Исследователи из Стенфордской лаборатории по исследованию оплодотворения in vitro провели полное секвенирование (определение последовательности) ДНК геномов 91 сперматозоида, полученного от здорового донора в возрасте 40 лет. Задачей исследования было изучение генетического разнообразия сперматозоидов у одного человека.

Известно, что генетический материал (ДНК) при созревании сперматозоидов подвергается мутациям (изменению последовательности нуклеотидов) и рекомбинации («перетасовке» фрагментов ДНК). Рекомбинация ДНК – это естественный процесс, который обеспечивает генетическое разнообразие, а также обеспечивает возможность того, чтобы не все поколения потомков данного размножающегося половым путем организма получали опасные мутации (если они возникли у предка). Ранее ученые оценивали частоту мутаций и рекомбинации ДНК, проводя генетические исследования популяций (групп организмов), а не отдельного организма. Новый подход позволяет перейти от популяционного уровня на уровень отдельных клеток конкретного организма, что существенно повышает разрешающую способность исследований. Полученные результаты позволили приблизиться к пониманию того, как происходит процесс создания генетического разнообразия.

В ходе работы определили последовательность геномов 91 сперматозоида, полученного от одного мужчины, и сравнили эти последовательности с последовательностью полного генома этого же человека (т.е., генома не половой, а соматической клетки). Это позволило определить, в каких областях генома происходили мутации и рекомбинация ДНК при формировании сперматозоидов.

Результаты  исследования свидетельствуют, что каждый сперматозоид претерпевает в среднем 23 события, связанного с рекомбинацией ДНК. При этом рекомбинация охватывает в разных клетках разные участки генома. Также отмечено разнообразие сперматозоидов по количеству и тяжести спонтанно возникающих генетических мутаций. Например, из 91 исследованного сперматозоида у двух отсутствовало по одной полной хромосоме. В целом, исследования на клеточном уровне дали результаты, схожие с оценками, сделанными ранее в популяционных исследованиях.

Для разработки методики секвенирования генома единичного сперматозоида авторам исследования потребовалось почти 10 лет. Это было связано с особенностями строения сперматозоидов: в отличие от остальных клеток тела, они очень мелкие, ДНК их генома свернута (компактизирована) в 6 раз более плотно, чем  генетический материал обычной клетки, и в этой компактизации участвуют иные белки, чем в других клетках. Кроме того, сперматозоиды имеют гаплоидный геном, т.е., содержат только половину набора хромосом – 23 хромосомы (а не 46, как соматические клетки); следовательно, количество ДНК, получаемое из сперматозоида, меньше, чем в случае исследования обычной клетки.

Авторы работы полагают, что по мере развития в течение следующих 5-10 лет методик секвенирования ДНК в будущем их можно будет применять в клинике для изучения причин бесплодия и других репродуктивных проблем у пациентов. Кроме того, авторы планируют с помощью данной методики исследовать влияние на мутации в половых клетках и на репродуктивные свойства мужчин различных факторов, таких как диета, физическая нагрузка и возраст.

Также один из авторов работы, Барри Бер, отметил, что в перспективе их лаборатория хотела бы провести подобное изучение индивидуальных яйцеклеток. Однако женские половые клетки получать намного сложнее, чем мужские, что и является основным препятствием для исследования.

(перевод с русского на английский / English to Russian Translation)

 http://www.biotechniques.com/news/biotechniquesNews/biotechniques-333071.html