Ата-тегін анықтауға арналған генетикалық маркерлер
Ancestry-informative marker
Адам популяциясы генетикасында AIM маркерлері – әртүрлі топтарда жиі кездесетін ДНК полиморфизмі. Тегін анықтауға көмектеседі. SNP, Y-хромосома, митохондриялық ДНК.
Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Популяциялық генетикада ата-тегі туралы ақпараттық маркер (AIM) – әртүрлі популяцияларда айқын түрде әртүрлі жиіліктерді көрсететін жалғыз нуклеотидтік полиморфизм. Көптеген AIM-дердің жиынтығы жеке адамның әрбір популяциядан алынған тегінің үлесін бағалау үшін қолданылуы мүмкін. Жалғыз нуклеотидтік полиморфизм – ДНК тізбегіндегі жалғыз нуклеотидтік негіздің өзгеруі. Шамамен 3 миллиард негіз жұбының ішінде (шамамен 0,4%) 15 миллионға жуық SNP (жалғыз нуклеотидтік полиморфизм) орны бар, олардың ішінде AIM-дерді таңдауға болады. Тегіне қатысты SNP-лер көбінесе Y-хромосомасымен және митохондриялық ДНК-мен байланысты, себебі бұл екі аймақ та бір ата-анадан мұраға қалады, бұл ата-аналық гендердің рекомбинациясынан туындайтын қиындықтарды жояды. SNP мутациялары сирек кездеседі, сондықтан SNP-лерді қамтитын тізбектер ұрпақтан-ұрпаққа өтеді, әрбір ұрпақта өзгеретін сияқты емес. Дегенмен, кез келген SNP популяцияда салыстырмалы түрде көп кездесетіндіктен, талдаушылар адамның тегін анықтау үшін SNP топтарын (әйтпесе AIM-дер деп аталады) қарастыруы керек. Көрнекі қателік деңгейі және жақсартылған Байес бағалауы сияқты статистикалық әдістерді қолдану арқылы нақты бір текті болжау үшін ең жоғары дәлдікке ие SNP жиынтығын табуға болады. Геном бойынша шамамен бірдей аралықта орналасқан осы маркерлердің жиынтығын зерттеу, қоспа картасы немесе қоспа байланыс тепе-теңдігі арқылы күрделі аурулардың жаңа гендерін анықтаудың тиімді тәсілі болып табылады. Мысалы, Даффи нуль аллелі (FY*0) Сахара асты Африка халқының шамамен 100% жиілігіне ие, бірақ осы аймақтан тыс жерлерде өте сирек кездеседі. Осы аллельді иеленетін адамның Сахара асты Африкадан шыққан тегі болуы мүмкін. Солтүстік және Оңтүстік Хан қытайларының тегін 140 AIM жиынтығын қолдана отырып, нақты ажыратуға болады. Еуропалық ата-тегінің географиялық шығу тегін бағалауға мүмкіндік беретін AIM жинақтары жасалған. Ежелгі ДНК дерекқорларының дамуынан кейін, ежелгі тегі туралы ақпараттық маркер (aAIM) әртүрлі ежелгі популяцияларда айқын түрде әртүрлі жиіліктерді көрсететін жалғыз нуклеотидтік полиморфизм ретінде анықталды. aAIM жиынтығы ежелгі популяциялардың тегін анықтау және соңында қазіргі заманғы адамдармен генетикалық ұқсастықты сандық бағалау үшін қолданылуы мүмкін.
In population genetics, an ancestry informative marker (AIM) is a single nucleotide polymorphism that exhibits substantially different frequencies between different populations. A set of many AIMs can be used to estimate the proportion of ancestry of an individual derived from each population. A single nucleotide polymorphism is a modification of a single nucleotide base within a DNA sequence. There are an estimated 15 million SNP (Single nucleotide polymorphism) sites (out of roughly 3 billion base pairs, or about 0.4%) from among which AIMs may potentially be selected. The SNPs that relate to ancestry are often traced to the Y chromosome and mitochondrial DNA because both of these areas are inherited from one parent, eradicating complexities that come with parental gene recombination. SNP mutations are rare, so sequences with SNPs tend to be passed down through generations rather than altered each generation. However, because any given SNP is relatively common in a population, analysts must examine groups of SNPs (otherwise known as AIMS) to determine someone's ancestry. Using statistical methods such as apparent error rate and Improved Bayesian Estimate, the set of SNPs with the highest accuracy for predicting a specific ancestry can be found. Examining a suite of these markers more or less evenly spaced across the genome is also a cost effective way to discover novel genes underlying complex diseases in a technique called admixture mapping or mapping by admixture linkage disequilibrium. As one example, the Duffy Null allele (FY*0) has a frequency of almost 100% of Sub Saharan Africans, but occurs very infrequently in populations outside of this region. A person having this allele is thus more likely to have Sub Saharan African ancestors. North and South Han Chinese ancestry can be distinguished unambiguously using a set of 140 AIMS. Collections of AIMs have been developed that can estimate the geographical origins of ancestors from within Europe. Following the development of ancient DNA databases, ancient ancestry informative marker (aAIM) were similarly defined as a single nucleotide polymorphism that exhibits substantially different frequencies between different ancient populations. A set of aAIMs can be used to identify the ancestry of ancient populations and eventually quantify the genetic similarity to modern day individuals.
Ашу және дамыту
Ата-тегі туралы ақпарат беретін маркерлерді табу, келесі буын тізбектеу, немесе NGS технологиясының дамуы арқасында мүмкін болды. NGS, белгілі бір ген тізбектерін бөліп алу арқылы генетикалық маркерлерді зерттеуге мүмкіндік береді. Тізбектерді бөліп алудың бір әдісі – ДНК тізбегін өзгертетін шектеу ферменттерін, атап айтқанда эндонуклеазаны қолдану. Бұл фермент ДНК лигазамен (екі түрлі ДНК-ны қосатын) бірге қолданылып, басқа организмнен ДНК енгізу арқылы ДНК-ны өзгертуге болады. Тағы бір әдіс – кДНК тізбектеу, немесе РНК сек, ол организмдердің кең ауқымында транскриптомдар туралы ақпарат алуға және ДНК тізбегі ішіндегі СНП-ларды (бір нуклеотидтік полиморфизмдерді) табуға көмектеседі.
The discovery of ancestry informative markers was made possible by the development of next generation sequencing, or NGS. NGS enables the study of genetic markers by isolating specific gene sequences. One such method for sequence extraction is the use restriction enzymes, specifically endonuclease, which modifies the DNA sequence. This enzyme can be used with DNA ligase (connecting two different DNA), modifying DNA by inserting DNA from other organism. Another method, cDNA sequencing, or RNA seq, can also help to acquire information of the transcriptomes in a broad range of organisms and find SNPs (single nucleotide polymorphisms), within a DNA sequence.
Қолданбалар
Ата-тегі туралы ақпараттық маркерлер генетикалық зерттеулерде, сот-медициналық сараптамада және жеке кәсіпкерлікте көптеген қолданысқа ие. 2-типті қант диабеті және бүйрек аурулары сияқты ауруларға деген бейімділікті көрсететін AIM-дер, ата-тегін картаға түсіруде генетикалық араласудың әсерін азайтуы, қоспа карталау бағдарламалық құралдарын қолданғанда дәлелденген. Ата-тегі туралы ақпараттық маркерлердің ерекше қабілеті ғалымдар мен зерттеушілерге қызығушылық тудыратын географиялық аймақтарды таңдауға мүмкіндік береді; мысалы, заңсыз мүше саудасын мүшелерді алушылардан алынған үлгілерді салыстыру және олардың денесіндегі шетелдік маркерді анықтау арқылы белгілі бір аймақтарға дейін табуға болады. 23andMe және AncestryDNA сияқты жеке компаниялар географиялық тегін анықтау үшін ата-тегі туралы ақпараттық маркерлерді талдап, тұтынушыларға қолжетімді (DTC) генетикалық тестілеуді ұсынады. Бұл жеке компаниялар биологиялық үлгілер және тұтынушылардың өздері ұсынған ақпарат сияқты үлкен көлемдегі деректерді жинайды, бұл практика биобанкинг деп аталады, бұл олардың зерттеушілеріне AIM туралы толыққанды мәліметтер алуға мүмкіндік береді. AIM панельдері ауруларды анықтау үшін пайдалы болғанымен, Генетикалық ақпаратты дискриминациялауға қарсы заң (GINA) генетикалық ақпаратты сақтандыру және жұмыс орнында дискриминация үшін пайдалануға тыйым салады.
Ancestry informative markers have a number of applications in genetic research, forensics, and private industry. AIMs that indicate a predisposition for diseases such as type 2 diabetes mellitus and renal disease have been shown to reduce the effects of genetic admixture in ancestral mapping when using admixture mapping software. The differential ability of ancestry informative markers allows scientists and researchers to narrow geographical populations of concern; for example, illegal organ trafficking can be traced to certain areas by comparing the samples taken from organ recipients and deciphering the foreign marker in their body. An array of private companies, such as 23andMe and AncestryDNA, provide cost effective direct to consumers (DTC) genetic testing by analyzing ancestry informative markers to determine geographic origins. These private companies collect massive quantities of data such as biological samples and self reported information from consumers, a practice known as biobanking, enabling their researchers to discover more insights on AIMs. Though AIM panels can be useful for disease screening, the Genetic Information Nondiscrimination Act (GINA) prevents the use of genetic information for insurance and workplace discrimination.
Медициналық зерттеулер
Әртүрлі ата-бабалық белгілер және олардың аурулармен байланысы ғалымдарға нақты бір популяция үшін тиімді емдеу жолдарын анықтауға көмектеседі. Медициналық зерттеушілер ата-бабалық белгілер мен кейбір кең таралған аурулар арасындағы байланысты анықтады; мысалы, африкалық текті адамдар еуропалықтарға қарағанда астмаға бейімдеуші болып табылады. AIM панельдерін ауру қауіп факторын анықтау үшін қолдануға болады. Мұндай панельдердің бірі африкалық-американдық текті адамдар үшін коммерциялық SNP массивтерінің ішінен таңдалған бөліктерге негізделген. Бұл массивтер қауіп факторларын анықтау құнын төмендетуге көмектеседі, себебі олар зерттеушілерге толық геномды тексерудің орнына, ата-бабалық маркерлерді тексеруге мүмкіндік береді. Бұл SNP массивтері қажетті тексеру ауқымын жүздеген мың SNP маркерлерінен бірнеше мың AIM панеліне дейін тарылтады. Кейбіреулер аурулармен генетикалық байланыстарды жақсы анықтау үшін құрылымдалған популяцияларды зерттеулерде пайдалану қажет деп санайды, бірақ мұндай зерттеулерден туындауы мүмкін нәсілдік айыптаудың әлеуметтік салдары маңызды мәселе болып табылады. Дегенмен, Янг және авторлардың (2005) жүргізген зерттеуі адам ауруларында ата-бабалық байланысты вариацияларды зерттеу және анықтау үшін қажетті технологияның қазірдің өзінде бар екенін көрсетеді.
Different ancestral traits and their affiliation to diseases can help scientists determine appropriate approaches of treatment for a specific population. Medical researchers have revealed the link between ancestry traits and some common diseases; for example, individuals of African descent have been found to be at higher risk of asthma than those of European ancestry. AIM panels can be used for detecting disease risk factors. One such panel was created for African American ancestry based on subsets of commercially available SNP arrays. These types of arrays can help reduce the cost of identifying risk factors, since they allow researchers to screen for ancestry markers instead of the entire genome. This is due to the fact that these SNP arrays narrow the scope of the necessary screening from hundreds of thousands of SNP markers to a panel of a few thousands of AIMs. While some believe that structured populations should be used in studies to better ascertain genetic associations to diseases, the social implications of the potential racial stigma that may result from such studies is a major concern. However, the study done by Yang et al. (2005) suggests that the technology to conduct deeper research into and identify ancestry associated variations in human disease does already exist.