Введение

В популяционной генетике информативный маркер родословной (AIM) — это однонуклеотидный полиморфизм, демонстрирующий существенно различные частоты в разных популяциях. Набор AIM может быть использован для оценки доли родословной индивида, происходящей из каждой популяции. Однонуклеотидный полиморфизм — это изменение одного нуклеотидного основания в последовательности ДНК. По оценкам, существует около 15 миллионов SNP (одиночных нуклеотидных полиморфизмов) сайтов (из примерно 3 миллиардов пар оснований, или около 0,4%), среди которых потенциально могут быть отобраны AIM. СНП, связанные с родословной, часто отслеживаются до Y-хромосомы и митохондриальной ДНК, поскольку обе эти области наследуются от одного родителя, что устраняет сложности, возникающие при рекомбинации родительских генов. Мутации SNP редки, поэтому последовательности с SNP обычно передаются из поколения в поколение, а не изменяются каждое поколение. Однако, поскольку любой отдельный SNP относительно распространен в популяции, аналитикам необходимо изучать группы SNP (также известные как AIM), чтобы определить родословную человека. Используя статистические методы, такие как коэффициент кажущейся ошибки и улучшенная байесовская оценка, можно найти набор SNP с наибольшей точностью для прогнозирования конкретной родословной. Исследование набора этих маркеров, более или менее равномерно распределенных по всему геному, также является экономически эффективным способом выявления новых генов, лежащих в основе сложных заболеваний, с помощью метода, называемого картированием адмиксии или картированием по неравновесию сцепления адмиксии. Например, аллель Duffy Null (FY*0) имеет частоту почти 100% у жителей Африки к югу от Сахары, но встречается очень редко в популяциях за пределами этого региона. Следовательно, человек, имеющий этот аллель, с большей вероятностью имеет предков из Африки к югу от Сахары. Родословную северных и южных ханьцев можно однозначно определить с помощью набора из 140 AIM. Созданы коллекции AIM, которые могут оценить географическое происхождение предков из Европы. После разработки баз данных древней ДНК древний информативный маркер родословной (aAIM) был аналогично определен как однонуклеотидный полиморфизм, демонстрирующий существенно различные частоты в разных древних популяциях. Набор aAIM может быть использован для определения родословной древних популяций и, в конечном итоге, для количественной оценки генетического сходства с современными людьми.

Открытие и развитие

Открытие информационных маркеров родословной стало возможным благодаря разработке секвенирования нового поколения, или NGS. NGS позволяет изучать генетические маркеры, выделяя специфические последовательности генов. Одним из методов извлечения последовательностей является использование рестрикционных ферментов, в частности эндонуклеазы, которая модифицирует последовательность ДНК. Этот фермент может использоваться совместно с ДНК-лигазой (соединяющей две различные ДНК), модифицируя ДНК путем встраивания ДНК из другого организма. Другой метод – секвенирование кДНК, или секвенирование РНК – также позволяет получить информацию о транскриптомах широкого спектра организмов и выявлять однонуклеотидные полиморфизмы (SNP) в последовательности ДНК.

Приложения

Информационные маркеры предков имеют ряд применений в генетических исследованиях, криминалистике и частном секторе. Показано, что AIM, указывающие на предрасположенность к таким заболеваниям, как сахарный диабет 2 типа и заболевания почек, снижают влияние генетического смешения при картировании предков с использованием программного обеспечения для картирования смешения. Различная способность информационных маркеров предков позволяет ученым и исследователям сужать географические популяции, представляющие интерес; например, незаконную торговлю органами можно отследить до определенных регионов путем сравнения образцов, взятых у реципиентов органов, и выявления чужеродного маркера в их организме. Множество частных компаний, таких как 23andMe и AncestryDNA, предоставляют экономически эффективное генетическое тестирование непосредственно потребителям (DTC), анализируя информационные маркеры предков для определения географического происхождения. Эти частные компании собирают огромные объемы данных, включая биологические образцы и информацию, предоставленную потребителями самостоятельно, что известно как биобанкинг, и позволяет их исследователям получать новые сведения об AIM. Несмотря на то, что панели AIM могут быть полезны для скрининга заболеваний, Закон о недискриминации в отношении генетической информации (GINA) запрещает использование генетической информации для дискриминации в сфере страхования и трудоустройства.

Медицинские исследования

Различные наследственные признаки и их связь с заболеваниями могут помочь ученым определить наиболее подходящие подходы к лечению для конкретных популяций. Медицинские исследователи выявили связь между наследственными признаками и некоторыми распространенными заболеваниями; например, установлено, что люди африканского происхождения имеют более высокий риск развития астмы, чем люди европейского происхождения. Панели AIM могут использоваться для выявления факторов риска заболеваний. Одна из таких панелей была разработана для определения африканского американского происхождения на основе подмножеств коммерчески доступных SNP-массивов. Эти массивы могут помочь снизить стоимость выявления факторов риска, поскольку они позволяют исследователям проводить скрининг на маркеры предков, а не всего генома. Это происходит потому, что эти SNP-массивы сужают область необходимого скрининга с сотен тысяч SNP-маркеров до панели, состоящей из нескольких тысяч AIM. В то время как некоторые считают, что структурированные популяции следует использовать в исследованиях для более точного определения генетических ассоциаций с заболеваниями, серьезную озабоченность вызывают социальные последствия потенциальной расовой стигматизации, которая может возникнуть в результате таких исследований. Однако исследование, проведенное Янг и др. (2005), показывает, что технология для проведения более глубоких исследований и выявления вариаций, связанных с происхождением, при заболеваниях человека, уже существует.