ДНК. История генетической революции - Джеймс Д. Уотсон

К счастью, Майкл Морган из Wellcome Trust смог активизировать реализацию публичного проекта всего через несколько дней после заявления Вентера, сообщив, что удвоит финансовую поддержку Сенгеровского центра, доведя общую сумму примерно до 350 миллионов долларов. Хотя время для заявления было выбрано так, как будто он стал прямой реакцией на выпад Вентера, на самом деле повышение финансирования к тому моменту уже обсуждалось в течение некоторого времени. Вскоре после этого Конгресс США также внес свой вклад в закрома некоммерческого проекта «Геном человека». Началась гонка за обладание прав на расшифрованный геном. Фактически с самого начала в ней намечались по меньшей мере два победителя. Во-первых, наука: реальная польза могла быть получена лишь путем сравнения полученных в разных лабораториях двух геномных последовательностей. Во-вторых, компания PRISM: ей предстояло продать еще множество секвенаторов, которых не было в большинстве лабораторий, занятых в некоммерческом проекте, и теперь они были вынуждены покупать их, чтобы не отстать от Вентера!

Язвительная перепалка между руководителями двух проектов – частного и некоммерческого – стала постоянной темой научных газетных публикаций в следующие пару лет. Такое препирательство дошло до крайности, так что президент Клинтон даже дал поручение своему научному консультанту: «Исправьте ситуацию… заставьте этих людей сотрудничать». Несмотря на трудности кооперации между двумя параллельными проектами, секвенирование продолжалось. Вентер продемонстрировал, что его «метод дробовика» может быть применен на достаточно крупном геноме, когда в союзе с фракцией ученых – исследователей генома дрозофилы он смог в начале 2000 года объявить о готовности представить черновой вариант генома дрозофилы. Однако в геноме дрозофилы содержится не так много повторяющихся фрагментов мусорной ДНК, и успех Celera в анализе этого генома никоим образом не гарантировал, что полногеномный метод дробовика успешно сработает и на человеческом геноме.

Никто с таким жаром не воспринял вызов, брошенный Celera, как Эрик Ландер. Именно он ратовал за практически полностью автоматизированный процесс секвенирования, где лаборантов заменят роботы, и именно он с таким запалом воплощал эту мечту в реальность. Из резюме Ландера следовало, что этот парень кое-что понимал в научном драйве. Мальчик из Бруклина зарекомендовал себя как математик-вундеркинд в манхэттенской старшей школе Стайвесанта. Он также выиграл первый приз на конкурсе компании Вестингауз по поиску юных талантов. Позже Ландер стал почетным спикером класса на вечере в Принстоне (‘78), после чего получил в Оксфорде степень PhD, куда поступил на стипендию Родса. Макартуровская премия для «гениев», присужденная ему в 1987 году, казалась практически избыточной. Кстати, его мать понятия не имела, как это вышло: «Мне нравится говорить, что это я как мать внесла свою лепту в гениальность сына, но это не так… скорее, это все-таки – удача».

Решив в конечном счете, что чистая математика – «отвлеченная и затворническая дисциплина», Эрик Ландер, уже успевший прослыть по стандартам этой области компанейским парнем, присоединился к гораздо более веселому коллективу Гарвардской школы бизнеса. Однако вскоре он всерьез увлекся биологией и отвлекся на труды своего младшего брата, нейрофизиолога. Вдохновившись, Ландер самостоятельно освоил биологию при свете луны на биофаках Гарварда и Массачусетского технологического института и чуть совсем не бросил свою основную работу в школе бизнеса: «Можно сказать, что я изучал молекулярную биологию на перекрестках, – признавался он, – но в тех краях было очень много хороших перекрестков». В 1990 году он стал профессором биологии и начал работать в здании на одном из этих перекрестков – в Институте Уайтхеда при Массачусетском технологическом институте.

Даже в так называемой большой пятерке, включавшей крупнейшие центры, участвовавшие в некоммерческом проекте по секвенированию генома человека: Сенгеровский центр, Центр секвенирования генома человека при Вашингтонском университете, Бэйлорский медицинский колледж и лабораторию Министерства энергетики в Уолнат-Крик, где именно лаборатория Ландера замыкала список, удалось проделать наибольший объем работы по секвенированию ДНК благодаря группе Ландера в Массачусетском технологическом институте, тем самым радикально ускорить производительность труда на финише и максимально быстро подготовить черновой вариант генома. Семнадцатого ноября 1999 года некоммерческий проект отпраздновал секвенирование миллиардной пары оснований – гуанина. Всего четыре месяца спустя, 9 марта 2000 года, отсеквенировали двухмиллиардное основание – тимин. Большая пятерка работала ударно. Поскольку Celera пользовалась результатами, полученными в ходе реализации некоммерческого проекта, которые немедленно выкладывались в интернет, а теперь лились сплошным потоком, Вентер наконец тоже ускорился – ведь фактически Celera пришлось секвенировать вдвое меньше оснований, чем планировалось изначально.

Секвенирование ДНК в режиме поточного производства: в Институте Уайтхеда при Массачусетском технологическом институте наладили международную альтернативу проекту Вентера и компании Celera

Пока СМИ писали, что гонка между некоммерческим и частным проектом достигла кульминации, за линией «фронта» все больше внимания уделялось вычислительным мощностям: ученые корпели за компьютерами. Именно они должны были извлечь информацию из грубо отсеквенированных последовательностей А, Т, Г и Ц. Перед ними стояли две основные задачи. Во-первых, надо было собрать окончательную и полную последовательность из множества имевшихся у них фрагментов. Многие части генома были отсеквенированы многократно, поэтому требовалось отсортировать объем информации размером в несколько геномов – составить из него единую каноническую последовательность генов. С точки зрения информационных технологий это была колоссальная работа. Во-вторых, нужно было определить, «что есть что» в этой окончательной последовательности и, самое главное, где какие гены находятся. Вычленение компонентов генома, то есть искусство отличать одну последовательность А, Ц, Г и Т, в которой находится молекулярный мусор, от другой, кодирующей белок, требовало исключительно интенсивной вычислительной работы.

За компьютерную обработку в компании Celera отвечал Джин Майерс, ученый-информатик, который всеми руками и ногами ратовал за полногеномный метод дробовика. Вместе с Джеймсом Уэбером из Маршфилдского медицинского исследовательского фонда в Висконсине они предложили задействовать систему полногеномного секвенирования (WGS) в некоммерческом проекте, еще когда Celera Corporation не была создана. Джин Майерс видел в использовании современных молекулярных технологий как повод для личной гордости, так и общественную целесообразность.

При создании генетической карты были установлены последовательности расположения генетических маркеров (в этом качестве использовали различные полиморфные локусы ДНК, то есть наследуемые вариации в структуре ДНК) по длине всех хромосом с определенной плотностью, то есть на достаточно близком расстоянии друг от друга. Наличие таких ориентиров уже не делало задачу по сборке последовательности, поставленную в некоммерческом проекте, столь неподъемной, как вариант Майерса (метод полногеномного секвенирования (WGS) никаких маркеров не предполагал). При окончательном анализе Celera пользовалась данными о картировании, бывшими в доступе в GenBank в рамках некоммерческого проекта. Проблема заключалась в том, что при слепом подсчете маркерных участков была существенно недооценена их роль. Все это говорит о том, насколько сложна была с технической точки зрения задача построения генетической карты. В то время как Celera подключила к проведению исследований компьютерные технологии, некоммерческий проект сосредоточился на ускорении процесса секвенирования. Лишь на самом последнем этапе лидеры некоммерческого проекта осознали, что, хотя у них на тот момент уже имелась карта генов, они все равно были похожи на того папашу из анекдота, который в сочельник, перед Рождеством, таращится на разобранный велосипед и не знает, что и куда прикрутить. Дату готовности (и сборки) «примерного плана» назначили на конец июня. Однако в начале мая некоммерческий проект вообще не располагал никакими реальными инструментами для систематизации всех полученных ими последовательностей. «Deus ex machina» принял весьма странный облик, представ перед ними в виде аспиранта из Калифорнийского университета в Санта-Крусе.