233 primaters arvsmassa ger insikter om evolution, mänskliga sjukdomar och biologisk mångfald

I ett specialnummer av tidskriften Science presenteras studier där forskare från 24 olika länder jämfört genomen från över två hundra arter av primater. Resultaten utgör den mest kompletta katalogen av genomisk information för primater någonsin. Forskare vid Uppsala universitet har bidragit till arbetet som bland annat ger nya insikter i genetiska orsaker till mänskliga sjukdomar.

Den nya forskningsstudien kombinerar genomsekvenser från över 800 individer från 233 primatarter – nästan hälften av alla existerande primatarter på jorden – med studier av fossila lämningar, och fyrdubblar antalet tillgängliga primatgenom. Studien ger ny information om primaters genetiska mångfald och fylogeni (hypotes om släktskap), vilket är viktigt för att förstå och bevara den biologiska mångfalden hos de arter som ligger närmast vår egen.

Genom att jämföra genomen från de över två hundra arterna med människan, har forskarna identifierat 4,3 miljoner vanliga mutationer som påverkar sammansättningen av aminosyror och kan förändra funktionen hos proteiner, vilket leder till många mänskliga sjukdomar.

Nya insikter om primaters evolution och vad som gör människan unik

Den nya datauppsättningen innehåller information om primater från Asien, Amerika, Afrika och Madagaskar. Katalogen har gjort det möjligt för forskargruppen att producera ett evolutionärt träd av primater för att förbättra förståelsen av deras evolutionära historia, och det har gett viktiga insikter om vad som gör oss till människor.

− Vi kan lära oss mycket om den evolutionära vägen som gjorde oss till människor genom att studera våra närmaste släktingar. Många primatarter är hotade av utrotning, så att förstå hur de skiljer sig åt i genetisk mångfald och förekomsten av skadliga mutationer är avgörande för deras framtida bevarande, säger Katerina Guschanski, forskare verksam vid Uppsala universitet och University of Edinburgh.

Dessa studier har också visat att genetiken hos primater inte alltid överensstämmer med deras taxonomi. Teamet hittade flera fall där relationer mellan primatarter inte följer ett enkelt grenträd och som troligen är ett resulterat från genflöde som hände för länge sedan.

− Primaternas oerhörda mångfald, som kan studeras med detta unika dataset, visar hur komplex evolutionen kan vara. Arter kan separera och mötas igen för att utbyta gener som kan vara viktiga för deras överlevnad, säger Axel Jensen, doktorand vid Uppsala universitet som bidragit till studien.

Slutligen har den nya genomiska katalogen halverat antalet genomiska innovationer som ansågs vara unika för människan. Denna observation underlättar identifieringen av de mutationer som inte delas med andra primater och som kan vara grunden för de egenskaper som gör oss till människor.

− Vi är alltid väldigt nyfikna på vår egen art – människan. Det är dock viktigt att komma ihåg att varje art som lever idag är lika unik som människan är. Det producerade datasetet kommer att möjliggöra framtida studier av exakt vad som gör de icke-mänskliga primaterna unika, betonar Katerina Guschanski.

Sällsynta missense-mutationer kan öka risken för sjukdom

Mutationer som leder till att det protein som genen kodar för ändras kallas för missense-mutationer, och kan ha negativ påverkan på hälsan. En av begränsningarna för mänsklig och klinisk genetik är den nuvarande oförmågan att, bland hundratusentals sådana mutationer, upptäcka de som orsakar sjukdomar. För närvarande är de genetiska orsakerna till många vanliga sjukdomar, såsom diabetes och hjärtsjukdomar, okända, antingen på grund av bristen på genetisk information eller på grund av det stora antalet genetiska faktorer som är involverade. Vissa sjukdomar tros uppstå när en uppsättning genetiska variationer eller mutationer med en ”lindrig” effekt samverkar för att orsaka en sjukdom av polygent ursprung, som diabetes eller cancer.

− Sex procent av de 4,3 miljoner missense-mutationer som identifierats är vanliga hos primater och anses därför vara ”potentiellt godartade” vid mänskliga sjukdomar, med tanke på att deras närvaro tolereras i dessa djur”, säger Kyle Farh, vicepresident för artificiell intelligens på forskningsföretaget Illumina.

Identifieringen av sjukdomsorsakande mutationer har klarats av tack vare djupinlärningsalgoritmen PrimateAI-3D. PrimateAI-3D är en artificiell intelligens-algoritm utvecklad av Illumina, ett ledande företag inom DNA-sekvensering, och är en slags ChatGPT för genetik som använder genomsekvens istället för mänskligt språk.

Forskningen bakom de nya studierna leddes av Tomàs Marquès- Bonet, ICREA-forskare vid IBE (CSIC-UPF) och professor i genetik vid Pompeu Fabra University (UPF), Kyle Farh (Illumina) och Jeffrey Rogers (Baylor College of Medicine), med bidrag från ett internationellt team av forskare, inklusive forskare vid Uppsala universitet.

Referenser:

Kuderna, L.F.K et al., ‘A global catalog of whole-genome diversity from 233 primate species’ Science. May, 2023. DOI: 10.1126/science.abn7829

Gao, H, et al., ‘The landscape of tolerated genetic variation in humans and primates’ Science. May 2023. DOI: 10.1126/science.abn8197

För mer information kontakta:

Katerina Guschanski, forskare vid institutionen för ekologi och genetik, Uppsala universitet, samt vid University of Edinburgh, tel: 073-8922197, e-post: katerina.guschanski@ebc.uu.se

Axel Jensen, doktorand vid institutionen för ekologi och genetik, Uppsala universitet, tel: 0702-842083, e-post: axel.jensen@ebc.uu.se