科学の表紙：20年後、ヒトゲノム計画がついに完了

今週の金曜日、サイエンス誌の最新号では6つの論文が同時に掲載され、表紙ではヒトゲノムプロジェクトの最新の成果が紹介されました。これは、20年以上にわたるヒトゲノム計画における新たなマイルストーンであり、より完全なヒトゲノムの発見です。

20年以上前に完了したヒトゲノム計画では、実際にはDNA配列の約8%が未解明でした。これらの失われた部分は主に、DNA配列の反復性が高い染色体の中央にあるセントロメアと、末端にあるテロメア（以前は主にジャンクと考えられていた）です。 20年以上もの間、研究者たちはこれらの領域が進化と病気において重要な役割を果たしている可能性があると信じてきました。

最新の発表された結果では、約100人の科学者のチームが初めてヒトゲノム全体の完全な配列解読を完了し、その結果をサイエンス誌に発表した。

研究者らは、ヒトゲノム配列全体の完成は大きな科学的成果であり、ヒトDNAに関する初めての包括的な見解を提供するものだと述べている。この基礎的な情報は、ヒトゲノムにおけるあらゆる微妙な機能的差異についての理解を深め、ヒトの疾患に関する遺伝子研究を促進するでしょう。

生命科学におけるムーンショット

ヒトゲノムプロジェクト (HGP) は、大規模で多国籍かつ学際的な科学探査プロジェクトです。その目的は、ヒト染色体（半数体）に含まれる30億塩基対のヌクレオチド配列を決定し、ヒトゲノムをマッピングして、そこに含まれる遺伝子とその配列を特定し、ヒトの遺伝情報を解読するという最終目標を達成することです。

ヒトゲノム計画は1985年にアメリカの科学者によって初めて提案され、1990年に正式に開始されました。アメリカ、イギリス、フランス、ドイツ、日本、そして我が国の科学者が30億ドルの予算で共同でヒトゲノム計画に参加しました。 2003 年 4 月 14 日現在、ヒトゲノムプロジェクトの配列決定が完了しました。中でも、2001年にヒトゲノムの作業草案が公表されたことは、ヒトゲノム計画の成功における画期的な出来事と考えられています。

ヒトゲノム計画は、マンハッタン原爆計画、アポロ計画とともに三大科学プロジェクトの一つとして知られています。これは人類科学史上のもう一つの偉大なプロジェクトであり、生命科学の「月面着陸プロジェクト」として称賛されています。

ヒトゲノムは23対の染色体にまたがり、60億個以上のDNA塩基から構成されており、これはチンパンジーなどの他の霊長類とほぼ同じ数です。ゲノムを読むために、科学者はまずDNA全体を数百から数千の文字の長さの断片に切り分けます。次に、シーケンシングマシンは各断片内の個々の文字を読み取り、複雑なジグソーパズルのようにそれらの文字を正しい順序で組み立てようとします。

(出典: Pixabay)

しかし、ゲノムの特定の領域では同じ文字が何度も繰り返されるという課題があります。繰り返される領域には、2 つの染色体をまとめ、細胞分裂に重要な役割を果たすセントロメアと、細胞のタンパク質工場に指示を与えるリボソーム DNA が含まれます。さらに他の重複遺伝子には、種が環境に適応するのに役立つ可能性のある新しい遺伝子が含まれています。

まさにこれらの DNA 反復のせいで、ヒトゲノムの配列を決定する際に一部の DNA 断片を正しい順序で組み立てることができません。もう一つの障害は、ほとんどの細胞に父親由来のゲノムと母親由来のゲノムの 2 つが含まれていることです。研究者がすべての断片を組み立てようとすると、それぞれの親からの配列が混ざり合って、個々のゲノムの実際の変異が不明瞭になることがあります。

ヒトゲノム計画は2003年に大成功を収めましたが、実際には最終的な勝利にはまだ少し足りませんでした。ゲノムの 8% 以上が読み取られておらず、これらの欠落部分には反復性の高い配列が含まれており、大部分が「ジャンク」と見なされています。

しかし、実際はそうではなかったと、ワシントン大学のハワード・ヒューズ医学研究所（HHMI）の研究員でもあるアイヒラー氏は言う。 「私が興味を持っていた領域の多くは、そのギャップの中にあったことが判明しました。」

最初の完全なヒトゲノム

遺伝子配列解析技術の急速な発展により、科学者たちは最新のシーケンサーが一度に何百万もの塩基のDNA断片を正確に読み取る能力を備えており、最終的にゲノム問題の解決への扉が開かれることを認識しました。

そこで、国立ヒトゲノム研究所、カリフォルニア大学サンタクルーズ校、ワシントン大学などの研究者が率いる国際研究チームが「テロメア・トゥ・テロメア・コンソーシアム（T2T）」を結成し、ヒトゲノムの完全かつギャップのない配列解析を実施しました。

研究者らによると、ヒトゲノムには約30億のDNA（デオキシリボ核酸）塩基対が含まれており、これらの塩基対の完全かつギャップのない配列決定を完了することは、ヒトゲノム変異の全範囲を理解し、遺伝子が特定の疾患に与える影響を把握するために極めて重要であるという。

(出典: Pixabay)

サイエンス誌に掲載された6本の論文の中で、研究者らは寿命日数遺伝子の生物学的意義についても詳細に調査した。例えば、研究チームは、セントロメアやその他の予想される場所で、予想外に高いレベルの遺伝的変異を発見した。

T2T研究の共同リーダーであるミガ氏は、このデータはセントロメア研究の新時代の基礎を提供するものだと語った。科学者たちは、新たに発見されたこれらの変異がどのように病気を引き起こすのか、またセントロメアDNAが時間の経過とともにどのように変化するのかを研究できるようになります。

この研究結果は、人類の急速な進化を説明するとともに、人類の誕生にも寄与した、より複雑な遺伝的変異のパターンも明らかにしている。研究者らは、完全なゲノム配列により、より大きな脳に関連するいくつかの遺伝子が非常に多様であることが示されたと説明している。ある人は特定の遺伝子のコピーを 10 個持っているかもしれませんが、他の人は 1 個か 2 個しか持っていないかもしれません。

研究者らは、単一のゲノムの完成が最終的な結論ではないと述べている。コンソーシアムのメンバーはすでに、両親から受け継いだ異なる染色体を持つゲノムの配列を解読する作業に取り組んでいる。彼らはまた、世界中の何百人もの人々のDNA配列全体を読み取る全ゲノム研究の取り組みも開始した。 「できるだけ完全なヒトゲノムを作り、できるだけ多くの人間の多様性を表現することが目標です」とプロジェクトの共同リーダーであるジャービス氏は説明する。

参考文献:

https://www.science.org/doi/10.1126/science.abj5089

https://www.science.org/doi/10.1126/science.abj6965

https://www.science.org/doi/10.1126/science.abj6987

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https://www.science.org/doi/10.1126/science.abl4178

https://www.science.org/doi/10.1126/science.abl3533

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