Мальчик, который не переставал расти… и другие истории про гены и людей - Эдвин Кёрк

Не прошло и 12 лет, как первоначальный замысел воплотился в действительность. Но в первую половину этого срока, с точки зрения стороннего наблюдателя, не было почти никаких подвижек. В 1990 г. завершение проекта планировали на 2005 г., но с учетом того, что, как правило, государственные проекты никогда не укладываются в сроки и в бюджет, мало кто из непосвященных воспринял этот план всерьез. На 1994 г. основным достижением проекта стала… более подробная карта. Новая карта генома содержала 5840 маркеров вместо 407, теперь геном был плотно усеян ими. Не бог весть какое достижение в глазах неспециалистов, но оно стало решающим шагом на пути к расшифровке генома. И в ознаменование грядущих успехов оно было обнародовано на год раньше, чем ожидалось.

С самого начала проект «Геном человека» представлял собой международное предприятие, в котором участвовали ученые со всего мира. Президентом Международной организации по изучению генома человека (хотя и не руководителем самого проекта) некоторое время был австралиец Грант Сазерленд. Первым руководителем проекта стал Джеймс Уотсон (да, тот самый). В 1992 г. он ушел в отставку, и после кратковременного перерыва руководство перешло к Фрэнсису Коллинзу, который довел проект до конца.

Самим секвенированием занимались более 20 институтов из шести стран — США, Великобритании, Японии, Франции, Германии и Китая. Каждому из них была поручена своя часть работы. Среди неамериканских организаций самый крупный вклад принадлежит Институту Сэнгера в Кембридже, названному, естественно, в честь Фреда Сэнгера. Сэнгеровский центр (ныне Институт Сэнгера, финансируемый фондом Wellcome Trust) секвенировал почти треть человеческого генома. На их долю среди прочего (часть задания они получили параллельно с другими институтами) достались хромосомы 1, 6, 9, 10, 11, 13, 20, 22 и X. Проект набирал скорость, словно летящий под гору паровоз. Лишь в 1999 г. была опубликована полная расшифровка нуклеотидной последовательности человеческой хромосомы (22-й). В сентябре 1999 г., более чем десятилетие спустя после запуска проекта, вышел пресс-релиз, раструбивший о завершении секвенирования ДНК-последовательности из 821 млн нуклеотидов. Половина этой расшифровки была пока предварительной, и оставалось определить последовательность еще свыше 2 млрд нуклеотидов, чтобы достигнуть цели проекта. Но к июню следующего года работа продвинулась уже настолько, что президент Клинтон и премьер Блэр могли объявить об успехе.

Участники проекта «Геном человека» использовали логичный, надежный подход к секвенированию генома — переход от известных участков к неизвестным. Но у них был конкурент — Джон Крейг Вентер, своего рода Илон Маск в геномике, предложивший совершенно иной подход. Вентер решил применить «метод дробовика».

Крейг Вентер — блестящий ученый с предпринимательской жилкой. Однако в школе он отнюдь не блистал и по окончании учебы мог похвалиться успехами не столько в науке, сколько в серфинге; затем был призван в армию и служил во флоте США во время войны во Вьетнаме. Опыт, пережитый им в полевом госпитале, оставил в его душе неизгладимый след, и после демобилизации Вентер занялся изучением медицины, но позже переключился на научные исследования. Он стал выдающимся ученым, однако в период работы в Национальном институте здравоохранения оказался замешан в скандальной попытке запатентовать гены, а потом ушел оттуда в частный сектор, где тоже преуспел. Будучи первым президентом корпорации Celera, Вентер решил потягаться с проектом «Геном человека», для чего обратился к отвергнутому участниками проекта «методу дробовика». По этому методу геном разбивают на много маленьких кусочков, их секвенируют, а затем собирают, как огромную мозаику.

Допустим, вы провели секвенирование и получили три следующих фрагмента:

При наличии достаточных вычислительных мощностей можно сложить эти кусочки вместе, вот таким образом:

* Еще одна неслучайно выбранная последовательность — из гена NKX2–5, о котором шла речь в моей диссертации. Есть и другая причина, по которой он один из моих любимых. В генетике животных, и в особенности в генетике мух, с придумыванием названий дело всегда обстояло лучше, чем в генетике человека. Ген NKX2–5 играет важную роль в развитии человеческого сердца. У мух нет настоящего сердца — у них, по сути, просто трубка, которая сокращается, однако имеется ген, очень похожий на NKX2–5. Когда он был обнаружен, выяснилось, что у мух, у которых он отсутствует, сердечная трубка вообще не развивается. Знаете, как назвали мушиный ген? Tinman, то есть Железный Дровосек.

Первый отрезок перекрывается со вторым, а второй — с третьим. Без второго вы бы никак не смогли связать первый и третий. Но если непрерывно разбивать и секвенировать, разбивать и секвенировать, в конце концов вы получите достаточно перекрывающихся кусочков, чтобы сложить все целиком. Компания Celera добилась поистине впечатляющего успеха, применив именно этот метод. Бросив вызов 20 институтам в шести странах и Министерству энергетики США, Celera вышла на финишную прямую ноздря в ноздрю с проектом «Геном человека», финансируемым государством, — именно поэтому Вентер в тот день выступал вместе с Коллинзом в Белом доме.

У Celera было одно существенное преимущество перед проектом «Геном человека» — доступ ко всем данным последнего. С самого начала одним из фундаментальных принципов проекта «Геном человека» стал открытый доступ к полученным данным, что определило современные нормы, принятые в биомедицинских науках.

Вы можете задаться вопросом, какие выгоды компания Celera рассчитывала получить от этой затеи. Первоначально планировалось расшифровывать и патентовать генетические последовательности. Компания подала предварительные заявки на патенты на 6500 последовательностей, но в конце концов не закончила этот процесс и тоже открыла свои данные для всеобщего доступа (в частности, прислала нам тот диск, и не ее вина, что мы не смогли в нем разобраться).

С самого начала предполагалось, что «референсный» геном будет представлять собой мозаику из геномов разных людей. В проект привлекли добровольцев, живших по соседству с 20 центрами секвенирования. Их личные данные не записывались, и лишь небольшая доля собранных образцов была на практике использована для секвенирования, поэтому остается неизвестным, чья именно ДНК вошла в состав «референсной». Современная версия «референсного» генома, с которой мы работаем, постоянно уточняется и пополняется благодаря новым данным, полученным от большого числа разных людей, — это лоскутное одеяло, состоящее из множества кусочков неодинакового размера. Компания Celera сделала примерно то же, хотя ее выборка, возможно, была менее случайной. Всего был задействован 21 донор. За исключением возраста, пола и этнического происхождения (указанного со слов самих доноров), никакие данные о них не фиксировались. Добровольцы сдали по 130 мл крови (чуть более четверти пинты — достаточно, чтобы изобразить живописную сцену преступления). Мужчины также сдали пять образцов спермы, собранных в течение шести недель (раздел статьи, опубликованной компанией Celera в журнале Science, где описываются используемые методы, необычайно занимателен). Из 21 добровольца для секвенирования были отобраны всего пятеро: двое мужчин и три женщины, из них один — афроамериканского происхождения, один — китайского, один — латиноамериканского, а также два европеоида.