25 років після завершення Human Genome Project – наукові здобутки, сучасні виклики та перспективи розвитку геноміки

  • О. А. Обухова Сумський державний університет, Навчально-науковий медичний інститут, Україна, 40007, м. Суми, вул. Харківська, 116 https://orcid.org/0000-0002-2104-8412
  • М. О. Ластовець Сумський державний університет, Навчально-науковий медичний інститут, Україна, 40007, м. Суми, вул. Харківська, 116 https://orcid.org/0009-0002-6502-6407
  • В. О. Босенко Сумський державний університет, Навчально-науковий медичний інститут, Україна, 40007, м. Суми, вул. Харківська, 116 https://orcid.org/0009-0005-3818-8058
DOI: https://doi.org/10.7124/FEEO.v38.1802
Ключові слова: геном людини, постгеномна ера, генетична варіабельність, епігенетика, прецизійна медицина, фармакогеноміка

Анотація

Мета. Аналіз геному людини відкрив нову еру біомедичних досліджень, у якій інтеграція молекулярних і технологічних підходів визначає розвиток охорони здоров’я. Метою роботи є узагальнення сучасних досягнень геноміки через 25 років після завершення «Human Genome Project» та визначення ключових наукових і клінічних напрямів розвитку постгеномної ери. Методи. Проведено аналітичний огляд літературних джерел, результатів геномних, епігеномних і біоінформатичних досліджень, а також узагальнення даних щодо їх клінічного впровадження. Результати. Показано перехід від описового етапу дослідження геному до функціональної та прикладної геноміки після первинного секвенування. Встановлено важливу роль некодуючих ділянок геному у регуляції експресії генів, організації хроматину та формуванні генетичної варіабельності. Охарактеризовано значення однонуклеотидних поліморфізмів, структурних варіацій і полігенних ризикових індексів у розвитку спадкових і багатофакторних захворювань. Висвітлено внесок фармакогеноміки, геномного профілювання пухлин, епігенетичних механізмів і технологій редагування геному у розвиток персоналізованої медицини. Окрему увагу приділено етичним аспектам використання генетичної інформації, зокрема конфіденційності та доступності геномних технологій. Висновки. Геноміка трансформувалася з фундаментальної дисципліни у практичний інструмент клінічної медицини, заклавши підґрунтя для розвитку прецизійної, превентивної та прогностичної медицини.

Посилання

Barker D. J. The fetal and infant origins of adult disease. BMJ. 1990. Vol. 17, 301 (6761). P. 1111. https://doi.org/10.1136/bmj.301.6761.1111.

Doroshow D. B., Doroshow J. H. Genomics and the History of Precision Oncology. Surgical Oncology Clinics. 2020. Vol. 29, No 1. P. 35–49. https://doi.org/10.1016/j.soc.2019.08.003.

Doudna J. A., Charpentier E. The new frontier of genome editing. Science. 2014. Vol. 367 (6483). Р. 1077. https://doi.org/10.1126/science.1258096.

Esteller M. Non-coding RNAs in human disease. Nature Reviews Genetics. 2011. Vol. 12. P. 861–874. https://doi.org/10.1038/nrg3074.

Greely H. T. CRISPR'd babies: human germline genome editing in the 'He Jiankui affair'. Journal Of Law And The Biosciences. 2019. Vol. 6 (1). P. 111–183. https://doi.org/10.1093/jlb/lsz010.

Horvath S. DNA methylation age of human tissues and cell types. Genome Biology. 2013. Vol. 14 (10). P. 115. https://doi.org/10.1186/gb-2013-14-10-r115.

Isakova D. N., Kolomeichuk S. N., Petrova Yu. A., Lyapina M. V., Troshina I. A., Voronin K. A., Petrov I. M. Association of polymorphic variants of TCF7L2 and PPARG genes with metabolic markers in patients with early disorders of carbohydrate metabolism. Bulletin of Experimental Biology and Medicine. 2017. Vol. 163 (6). Р. 759–763. https://doi.org/10.1007/s10517-017-3868-y.

Johnson K. B., Wei W. Q., Weeraratne D., Frisse M. E., Misulis K., Rhee K., Zhao J., Snowdon J. L. Precision Medicine, AI, and the Future of Personalized Health Care. Clinical and Translational Science. 2021. Vol. 14 (1). P. 86–93. https://doi.org/10.1111/cts.12884.

Jones K. M., Cook-Deegan R., Rotimi C. N., Callier S. L., Bentley A. R. The human genome at 20. Science. 2021. Vol. 5, 371 (6529). P. 564–569. https://doi.org/10.1126/science.abg5266.

Jones P. A., Baylin S. B. The fundamental role of epigenetic events in cancer. Nature Reviews Genetics. 2002. Vol. 3 (6). P. 415–428. https://doi.org/10.1038/nrg816.

Lee C. R., Luzum J. A., Sangkuhl K., Gammal R. S., Sabatine M. S., Stein C. M., Kisor D. F., Limdi N. A., Lee Y. M., Scott S. A., Hulot J.-S., Roden D. M., Gaedigk A., Caudle K. E., Klein T. E., Johnson J. A., Shuldiner A. R. Clinical pharmacogenetics implementation consortium guideline for CYP2C19 genotype and clopidogrel therapy. Clinical Pharmacology and Therapeutics. 2022. Vol. 112 (5). P. 959–967. https://doi.org/10.1002/cpt.2526.

Mahajan A., Taliun D., Thurner M., Robertson N. R., Torres J. M., Rayner N. W., Payne A. J., Steinthorsdottir V., Scott R. A., Grarup N., Cook J. P., Schmidt E. M., Wuttke M., Sarnowski C., Mägi R., Nano J., Gieger C., Trompet S., Lecoeur C., Preuss M. H., Prins B. P., Guo X., Bielak L. F., Below J. E., McCarthy M. I. Fine-mapping type 2 diabetes loci to single-variant resolution using high-density imputation and islet-specific epigenome maps. Nature Genetics. 2018. Vol. 50 (11). Р. 1505–1513. https://doi.org/10.1038/s41588-018-0241-6.

Mani S., Lalani S. R., Pammi M. Genomics and multiomics in the age of precision medicine. Pediatric Research. 2025. Vol. 97. P. 1399–1410. https://doi.org/10.1038/s41390-025-04021-0.

Mattick S. J. The Functional genomics of noncoding RNA. Science. 2005. Vol. 309 (5740). P. 1527–1528. https://doi.org/10.1126/science.1117806.

Miga K. H., Koren S., Rhie A., Vollger M. R., Gershman A., Bzikadze A., Brooks S., Howe E., Porubsky D., Logsdon G. A., Schneider V. A., Potapova T., Wood J., Chow W., Armstrong J., Fredrickson J., Pak E., Tigyi K., Kremitzki M., Markovic C., Maduro V., Dutra A., Bouffard G. G., Chang A. M., Hansen N. F., Wilfert A. B., Thibaud-Nissen F., Schmitt A. D., Belton J.-M., Selvaraj S., Dennis M. Y., Soto D. C., Sahasrabudhe R., Kaya G., Quick J., Loman N. J., Holmes N., Loose M., Surti U., Risques R. A., Graves Lindsay T. A., Fulton R., Hall I., Paten B., Howe K., Timp W., Young A., Mullikin J. C., Pevzner P. A., Gerton J. L., Sullivan B. A., Eichler E. E., Phillippy A. M. Telomere-to-telomere assembly of a complete human X chromosome. Nature. 2020. Vol. 585. P. 79–84. https://doi.org/10.1038/s41586-020-2547-7.

O’Connor O., McVeigh T. P. Increasing use of artificial intelligence in genomic medicine for cancer care- the promise and potential pitfalls. BJC Reports. 2025. Vol. 3. P. 20. https://doi.org/10.1038/s44276-025-00135-4.

Pegoraro G., Misteli T. The central role of chromatin maintenance in aging. Aging. Albany NY. 2009. Vol. 1 (12). P. 1017–1022. https://doi.org/10.18632/aging.100106.

Portillo-Ledesma S., Chung S., Hoffman J., Schlick T. Regulation of chromatin architecture by transcription factor binding. bio-Rxiv. 2024. https://doi.org/10.7554/eLife.91320.

Privacy and Progress in Whole Genome Sequencing. Presidential Commission for the Study of Bioethical Issues. Washington, DC, 2012. 160 p.

Schizophrenia Working Group of the Psychiatric Genomics Consortium. Biological insights from 108 schizophrenia-associated genetic loci. Nature. 2014. Vol. 24, 511 (7510). P. 421–427. https://doi.org/10.1038/nature13595.

Showpnil I. A., Hernandez Gonzalez M. E., Ramadesikan S., Marhabaie M., Daley A., Dublin-Ryan L., Pastore M. T., Gu-rusamy U., Hunter J. M., Stone B. S., Bartholomew D. W., Manickam K., Miller A. R., Wilson R. K., Stottmann R. W., Koboldt D. C. Long-read genome sequencing resolves complex genomic rearrangements in rare genetic syndromes. NPJ Genomic Medicine. 2024. Vol. 9. P. 66. https://doi.org/10.1038/s41525-024-00454-4.

The ENCODE Project Consortium, Moore J. E., Purcaro M. J., Pratt H. E., Epstein C. B., Shoresh N., Adrian J., Kawli T., Davis C. A., Dobin A., Kaul R., Halow J., Van Nostrand E. L., Freese P., Gorkin D. U., Shen Y., He Y., Mackiewicz M., Pauli-Behn F., Williams B. A., Mortazavi A., Keller C. A., Zhang X.-O., Elhajjajy S. I., Huey J., Dickel D. E., Snetkova V., Wei X., Wang X., Rivera-Mulia J. C., Rozowsky J., Zhang J., Chhetri S. B., Zhang J., Victorsen A., White K. P., Visel A., Yeo G. W., Burge C. B., Lécuyer E., Gilbert D. M., Dekker J., Rinn J., Mendenhall E. M., Ecker J. R., Kellis M., Klein R. J., Noble W. S., Kundaje A., Guigó R., Farnham P. J., Cherry J. M., Myers R. M., Ren B., Graveley B. R., Gerstein M. B., Pennacchio L. A., Snyder M. P., Bernstein B. E., Wold B., Hardison R. C., Gingeras T. R., Stamatoyannopoulos J. A., Weng Z. Expanded encyclopaedias of DNA elements in the human and mouse genomes. Nature. 2020. Vol. 583. P. 699–710. https://doi.org/10.1038/s41586-020-2493-4.

The Human Genome Project. National Human Genome Research Institute. Retrieved from: https://www.genome.gov/human-genome-project.

Tomazou E. M., Meissner A. Epigenetic regulation of pluripotency. Advances in Experimental Medicine and Biology. 2010. Vol. 695. P. 26–40. https://doi.org/10.1007/978-1-4419-7037-4_3.

Waddington C. H. The epigenotype. 1942. International Journal of Epidemiology. 2012. Vol. 41 (1). P. 10–13. https://doi.org/10.1093/ije/dyr184.