Dziennik Nature ustawić ważny precedens dla świata sieci niedawno, publikując papier on-line 10 dni przed jego zaplanowanym debiutu May 18 druku. Ich decyzja, oczywiście, zależała od znaczenia papieru. Międzynarodowe konsorcjum naukowców ujawnia w nim kompletną sekwencję chromosomu 21, najmniejszego z 24 ludzkich chromosomów. A to, co znaleźli – nieoczekiwany niedobór genów na 21 – wskazuje, że całkowita liczba ludzkich genów została najprawdopodobniej przeszacowana.
Chromosom 21, który stanowi około 1 procent całego genomu, miał być ubogi w geny, ale nie tak zubożały, jak się teraz wydaje. Rzeczywiście, projekt Unigene zgadywał, że 21 będzie nosił tylko 80 procent liczby genów, których można się spodziewać dla chromosomu jego wielkości. Więc jeśli całkowita liczba oczekiwanych ludzkich genów wynosi około 100 000, przewidywania były takie, że 21 będzie zawierał 800 do 1 000 genów, czyli 80 procent z 1 procenta genomu.
Ale w rzeczywistości konsorcjum zajmujące się chromosomem 21, w skład którego wchodzili badacze z Japonii, Niemiec, Francji, Szwajcarii, Anglii i Stanów Zjednoczonych, znalazło tylko 225 genów. Jest to niewielka liczba nie tylko w odniesieniu do tego, co było przewidywane, ale także w porównaniu z innym całkowicie zsekwencjonowanym chromosomem, 22, który zawiera 545 genów i jest podobnej wielkości. Chromosom 22 jest uważany za „bogaty w geny”, ale nowe informacje wciąż sprawiają, że badacze rewidują swoje przewidywania dotyczące samego genomu.
„Te dwa chromosomy razem”, piszą autorzy pracy, „stanowią około 2 procent ludzkiego genomu i wspólnie zawierają 770 genów. Zakładając, że oba chromosomy łącznie odzwierciedlają średnią zawartość genów w genomie, szacujemy, że całkowita liczba ludzkich genów może być bliska 40 000.”
Pomimo niewielkiej liczby genów na chromosomie 21, nie była to łatwa piłka DNA do rozplątania, a robiąc to, konsorcjum poczyniło kilka technicznych postępów. Wszystkie chromosomy wyglądają jak X, mają krótkie i długie ramiona DNA, składające się z milionów par zasad. Grupa donosi o sekwencji obejmującej 99,7 procent długiego ramienia chromosomu 21, czyli 33,55 milionów par zasad. A w ramach tej sekwencji jest nieprzerwany odcinek 28,5 miliona par zasad – najdłuższa ciągła sekwencja DNA znana do tej pory.
Praca opisuje również sekwencję 281 000 par zasad na krótkim ramieniu chromosomu 21, która była trudna do mapowania i klonowania, ponieważ zawiera wiele wysoce powtarzających się sekwencji (patrz ilustracja po lewej). Długość tego krótkiego ramienia różni się znacznie u poszczególnych osób, a więc sekwencja ta stanowi pierwszy przykład dużej części genomu, która może się drastycznie rozszerzać lub kurczyć.
Wykrycie bardziej szczegółowo, co robią geny na chromosomie 21, może być dobrodziejstwem dla badaczy medycznych. Mutacje w 14 znanych genach na chromosomie 21 odgrywają rolę w jednej z form choroby Alzheimera, stwardnieniu zanikowym bocznym i postępującej padaczce mioklonicznej, wśród innych chorób. Również na chromosomie 21 znajdują się geny, które są jeszcze niezidentyfikowane, ale wiadomo, że są odpowiedzialne za pięć tak zwanych zaburzeń monogenowych, w tym dwie formy głuchoty oraz zespoły Ushera i Knoblocha.
Może najbardziej znaczące, posiadanie trzeciej kopii chromosomu 21, lub trisomii 21, powoduje zespół Downa, który dotyka do jednego na 700 urodzeń i jest najczęstszą przyczyną upośledzenia umysłowego. Prawdopodobnie, ponieważ chromosom 21 ma tak mało genów, trisomia 21, w przeciwieństwie do wielu innych zaburzeń chromosomalnych, nie jest śmiertelna przed urodzeniem, a nawet w młodym wieku. Mimo to zespół Downa wiąże się z ponad 80 problemami fizycznymi i psychicznymi, w tym z wrodzoną chorobą serca, zwiększonym ryzykiem wystąpienia pewnych białaczek i niedoborami immunologicznymi.
Papier niesie dobre wieści dla naukowców mających nadzieję na wskazanie genów na chromosomie 21, które leżą u podstaw różnorodnych komplikacji zespołu Downa: regiony ludzkiego chromosomu 21 mają wiele wspólnego z kilkoma regionami mysich chromosomów 10, 16 i 17–regiony, które są nazywane konserwowanymi syntenami w obrębie gatunku. Ten wysoki stopień zachowania oznacza, że naukowcy mogą zacząć używać map myszy jako wskazówek. Lepsze sposoby zarządzania zespołem Downa mogą nie pojawić się od razu, ale jest to początek.