ДНК. История генетической революции - Джеймс Д. Уотсон

К середине 1990-х годов, когда было выполнено первичное картирование человеческого генома, а технологии секвенирования быстро развивались, пришло время заглянуть в саму суть взаимодействий А, Ц, Г и Т – приступить к этапу секвенирования. Придерживаясь плана, в самом начале обозначенного комитетом Национальной академии наук, мы первым делом подступились к «тренировочным» организмам – для начала к бактериям, а затем и к более высокоорганизованным существам с более сложными геномами. Примитивный червь-нематода, C. elegans, был первым серьезным небактериальным «пациентом», и секвенирование его генома стало блестящим совместным достижением Джона Салстона из британского Сенгеровского центра и Боба Уотерсона из Вашингтонского университета; это был великолепный образчик международного сотрудничества. Последовательность генома червя была опубликована в декабре 1998 года – все 97 миллионов пар оснований. Такой червь не крупнее запятой на этой странице и состоит из фиксированного числа клеток (959)[13]; тем не менее у него примерно 20 тысяч генов.

Сначала казалось, что Джон Салстон плохо подходит на роль руководителя крупного научного проекта. Большую часть профессиональной карьеры он провел, уставившись в микроскоп, чтобы подробнейшим образом, во всех деталях, описать развитие червя – клетка за клеткой. Салстон был бородат и добросердечен, родился в семье англиканского викария и являлся убежденным социалистом: он страстно верил, что между бизнесом и человеческим геномом не может быть ничего общего. Как и Френсис Коллинз, Салстон обожал мотоциклы: он привык курсировать на своем байке с объемом двигателя 550 см³от дома близ Кембриджа до Сенгеровского центра. Так и продолжалось до тех пор, пока проект «Геном человека» не заработал в полную силу, а как раз набирал обороты, и Джон Салстон не попал в серьезное ДТП, где получил тяжелые травмы, а сам мотоцикл, как он выразился, «едва ли можно было собрать по винтику». Представители фонда Wellcome Trust, финансировавшего Сенгеровский центр, в ужасе узнали, что научный руководитель проекта каждое утро рискует жизнью, добираясь на работу. «И это после того, как мы вложили столько денег в этого типа!» – жаловалась Бриджет Огилви, бывшая в ту пору директором фонда.

Боб Уотерсон, американский партнер Салстона, получил диплом инженера в Принстоне и употребил свою инженерную подготовку и сноровку в руководстве крупным центром по секвенированию в Вашингтонском университете в Сент-Луисе. Уотерсон умел экстраполировать – начинать с малого и заканчивать великим. В свое время он любил сопровождать дочь на пробежке, пристрастился к бегу и к настоящему времени уже стал опытным марафонцем. За первый год работы его группа отсеквенировала всего сорок тысяч пар оснований в геноме червя, но всего через пару лет работа пошла «стахановскими темпами», и Уотерсон одним из первых стал призывать ученых к тотальному секвенированию человеческого генома.

Международное сотрудничество. Вверху: британские и американские ученые первыми полностью секвенировали геном многоклеточного организма – червя-нематоды C. elegans. Внизу: руководители проекта Боб Уотерсон и Джон Салстон решили отдохнуть

В то самое время, когда члены международного проекта «Геном человека» начали пробовать секвенировать живые организмы, примериваясь к большому, вся отрасль содрогнулась от настоящего молекулярно-биологического землетрясения.

Дела у Крейга Вентера и TIGR шли нормально. После нескольких лет оттачивания стратегии обнаружения генов на кДНК Вентер заинтересовался секвенированием цельных геномов. Он был убежден, что и на этом поле его подход окажется наилучшим. Сотрудники проекта «Геном человека» тщательно картировали различные фрагменты ДНК на хромосомах, прежде чем их секвенировать. Таким образом, мы уже знали, что фрагмент A прилегает к фрагменту B, могли отыскивать между ними пересекающиеся участки и связывать их в окончательную последовательность. Вентер предпочел «полногеномный метод дробовика» (WGS), при котором первичное картирование не проводилось: просто рубили геном на фрагменты случайной длины, заливали все эти последовательности в секвенатор и дожидались, чтобы машина расставила их в правильном порядке, ориентируясь на перекрывающиеся участки и не располагая никакой исходной информацией об их местоположении. Вентер и его группа в TIGR показали, что такой грубый метод на самом деле работоспособен, как минимум при работе с простыми геномами. В 1995 году они опубликовали первую расшифрованную последовательность бактериального генома, принадлежащего Haemophilus influenzae, полученную именно таким методом.

Однако оставалось невыясненным, применим ли метод WGS в случае крупных и сложных геномов, например генома человека, который примерно в тысячу раз больше бактериального. Проблема заключалась в наличии повторяющихся фрагментов: в разных частях генома попадались идентичные участки, и эта проблема, в принципе, могла оказаться роковой при секвенировании методом дробовика. Такие повторы вполне могли запутать даже самый изощренный компьютерный алгоритм. Так, если повтор встречается во фрагментах A и P, то компьютер может случайно поставить A перед Q, а не перед B – туда, где он на самом деле должен быть. Сотрудники проекта «Геном человека», в свою очередь, обсуждали такой сценарий, размышляя, не прибегнуть ли и им к методу дробовика. Опираясь на тщательные вычисления Фила Грина из Сиэтла, консорциум пришел к выводу о том, что такая работа, вероятно, не увенчается успехом из-за огромного числа длинных дублирующихся последовательностей в мусорной ДНК.

В январе 1998 года Майк Хункапиллер из ABI, создатель машин-секвенаторов, пригласил Вентера опробовать свою новую модель секвенатора PRISM 3700. Аппарат впечатлил Вентера, но он даже вообразить не мог, что последует дальше. Хункапиллер предложил Вентеру сформировать новую компанию, которая бы подчинялась Perkin-Elmer (головной компании ABI) и получала с ее стороны средства на секвенирование генома человека. Вентера ничуть не смущала перспектива забросить TIGR – его отношения с Хэзелтайном из HGS давно испортились. Поэтому он, не теряя времени, основал новую фирму, впоследствии названную Celera Genomics. Девиз компании звучал так: «Скорость прежде всего. Открытия не могут ждать». В планах компании было секвенировать весь геном человека полногеномным методом дробовика, соорудив поточную линию из 300 новых машин Хункапиллера и самого мощного кластера компьютеров за пределами Пентагона. Проект должен был быть реализован за два года и обойтись в 200–500 миллионов долларов.

Сенсационная новость была опубликована в New York Times в мае 1998 года, как раз перед тем, как руководители будущего названного «некоммерческим» (в противовес частному) проекта «Геном человека» собрались в лаборатории Колд-Спринг-Харбор. Мягко говоря, эти новости были восприняты прохладно. На глобальный некоммерческий проект уже потратили примерно 1,9 миллиарда долларов денег налогоплательщиков, а теперь Times пишет, что мы за эти деньги не можем предъявить обществу ничего, кроме мышиного генома, а у Вентера уже вытанцовывается священный грааль – геном человека. В данном случае особенно раздражало, что Вентер надругался над так называемыми бермудскими принципами. В 1996 году прошла конференция участников проекта «Геном человека» на Бермудских островах – Вентер там присутствовал. На конференции было решено, что данные о секвенировании должны выкладываться в открытый доступ сразу же после того, как будут получены. Все мы сошлись во мнении, что последовательность генома должна быть общественным достоянием. Впоследствии Вентер радикально изменил свое мнение: он заявил, что будет придерживать новые данные о секвенировании в течение трех месяцев, продавая лицензии фармацевтическим компаниям и другим организациям, всерьез намеренным купить эти данные для «предпросмотра».