G-was?: Eine Einführung in die genomweite Assoziationsstudie (GWAS)

DNA-Strang

Als die erfolgreiche Sequenzierung des menschlichen Genoms Anfang 2003 erstmals angekündigt wurde, dachten viele, dass dies das Verständnis von Gesundheit und Krankheit revolutionieren würde. Durch diese jahrzehntelange Anstrengung, die fast 3 Milliarden US-Dollar kostete, hatten Wissenschaftler den genetischen Code, der uns zu dem macht, was wir sind und viele unserer Merkmale und Eigenschaften beeinflusst, sorgfältig identifiziert. Obwohl dies eine außergewöhnliche Leistung war, signalisierte es nur die ersten Schritte, wie wir uns selbst und unsere DNA verstehen. Um vollständig zu verstehen, wie dieser Code die Größe oder das Risiko einer Person bestimmt, an Herzerkrankungen zu erkranken, mussten Wissenschaftler darauf hinarbeiten, Tausende oder sogar Millionen Genome von Personen zu vergleichen. Nehmen Sie an der Genomweiten Assoziationsstudie oder GWAS teil.

ABCs der DNA

Lassen Sie uns zunächst einen Schritt zurücktreten, um besser zu verstehen, was unser Genom ausmacht. Unser Genom besteht aus DNA; Moleküle, die Nukleotide genannt werden, sind ihre Bausteine. Nukleotide können eine von vier Optionen sein – Adenin, Thymin, Cytosin und Guanin, die üblicherweise mit “A”, “T”, “C” und “G” bezeichnet werden. In langen Strecken können diese Nukleotide Gene bilden. In unseren Zellen werden diese Gene gelesen und als Anweisungen zur Herstellung von Proteinen verwendet, die eine erstaunliche Reihe von Funktionen in unserem Körper erfüllen. Proteine wirken als Botenstoffe, schützen unseren Körper und geben unseren Zellen unter vielen anderen wichtigen Aufgaben Struktur.

Unser Genom enthält die DNA, aus der alle unsere Gene bestehen – insgesamt über 20.000! Zusätzlich zu all unseren Genen enthält unser Genom lange Abschnitte von Nukleotiden, die nicht zu Proteinen verarbeitet werden, und Wissenschaftler arbeiten immer noch daran, herauszufinden, was sie alle tun. Insgesamt ist das menschliche Genom 3,2 Milliarden Nukleotide lang. Von diesen 3,2 Milliarden Nukleotiden teilen alle Menschen rund 99,9% dieser Buchstaben. Die verbleibenden 0,1% unseres Genoms, das immer noch erstaunliche 3 Millionen Nukleotide umfasst, variieren zwischen Menschen und Populationen und kontrollieren, was uns alle einzigartig macht.

Ein Nukleotid, das zwischen Menschen variieren kann, wird als Einzelnukleotid-Polymorphismus oder SNP (ausgesprochen „Snip“) bezeichnet. Beispielsweise haben bei einem bestimmten SNP 80% der Bevölkerung ein “G” -Nukleotid, während die restlichen 20% stattdessen ein “C” haben. Diese SNPs bilden die Grundlage dafür, warum zwei Personen unterschiedliche Gefühle für den Geschmack von Koriander haben oder warum einer anfälliger für Demenz ist als der andere.

Besser zusammen: die Kraft von GWAS

Obwohl wir wissen, dass SNPs dazu beitragen, Unterschiede in unseren Merkmalen hervorzurufen, liegt die Schwierigkeit darin, zu bestimmen, welche SNPs mit welchen Merkmalen korrelieren. Hier kommt die Magie der genomweiten Assoziationsstudie (GWAS) ins Spiel. Ein GWAS untersucht die genetischen Daten von Tausenden und manchmal sogar Millionen von Personen sowie Informationen über ein bestimmtes Merkmal, wie z Body Mass Index oder Gefühle der Einsamkeit . Wissenschaftler können dann alle diese Daten vergleichen und die bestimmten SNPs finden, die mit dem Risiko einer Person, eine bestimmte Krankheit zu entwickeln oder ein bestimmtes Merkmal zu haben, korrelieren (oder „assoziieren“). Diese Ergebnisse werden häufig auf einem treffend benannten „Manhattan-Plot“ angezeigt, auf dem die wichtigsten SNPs, die mit dem Merkmal korrelieren, wie Wolkenkratzer aufsteigen.

Manhattan Grundstück eines GWAS

Nachdem die SNPs identifiziert wurden, die am meisten mit dem interessierenden Merkmal der Studie korrelieren, arbeiten die Wissenschaftler daran, die Gene zu bestimmen, in denen sich diese SNPs befinden. Oft befinden sich die SNPs in oder in der Nähe von Genen, die bei der Steuerung von Prozessen helfen, die mit dem Merkmal zusammenhängen. Zum Beispiel a GWAS-Studie Die Untersuchung der genetischen Varianten, die Allergien beeinflussen, ergab, dass viele der identifizierten SNPs in Genen gefunden werden konnten, die Entzündungen und das Immunsystem steuern. In anderen Fällen können Forscher durch ein GWAS tatsächlich neue Gene finden, die bei einer bestimmten Krankheit oder einem bestimmten Merkmal eine Rolle spielen. Neben einem besseren Verständnis der SNPs, die eine bestimmte Krankheit beeinflussen, können die wertvollen Informationen, die aus solchen genomweiten Studien gewonnen wurden, sogar zur Entdeckung neuer Wege zur Behandlung der Krankheit führen!

Nicht alle GWAS sind gleich

Zwei genomweite Assoziationsstudien, die dasselbe Merkmal oder dieselbe Krankheit untersuchen, können unterschiedliche Anzahlen von SNPs identifizieren. Einer der Hauptfaktoren, die dies steuern, ist die Anzahl der Teilnehmer an einer Studie. Viele der allerersten GWAS verwendeten Hunderte oder Tausende von Menschen und identifizierten nur äußerst signifikante SNPs. Im Gegensatz dazu untersuchen Studien angesichts des heutigen Booms bei Gentests, der von immer geringeren Kosten getrieben wird, routinemäßig die genetischen Daten von Millionen von Personen. Durch die Einbeziehung immer größerer Pools von Studienteilnehmern haben Forscher mehr statistische Möglichkeiten, SNPs zu identifizieren, die einen Einfluss auf ein bestimmtes Merkmal ausüben können.

Ein weiterer Faktor, der die Ergebnisse eines GWAS bestimmen kann, sind die für die Studie ausgewählten Populationen. In vielen Studien werden genetische Daten ausschließlich von Personen europäischer Abstammung untersucht. Die Ergebnisse werden möglicherweise nicht auf andere Populationen übertragen, oder es fehlen wichtige SNPs, die überwiegend nur in bestimmten Populationen auftreten. Verschiedene Bemühungen um die Vielfalt erhöhen der Genomforschung sind im Gange, mit dem Ziel sicherzustellen, dass jeder von den gemachten Entdeckungen profitieren kann.

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