Sequências completas do genoma de seis espécies de macacos reveladas

As diferenças entre o DNA de sete espécies de macacos – incluindo seres humanos – são maiores do que se pensava originalmente, segundo uma equipe internacional liderada por pesquisadores da Penn State, o Instituto Nacional de Pesquisa do Genome Humano (NHGRI) e a Universidade de Washington. Eles revelaram os detalhes genéticos com genomas de referência “completos”, que são seqüências padronizadas dos genes de uma espécie e outras regiões cromossômicas.

Os genomas completos de referência permitem comparação entre espécies, permitindo que os pesquisadores procurem variações no DNA que possam afetar a saúde e a sobrevivência de uma espécie. A montagem de sequências completas de DNA de uma extremidade de cada cromossomo para a outra não era anteriormente possível devido a limitações tecnológicas e algorítmicas.

As descobertas, publicadas em Naturezaesclarecer a evolução dos primatas e destacar novos genes e genes específicos da espécie com várias cópias.

“Este trabalho descobriu novas assinaturas adaptativas em genes relacionados à dieta, resposta imune e atividade celular, oferecendo informações precisas sobre as pressões evolutivas que moldam grandes genomas de macacos”, disse Christian Huber, professor assistente de biologia da Penn State e co-autor do estudo.

As seqüências são mais precisas e completas do que os genomas de referência anteriores e oferecem maiores insights sobre funções genéticas e mecanismos de doenças, incluindo genes e variantes de identificação e significativas para a saúde. Estudos baseados nos novos genomas de referência, disse a equipe, poderiam ajudar a promover a genética da conservação para espécies ameaçadas de extinção, bem como a compreensão da evolução e da saúde humanas.

“Este é um marco para estudos genômicos comparativos que nos permitem apreciar a evolução do genoma em todos os seus detalhes e complexidade, o que não podíamos fazer antes, porque estávamos trabalhando com genomas incompletos”, disse Kateryna Makova, presidente de Willaman, presidente da vida, professor de biologia na Penn State e co-senior, autora do estudo. “Este trabalho deve servir como uma linha de base definitiva para futuros estudos evolutivos de humanos e nossos parentes mais próximos dos macacos”.

O genoma humano foi sequenciado pela primeira vez em 2001 e, desde então, o sequenciamento de outros genomas de macacos tem sido um objetivo, disse Makova, porque outros genomas de macacos podem ajudar a explicar a história evolutiva dos pares de bases que compõem o genoma humano. Os genomas de referência também podem ajudar nos esforços para proteger espécies de macacos ameaçados. Ao entender a diversidade genética dos macacos, os cientistas podem formular melhores estratégias de conservação para aumentar a população desses animais.

Aqui, usando técnicas avançadas de sequenciamento e algoritmos computacionais, a equipe decodificou o genoma para cada uma das seis espécies de macacos – Chimpanzee, Bonobo, Gorilla, Orangotango Bornano, Orangotango Sumatra e Siamang – e os comparou, além do genoma humano.

Os pesquisadores aplicaram tecnologias de sequenciamento de leitura longa para decifrar o genoma, o que permitiu aos pesquisadores ler segmentos longos de DNA e montá-los juntos de uma extremidade de cada cromossomo para o outro, sem lacunas em sequência. Como resultado, a equipe descobriu novos genes e famílias de genes com vários cópias específicos de uma espécie ou um grupo de espécies.

“Esses novos genes podem ser parcialmente responsáveis ​​pelas diferenças que vemos entre as espécies, incluindo características específicas de humanos, como a inteligência”, disse Karol Pál, estudioso de pós-doutorado da Penn State e co-autor do estudo.

A equipe também identificou marcadores evolutivos, que permitirão aos pesquisadores comparar espécies estreitamente relacionadas e interpretar regiões anteriormente inacessíveis do genoma. Eles descobriram que essas regiões eram ricas em sequências que formam DNA não canônico.

Os pesquisadores explicaram que o DNA não canônico são estruturas incomuns que não seguem o arranjo típico de dupla hélice de pares de bases de DNA e podem desempenhar um papel na regulação de processos celulares críticos, como transcrição de genes e replicação do DNA.

Algumas dessas estruturas também foram associadas a doenças como o câncer. O mapeamento dessas regiões permitirá que os pesquisadores estudem essas estruturas mais e potencialmente compreendam como elas dão origem à saúde ou à doença.

As versões anteriores dos genomas de referência de APE foram incompletas e fragmentadas porque os cientistas foram limitados por métodos experimentais que dificultam a montagem dos genomas completos. Makova também observou que os algoritmos computacionais anteriores eram inadequados para analisar essas informações complexas de sequenciamento, diminuindo o processo.

“Imagine que você está tentando montar um quebra-cabeça de 2.000 peças sem uma imagem da aparência. É difícil se reunir na ordem correta”, disse Makova.

Nos últimos anos, a tecnologia de sequenciamento e montagem de DNA avançou. Os colaboradores da Penn State da NHGRI também melhoraram os algoritmos computacionais para trabalhar muito mais rápido e com maior precisão, exigindo pouca intervenção manual. A equipe usou técnicas semelhantes para sequenciar o cromossomo Y humano completo e os genomas completos dos dois cromossomos sexuais de espécies vivas de grandes macacos, ambas publicadas em Natureza Nos últimos dois anos.

Os dados dos genomas de referência estão disponíveis online ao público.

Avançando, a equipe disse que espera expandir essa abordagem de sequenciamento e montagem de alta qualidade para coletar mais dados sobre macacos individuais dentro das espécies estudadas neste artigo, bem como estudar novas espécies, como os gibões.