Long-read sequencing reveals novel mitochondrial genome variants undetected by short-read sequencing in Korean population
यह अध्ययन प्रदर्शित करता है कि लॉन्ग-रीड सीक्वेंसिंग, शॉर्ट-रीड सीक्वेंसिंग और माइक्रोएरे की तुलना में कोरियाई आबादी के भीतर माइटोकॉन्ड्रियल जीनोम वेरिएंट्स, विशेष रूप से InDels का पता लगाने में बेहतर प्रदर्शन करती है, जो कि उन नवीन संरचनात्मक वेरिएंट्स की पहचान करती है जो प्रोटीन स्थिरता को महत्वपूर्ण रूप से प्रभावित करते हैं और हैलोग्रुप असाइनमेंट को परिष्कृत करते हैं।
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मानव शरीर की लगभग हर कोशिका के भीतर एक छोटा, प्राचीन ऊर्जा संयंत्र स्थित है जिसे माइटोकॉन्ड्रिया कहा जाता है। ये अंगक (organelles) उस ऊर्जा को उत्पन्न करने के लिए जिम्मेदार हैं जो हमें जीवित रखते हैं, लेकिन वे अपने स्वयं के निर्देशों का एक छोटा, गोलाकार सेट भी रखते हैं, जो कोशिका के केंद्रक (nucleus) में पाए जाने वाले मुख्य जीनोम से अलग होता है। यह माइटोकॉन्ड्रियल डीएनए विशिष्ट है क्योंकि यह लगभग विशेष रूप से माताओं से विरासत में मिलता है, जो हजारों वर्षों में बहुत धीरे-धीरे बदलता है। इस निरंतर, मातृ वंशानुक्रम के कारण, वैज्ञानिकों ने लंबे समय से मानव प्रवास मार्गों का पता लगाने और विभिन्न आबादी एक-दूसरे से कैसे संबंधित हैं, इसे समझने के लिए इन आनुवंशिक मार्करों का उपयोग किया है। हालाँकि, इस विशिष्ट आनुवंशिक कोड को पढ़ना हमेशा से कठिन रहा है। माइटोकॉन्ड्रियल जीनोम पुनरावृत्ति वाले अनुक्रमों (repetitive sequences) और समान अक्षरों के लंबे खंडों से भरा होता है, जो डीएनए को पढ़ने के लिए उपयोग किए जाने वाले मानक उपकरणों के लिए एक भ्रमित करने वाली भूलभुलैया की तरह कार्य करते हैं। ये उपकरण अक्सर इन दोहरावों पर लड़खड़ा जाते हैं, महत्वपूर्ण विविधताओं को छोड़ देते हैं या उन्हें त्रुटियों के रूप में समझ लेते हैं, जिससे मानव आनुवंशिक इतिहास, विशेष रूप से उन आबादी के लिए हमारी समझ में एक बड़ा अंतर रह जाता है जो वैश्विक डेटाबेस में कम प्रतिनिधित्व रखती हैं।
कोरिया नेशनल इंस्टीट्यूट ऑफ हेल्थ और दानक यूनिवर्सिटी के शोधकर्ताओं की एक टीम ने एक नई, अधिक शक्तिशाली तकनीक का उपयोग करके 65 कोरियाई व्यक्तियों के माइटोकॉन्ड्रियल डीएनए का अध्ययन करके इस समस्या से निपटने का निर्णय लिया। डीएनए को छोटे, प्रबंधनीय टुकड़ों में तोड़ने वाली मानक विधि के बजाय, उन्होंने 'लॉन्ग-रीड सीक्वेंसिंग' (long-read sequencing) का उपयोग किया, जो माइटोकॉन्ड्रियल जीनोम के पूरे स्ट्रैंड को एक निरंतर प्रवाह में पढ़ सकती है। इस दृष्टिकोण ने उन्हें बिना किसी ब्लाइंड स्पॉट के पूरी तस्वीर देखने की अनुमति दी, जो छोटी रीड्स (short reads) के साथ समस्या होती है। इस नई विधि की तुलना पारंपरिक शॉर्ट-रीड सीक्वेंसिंग और एक सामान्य चिप-आधारित परीक्षण पद्धति से करते हुए, टीम ने पाया कि लॉन्ग-रीड तकनीक ने काफी अधिक आनुवंशिक विविधताएं खोजीं। कुल मिलाकर, उन्होंने समूह में 533 विशिष्ट विविधताएं पहचानीं, जो अन्य विधियों द्वारा खोजी गई संख्या से अधिक थी, और महत्वपूर्ण रूप से, उन्होंने दो अनूठी परिवर्तन देखे जिन्हें अन्य तकनीकों ने पूरी तरह से मिस कर दिया था।
इन छूटे हुए खोजों में से एक MT-ND1 नामक जीन में एक छोटा विलोपन (deletion) था, जो कोशिका के ऊर्जा उत्पादन के लिए आवश्यक है। यह विशिष्ट परिवर्तन हैपलोग्रुप A नामक आनुवंशिक वंश से जुड़े व्यक्तियों में पाया गया। जबकि अन्य विधियां इसे देखने में विफल रहीं, लॉन्ग-रीड तकनीक ने इसे स्पष्ट रूप से कैप्चर किया, और शोधकर्ता 1000 जीनोम्स प्रोजेक्ट के एक अलग, स्वतंत्र डेटासेट से इसकी उपस्थिति की पुष्टि करने में सक्षम रहे। इस छूटे हुए हिस्से का क्या अर्थ हो सकता है, इसे समझने के लिए वैज्ञानिकों ने प्रभावित प्रोटीन का एक कंप्यूटर मॉडल बनाया। सिमुलेशन ने सुझाव दिया कि गायब हिस्सा प्रोटीन को अस्थिर बनाता है और उसे अपने उचित आकार को खोने के लिए मजबूर करता है, जिससे संभावित रूप से कुशलतापूर्वक ऊर्जा उत्पन्न करने की कोशिका की क्षमता बाधित होती है। यह खोज महत्वपूर्ण है क्योंकि यह बताती है कि कुछ आनुवंशिक विविधताएं, जिन्हें पहले अदृश्य या गैर-अस्तित्व मान लिया गया था, वास्तव में वास्तविक हैं और उनके जैविक परिणाम हो सकते हैं।
अध्ययन ने एक अन्य जीन, MT-CYB में दूसरी विविधता को भी उजागर किया, जिसे नई और पुरानी दोनों विधियों द्वारा पता लगाया गया था लेकिन सार्वजनिक डेटाबेस में पहले कभी नहीं देखा गया था। कंप्यूटर मॉडल ने संकेत दिया कि यह परिवर्तन ऊर्जा पैदा करने वाली श्रृंखला में अन्य अणुओं के साथ प्रोटीन की परस्पर क्रिया को थोड़ा बदल सकता है, हालांकि इसका सटीक प्रभाव अनिश्चित बना हुआ है। इन विशिष्ट खोजों के अलावा, शोध ने प्रदर्शित किया कि लॉन्ग-रीड पद्धति ने पुरानी तकनीकों की तुलना में आनुवंशिक परिदृश्य का बहुत स्पष्ट दृश्य प्रदान किया। जबकि पारंपरिक विधियां सामान्य, एकल-अक्षर परिवर्तनों को खोजने में उत्कृष्ट थीं, वे इंसर्शन (insertions) और डिलीशन (deletations) के साथ संघर्ष करती थीं, विशेष रूप से उन पुनरावृत्ति वाले क्षेत्रों में जहाँ माइटोकॉन्ड्रियल जीनोम सबसे अधिक परिवर्तन के प्रति संवेदनशील होता है। लॉन्ग-रीड दृष्टिकोण ने, कम कुल डेटा वॉल्यूम का उपयोग करने के बावजूद, इन जटिल क्षेत्रों को अधिक सटीकता के साथ हल किया।
यह कार्य केवल आनुवंशिक सूची में कुछ नई प्रविष्टियाँ जोड़ने से कहीं अधिक है; यह इस धारणा को चुनौती देता है कि वर्तमान डेटाबेस मानव माइटोकॉन्ड्रियल विविधता की एक पूर्ण तस्वीर रखते हैं। शोधकर्ताओं ने पाया कि मानक विधियां, जो दशकों से आनुवंशिक अनुसंधान की रीढ़ रही हैं, व्यवस्थित रूप से कुछ प्रकार की विविधताओं को अनदेखा करती हैं, विशेष रूप से कोरियाई कोहॉर्ट जैसी आबादी के लिए जो इन नई उपकरणों के साथ व्यापक रूप से अध्ययन नहीं की गई हैं। यह दिखाकर कि ये छिपी हुई विविधताएं मौजूद हैं और उन्हें विश्वसनीय रूप से पहचाना जा सकता है, अध्ययन सुझाव देता है कि मानव विकास और जनसंख्या इतिहास के बारे में हमारी समझ को संशोधित करने की आवश्यकता हो सकती है। निष्कर्षों से संकेत मिलता है कि भविष्य में लॉन्ग-रीड सीक्वेंसिंग अधिक सटीक और समावेशी आनुवंशिक मानचित्र बनाने के लिए एक मानक उपकरण बन जाएगी, जिससे यह सुनिश्चित होगा कि सभी मानव आबादी के अद्वितीय आनुवंशिक हस्ताक्षरों को समान स्पष्टता और विवरण के साथ कैप्चर किया जा सके।
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