ДНК. История генетической революции - Джеймс Д. Уотсон

Хью Мартин, первый гендиректор и основатель PacBio, побился о заклад, что к 2013 году будет секвенировать человеческий геном за 15 минут. Он и близко не подошел к решению этой проблемы, поскольку секвенатор, применявшийся в компании, напоминал саркофаг и весил почти тонну, а продажи на первом этапе шли отчаянно медленно. Тем не менее по мере совершенствования технологии PacBio удавалось считывать все более и более длинные отрезки ДНК – в некоторых случаях по 50–60 тысяч оснований, а именно такие фрагменты удобно сшивать при окончательной сборке генома. Более того, компания предполагает найти рынок сбыта для своих технологий в зарождающейся отрасли – эпигенетике. В компании планируют использовать изменения кинетических показателей полимеризации ДНК и, опираясь на полученные результаты, обнаруживать химически помеченные нуклеотиды. В 2015 году появилась информация о новой версии секвенатора с очень удачным названием Sequel, который стоит всего 350 тысяч долларов и может параллельно обрабатывать до миллиона одномолекулярных реакций. С его помощью можно в полном объеме и очень точно отсеквенировать геном человека всего за 10–20 тысяч долларов.

Важнейшее деловое событие в области новых технологий секвенирования произошло в 2007 году, когда компания Illumnia из Сан-Диего приобрела Solexa за 650 миллионов долларов. На тот момент Illumnia была активно развивающейся генно-инженерной компанией, отвоевавшей у Affymetrix львиную долю на рынке биологических микрочипов, однако ей не хватало коммерческой технологии секвенирования ДНК. Пилотные модели настольных приборов-секвенаторов от Solexa только начинали поступать в крупнейшие геномные центры: Сенгеровский институт фонда Wellcome Trust в Кембридже в Великобритании и в Броудовский институт в Кембридже, штат Массачусетс. Вскоре логотип Solexa, красовавшийся на этих аппаратах, сменился на логотип Illumnia. Один ведущий ученый из Life Technologies – эта компания являлась одним из основных конкурентов Illumnia – был настолько раздосадован сделкой с Сенгеровским институтом, что даже написал жалобу в Палату лордов британского парламента, потребовав расследовать дело и намекая, что здесь не обошлось без коммерческого сговора.

К концу 2008 года – спустя шесть месяцев после того, как информацию о моем геноме опубликовали в Nature, – у Illumnia не осталось сомнений в том, что именно их компания обладает более выигрышной технологией секвенирования. В одном из выпусков Nature были опубликованы три исследовательские статьи, описывавшие секвенирование геномов от трех разных людей. Статья специалистов из Вашингтонского университета в Сент-Луисе рассказывала о секвенировании первого генома онкобольного; группа китайских ученых из Пекинского института геномики (ПИГ) впервые секвенировала геном монголоида; компания Illumnia описала секвенирование генома анонимного африканского мужчины, снискав заслуженное признание ученых из Solexa, которые неотступно и целенаправленно разрабатывали эту технологию в течение предшествующего десятилетия. На тот момент секвенирование человеческого генома по-прежнему обходилось дороже 500 тысяч долларов. Тем не менее это было вдвое дешевле стоимости секвенирования моего генома. Никогда ранее в одном номере научного журнала не публиковалось нескольких работ о нескольких человеческих геномах. Уже просматривались перспективы секвенирования сотен, если не тысяч, различных человеческих геномов – некоторые секвенировались бы исходя из медицинской необходимости, а другие – из чистого любопытства.

Секвенирование путем синтеза молекулы ДНК: схематическое изображение метода секвенирования ДНК, изобретенного в компании Solexa и впоследствии доработанного в компании Illumnia. Молекулы ДНК прикрепляются к подложке и амплифицируются. Нуклеотиды, помеченные флуоресцентными веществами – каждое основание своим цветом, пропускаются через участки ДНК и связываются с теми основаниями, которые им комплементарны. На снимке заметно местоположение всех встроившихся флуоресцентных оснований. После того как краситель будет удален химическим путем, цикл повторяется (обычно выполняется 100–200 таких циклов). Из последовательностей распознанных оснований в каждом кластере ДНК выстраивается вся последовательность генома

Сравнительные показатели основных коммерческих платформ для секвенирования нового поколения (по состоянию на 2016 год)

Стоит ли говорить, что идея персонального секвенирования генома привлекает далеко не только горстку самых состоятельных людей, даже если с научной точки зрения такой проект сравним с приобретением персонализированного автомобильного номера. Джордж Чёрч из Гарвардской медицинской школы – ученый-генетик и ярый сторонник секвенирования – основал компанию Knome, которая собралась зарабатывать именно на таких «особых клиентах» персональной генетики. Первым из этой компании стал швейцарский топ-менеджер из биотехнологической отрасли Дэн Стоическу, заплативший 350 тысяч долларов за то, что ему окажут особую честь: его ДНК будет интерпретирована командой светил медицины и биоинформатики. Он сообщил газете New York Times, что собирается изучить свой геном – записанный на фирменной флешке компании – не менее внимательно, чем разбирал бы инвестиционный портфель.

Ходили слухи, что среди первых клиентов компании Knome был и кто-то из членов британской королевской семьи. Открыто сообщалось, что секвенирование генома заказывал Оззи Осборн – вокалист Black Sabbath и известная звезда телевизионных реалити-шоу. Главный инженер компании Knome по интерпретации геномов Натан Пирсон летал в Великобританию, чтобы лично вручить Осборну результаты секвенирования в его шикарном имении в Букингемшире. Однако секрет долголетия звезды хэви-метал по-прежнему остается тайной, зашифрованной в его геноме. В 2010 году компания Illumnia также начала предоставлять подобные услуги со стартовой ценой 50 тысяч долларов за геном. Генеральный директор компании Джей Флэтли заказал секвенирование собственного генома и предсказал, что вскоре самые обычные люди будут разглядывать собственные геномные последовательности в приложениях для смартфонов и планшетов. Актриса Гленн Клоуз, активно пропагандирующая благотворительную помощь душевнобольным, также выразила желание секвенировать свой геном. Среди первых претендентов на секвенирование был топ-менеджер биотехнологической компании Solexa – Джон Уэст, организовавший вхождение Solexa в состав Illumnia. Уэст также оплатил секвенирование генома своей жены и двух детей-подростков, пытаясь выяснить семейную предрасположенность к таким заболеваниям, как тромбоз глубоких вен, а через пару лет опубликовал подробный анализ этой информации. Предлагая услуги по персонализированной геномике, Флэтли принял важное стратегическое решение. Опасаясь возмутить Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов (FDA), которое могло воспротивиться прямому «обращению к клиентам», он рассудил, что все испытуемые должны перед секвенированием пройти медицинское обследование и получить направление врачей на исследование своего генома. В результате появились первые рекомендации на персональное секвенирование генома. Сегодня Illumnia проводит по всему миру конференции «Узнай свой геном», посетители которых могут за несколько тысяч долларов получить полную информацию о собственном геноме и ее предварительную медицинскую интерпретацию.