ДНК. История генетической революции - Джеймс Д. Уотсон

Для тех групп, которые взялись за «прицельное» картирование человеческого генома, – это были ученые из Бостона, Айовы, Юты и Франции – на первых и, безусловно, важнейших этапах требовалось найти генетические маркеры, те места, где одни и те же фрагменты ДНК, взятые у двух различных особей, отличались на одну или более пар оснований. Такие различающиеся сайты послужили бы ориентирами и помогли скоординировать работу над геномом. Вскоре французской группе под руководством Дэниэла Коэна и Жана Вессанбаша в Genethon, институте геномных исследований (по объему выполняемых исследований этот институт больше напоминал фабрику) при финансировании Французской ассоциации по борьбе с мышечной дистрофией, удалось построить пробные карты генома. Подобно благотворительной медицинской организации Wellcome Trust, расположенной через Ла-Манш, французская благотворительная организация по борьбе с мышечной дистрофией частично компенсировала недостаточную финансовую поддержку государства.

Когда на последнем этапе потребовалось подробное физическое картирование с использованием векторных систем, основанных на искусственных хромосомах бактерий – BAC (bacterial artificial chromosome), решением этой задачи занималась группа Джона Макферсона из Вашингтонского университета в Сент-Луисе.

По мере того как проект «Геном человека» набирал обороты, продолжались дискуссии о том, каким образом его лучше всего реализовывать дальше. Некоторые ученые указывали, что значительная часть генома человека состоит из так называемой мусорной ДНК – участков, которые, по-видимому, ничего не кодируют. Действительно, на гены, или участки, которые кодируют белки, приходится лишь небольшая часть всей двойной спирали. Почему же тогда, спрашивали критики, мы должны секвенировать весь геном, зачем возиться с этим мусором? В научном мире существовал и другой подход, позволяющий «дешево и сердито» картировать кодирующие гены в геноме с использованием фермента обратной транскриптазы, катализирующей синтез ДНК на матрице РНК в процессе, называемом обратной транскрипцией. Эта технология описана нами в главе 5. Очищаем образец мРНК (кодирующую соответствующий генный продукт: белок, РНК) и проводим с ней в качестве матрицы обратную транскрипцию транспортной РНК из ткани любого типа: так, например, если образец взят из тканей или клеток мозга, мы получим образец РНК со всеми генами, которые экспрессируются в мозге. Затем при помощи обратной транскриптазы делаем копии ДНК (так называемой комплементарной ДНК) этих генов и эту ДНК потом можем секвенировать.

Однако такой подход – «дешево и сердито» – это не всегда способ решения проблемы в целом. Как мы уже знаем (и позже об этом еще поговорим), многие интереснейшие фрагменты генома лежат за пределами генов и образуют управляющие механизмы, которые включают и выключают гены. Например, в только что описанном случае с анализом кДНК из мозговой ткани мы получим обзор генов, включающихся в мозге, но не поймем, как именно они включаются: крайне важные регуляторные области ДНК не транскрибируются в РНК ферментом РНК-полимеразой, копирующим участок ДНК в транспортную РНК.

Сидней Бреннер, работавший в относительно скудно финансируемом Совете по медицинским исследованиям (MRC) в Великобритании, первым применил метод с использованием комплементарной ДНК (кДНК) для обнаружения и клонирования генов эукариот в прокариотных генах. кДНК – это ДНК, синтезированная на матрице зрелой мРНК в реакции, катализируемой обратной транскриптазой. Располагая ограниченным бюджетом на исследования, он выяснил, что секвенирование кДНК – наиболее экономически эффективный вариант расходования имевшейся у него суммы. Совет по медицинским исследованиям, решивший извлечь коммерческую выгоду из отсеквенированных последовательностей, запретил Бреннеру публикацию этой информации, пока британские фармацевтические компании не смогли воспользоваться ею для собственного обогащения.

Крейг Вентер, наведавшись в лабораторию к Сиднею Бреннеру, был впечатлен столь искусной стратегией с применением кДНК. Он не могдождаться, когда наконец сможет вернуться в свою лабораторию Национальных институтов здравоохранения близ Вашингтона, округ Колумбия; там он одним из первых с энтузиазмом продвигал технологии автоматизированного секвенирования ДНК. Поэтому он решил сам опробовать метод Бреннера и создать коллекцию новых генов. Отсеквенировав даже небольшую часть каждого из них, Вентер смог определить наличие новых, еще не описанных генов. В июне 1991 года он опубликовал в журнале Science эпохальную статью, в которой рассказал, что ему предположительно удалось идентифицировать 337 новых генов, основываясь на их сходстве с известными генами из баз данных ДНК. Тогда Вентер впервые оказался в «огнях рампы» на сцене геномики и с тех пор уже никогда ее не покидал. Официальный представитель Национальных институтов здравоохранения убеждал его подать патенты на эти новые гены, хотя механизм их действия Вентеру был неизвестен. Через год, применив технику кДНК на большом объеме материала, Вентер добавил в список еще 2421 последовательность и вот теперь уже отправил свои результаты в патентное бюро.

Я считаю, что сама мысль вслепую патентовать последовательности, даже не зная, как они работают, «не лезет ни в какие ворота». Всегда хочется задать вопрос: что именно ты защищаешь? Поступок Вентера можно расценивать как заблаговременную финансовую претензию на подлинно бессмысленное открытие, которое, возможно, уже успел сделать кто-нибудь еще. Я поделился моими опасениями с ведущими специалистами Национальных институтов здравоохранения, но безрезультатно. При этом упорное стремление агентства потворствовать такой практике – позднее организация от такой политики отказалась – означало, что моя карьера бюрократа на государственной службе постепенно подходит к концу. Я испытывал смешанные чувства, когда Бернадин Хили, глава Национальных институтов здравоохранения, в 1992 году вынудила меня уволиться. Четырех лет в вашингтонском душном пекле бюрократии мне хватило надолго. Однако важнее всего для меня было то, что к моменту моего ухода проект «Геном человека» уже давно набрал крейсерскую скорость.

Тяга Вентера к коммерческим перспективам патентования генома по частям лишь подогрела его аппетит. Однако Вентер хотел усидеть на двух стульях одновременно: остаться членом академического сообщества, где можно было свободно обмениваться информацией, а зарплаты были невысоки, и закрепиться в сфере бизнеса, где открытия можно было скрывать до выправления патента, а уже патент затем – монетизировать. Заручившись помощью своего замечательного патрона, венчурного капиталиста Уоллеса Стейнберга (изобретателя зубной щетки Reach), Крейг Вентер воплотил свою мечту в 1992 году. Стейнберг выделил 70 миллионов долларов на обустройство не одной, а целых двух организаций: некоммерческого Института генетических исследований (The Institute for Genomic Research, TIGR), возглавить который предстояло Вентеру, а также дочерней компании Human Genome Sciences – ею должен был руководить молекулярный биолог Уильям Хэзлтайн, обладавший деловой хваткой. Предполагалось, что система будет работать так: исследовательский центр расположится в Institute for Genomic Research – там будут проводиться большинство исследований по идентификации генов, поточное производство последовательностей кДНК, а Human Genome Sciences останется бизнес-подразделением, которое станет систематизировать данные, полученные в TIGR, в течение полугода и лишь затем их публиковать. Исключение составляли открытия, которые потенциально могли бы стать основой для разработки новых лекарственных средств, – в таком случае HGS получала на рассмотрение таких данных целый год.