Книга Мой неповторимый геном - Лона Франк

Список организмов, уже прошедших через манипуляцию генами, весьма обширен. Известна разновидность земляники, «накачанной» антифризными белками; их кодирует ген, заимствованный у глубоководных рыб. Гены белков паутинных нитей, включенные в дрожжевые клетки, прекрасно справляются с выработкой этой нежнейшей пряжи, из которой можно получать сверхпрочные эластичные материалы. В массовом количестве выращивают прекрасные елки к рождеству, крепкие и здоровые; цветкам придают невиданную окраску. Обычные аквариумные рыбки обзаводятся геном какой-нибудь особенно красивой медузы и начинают светиться зеленым светом. В геном свиней встраивают ген человека, ассоциированный с каким-либо заболеванием (например, болезнью Альцгеймера), и используют этих животных в качестве моделей в поисках способов лечения.

Манипулирование генами — одна магистральная линия сегодняшних генетических исследований, картирование генома — другая. Человек как существо разумное всегда был одержим идеей как-то упорядочить все формы земной жизни — он описывал их, сравнивал, устанавливал степень взаимного родства. Сегодня основой такого рода классификации стала генетика. Раскрывая тайны генома одного организма за другим, она позволяет создать исчерпывающую базу генетических данных всего живого.

Сначала это были мельчайшие формы жизни — вирусы, которые на самом деле и организмами назвать можно лишь с натяжкой: это особого рода паразиты, состоящие практически из голого генетического материала. Затем очередь дошла до «настоящих» организмов, от бактерий и грибов до растений и животных — почти четыре тысячи видов на каждой ступеньке эволюционной лестницы, включая Homo sapiens.

«Самая замечательная карта из всех, когда-либо составленных человеком, — это карта собственного генома».[9] Сумасшедшая на первый взгляд идея ее построения возникла в 1980-х годах в умах самых прозорливых генетиков того времени — они понимали, какой мощный инструмент обретет человечество в познании тайн живого и поисках способов борьбы с различными недугами. Технически задача казалась трудноразрешимой, и чтобы все-таки с ней справиться, был создан межнациональный консорциум под названием «Проект “Геном человека”». Одним из тех, кто стоял у руля, был Джеймс Уотсон, авторитетнейший человек в научном мире. Цель проекта заключалась в составлении нуклеотидной последовательности всей геномной ДНК человека, написании «энциклопедии» нашего организма от А до Я. Официально реализация проекта началась в 1990 году, а завершить ее предполагалось через 15 лет.

Несколько лет спокойной работы не предвещали никаких сюрпризов. Генетики из Института Сенгера в Кембридже (Англия), Национальных институтов здравоохранения (США), из других лабораторий по всему миру разрабатывали каждый свою «золотую жилу». И вдруг спокойствие было нарушено. Американец Дж. Крейг Вентер и его коллеги из компании Celera выступили с заявлением, что они секвенируют геном человека быстрее и с меньшими затратами, чем группа академических ученых. В городе Роквилл, штат Мэриленд, Вентер построил настоящую секвенирующую фабрику, оснастив ее современнейшим оборудованием для считывания ДНК и суперкомпьютерами, которые совместными усилиями собирали сложнейший генетический пазл. Инициатива Вентера была встречена в штыки. В заголовках газетных статей ее автора называли не иначе как самозванцем, а старик Уотсон, как всегда категоричный, даже сравнил его с Гитлером[10].

В конце концов компания Celera и руководители проекта «Геном человека» пришли к соглашению об обмене данными. Это сотрудничество позволило составить первый вариант карты генома человека уже в 2001 году, на четыре года раньше запланированного срока. Событие вызвало бурю эмоций. Президент США Билл Клинтон и премьер-министр Великобритании Тони Блэр выступили по телевизору с заявлением, что написана «Книга жизни».

Но «книга» оказалась с сюрпризом. Содержательного текста в ней хватило всего на несколько «страниц». Ожидалось, что геном человека будет содержать сотни тысяч генов, а их в черновом варианте обнаружилось всего 20–30 тысяч — примерно 2 % генома: это похоже на длинную нитку бус с вкрапленными кое-где жемчужинами. И эти генные «жемчужины» разделяют нуклеотидные цепочки огромной длины, которые не кодируют никаких белков. Выходит, 98 % генома — набор элементов с совершенно непонятными функциями!

Сами гены — это сегменты ДНК со стоп- и старт-кодонами, обрамленные последовательностями, которые участвуют в регуляции активности генов. Их можно сравнить с акселераторами, которые в соответствии с потребностями клетки ускоряют или замедляют синтез РНК. Но регуляторные участки не настолько протяженны, чтобы заполнить все белые пятна в геноме, которые ученые образно прозвали «хламом», «мусором». Некоторые области «темной материи» — пожалуй, это более пристойное название для того, чего мы пока просто не знаем, — всего лишь «кладбище вирусов», останки пестрой толпы безбилетных пассажиров, которые в незапамятные времена проникли в клетки человека и утратили способность вызывать заболевания. На их долю приходится примерно 8 % генома.

Другая часть «мусора», однако, совсем не мусор и такого названия вообще-то не заслуживает. В полной мере ее функции пока не установлены, но по крайней мере часть ее элементов кодирует короткие одноцепочечные РНК, на которых белки не синтезируются, но которые играют важную роль в регуляции активности генов.

Итак, генетический материал от нескольких сотен анонимных добровольцев, сотни тысяч человеко-часов и 4 миллиарда долларов все вместе произвели на свет первую генетическую карту человечества. Технологический прогресс позволяет теперь многократно ускорить секвенирование и существенно удешевить его. Сегодня все происходит гораздо быстрее, чем предсказывает закон Мура, согласно которому число транзисторов, размещаемых на кристалле интегральной схемы, удваивается каждые полтора года. За период между 1999 и 2009 годами стоимость процедуры уменьшилась в целых 14 тысяч раз, и в 2010-м, почти через 10 лет после того, как был получен черновой вариант генома человека, такие компании, как Illumina или Complete Genomics, запрашивали за всё про всё 6 тысяч долларов. Работу выполнит за сутки один секвенатор.

Помимо всего прочего, проект «Геном человека» создал множество «точек роста» для генно-промышленных комплексов. Как только общие очертания новой области знаний стали ясны, в полную силу заработала международная «машина открытий». Сегодня интересы молекулярных генетиков сместились в сторону выявления индивидуальных особенностей геномов. Ученые намерены составить каталог всех различий в наших ДНК, потому что именно это и определяет нашу индивидуальность.

Компания HapMap специализируется на выявлении различий между большими популяциями, традиционно называемыми расами. Чтобы выяснить, коррелирует ли классифицирование их по группам с генетическими особенностями, HapMap картировал геномы членов пяти основных этнических групп. В результате на свет появился первый каталог локализации точковых мутаций — замена одного азотистого основания в геноме другим. Эти мутации распространены так широко, что за ними даже закрепилось особое сокращение — snip, от SNP — полиморфизм однонуклеотидных замен. По имеющимся оценкам, в геноме человека их примерно 15 миллионов, хотя достоверно идентифицировано и внесено в каталог всего 3 миллиона.