Сиддхартха Мукерджи – Ген. Очень личная история (страница 73)

Стратегия Вентера заключалась в расширении «фрагментарного» подхода, который он применял к работающим в мозге генам, – но с важным изменением. Теперь он собирался дробить бактериальный геном на миллионы частей, разрезая его во множестве случайных мест. Затем он должен был вразнобой секвенировать сотни тысяч из полученных фрагментов и, ориентируясь потом по перекрывающимся участкам, собрать все фрагменты в единый прочитанный геном. Возвращаясь к нашей аналогии с предложением, нужно было составить слово из следующих фрагментов: стру, укту, ура, трукт, тура. Компьютер мог бы, используя перекрывающиеся части, собрать слово целиком: структура.

Решение вопроса, таким образом, зависело от присутствия перекрывающихся последовательностей: если бы перекрытия не было или какой-то фрагмент выпал, собрать правильное слово не удалось бы. Но Вентер был уверен в том, что с помощью этого подхода сможет раздробить и пересобрать бо́льшую часть генома. Это была стратегия Шалтая-Болтая: вся королевская рать должна собрать пазл, воссоединив части разбитого целого. Эту технику чтения геномов, названную методом дробовика, Фредерик Сэнгер, изобретатель секвенирования, применил еще в 1980-х, но атака Вентера на геном Haemophilus стала самым амбициозным примером применения этого метода в его истории.

Вентер и Смит запустили проект по чтению генома гемофильной палочки зимой 1993 года. К июлю 1995-го они его завершили. «Перед публикацией финальной [статьи] нам понадобилось написать[861] 40 черновиков, – позже отмечал Вентер. – Мы знали, что статья станет исторической, и я настаивал на ее максимальном приближении к совершенству».

Это было чудо: генетик из Стэнфорда Люси Шапиро описывала, как сотрудники ее лаборатории не спали всю ночь, читая геном гемофильной палочки и «испытывая трепет от первого знакомства[862] с полным генетическим содержанием живого организма». Там были гены для производства энергии, гены для построения белков клеточной оболочки, гены для выработки прочих белков, для регуляции питания, для ускользания от иммунной системы… Сам Сэнгер написал Вентеру, обозначив эту работу «великолепной».

Пока Вентер секвенировал бактериальные геномы в TIGR, в проекте «Геном человека» происходили радикальные внутренние перемены. В 1993-м после череды ссор с главой НИЗ Уотсон покинул пост директора проекта. Его немедленно заменил Фрэнсис Коллинз, генетик из Мичигана, известный клонированием гена муковисцидоза в 1989-м.

Если бы геномный проект не нашел Коллинза в 1993-м, то был бы вынужден его изобрести: Коллинз, можно сказать, сверхъестественно подходил для решения специфических задач этой инициативы. Образцовый христианин из Вирджинии, умелый коммуникатор и администратор, первоклассный ученый, Коллинз был сдержанным, предусмотрительным и дипломатичным. Если Вентер напоминал маленькую яхту, яростно рассекающую волны наперекор ветрам, то Коллинз походил на трансокеанский лайнер, почти не замечающий бурление вокруг. В начале 1995-го, когда TIGR, рыча, несся вперед по геномному проекту Haemophilus, проект «Геном человека» сконцентрировал свои усилия на оттачивании основных технологий секвенирования. В противоположность стратегии TIGR, предполагавшей дробление генома на мелкие фрагменты, их клонирование, секвенирование случайно выбранных фрагментов из библиотеки клонов и пересборку последовательности в самом конце, подход «Генома человека» выглядел более упорядоченным: первым делом составление из фрагментов генома физической карты («кто за кем стоит») – с учетом идентичности и перекрываний фрагментов из клоновой библиотеки, – а затем уже последовательное секвенирование клонов.

Для ранних лидеров проекта «Геном человека» сборка «клон за клоном» была единственной осмысленной стратегией. Эрик Ландер, переквалифицировавшийся в биолога из математика и уже ставший экспертом по секвенированию, не принимал метод дробовика на уровне эстетического отвращения и благоволил идее полногеномного секвенирования отрезок за отрезком, которое напоминало ему решение алгебраической задачи. Его беспокоило, что следование стратегии Вентера неизбежно оставит в геноме пробелы. «Что будет, если вы возьмете слово[863], разобьете его на части, перемешаете их и попытаетесь восстановить слово? – спрашивал Ландер. – Это может получиться, если удастся найти каждую часть и все части будут перекрываться друг с другом. Но что, если некоторых букв будет недоставать?» Есть вероятность, что составленное из доступных букв слово по смыслу окажется даже противоположным исходному: что, если вы найдете только .лубок……. в слове глубокомыслие?

Участники международного общественного проекта также опасались ложного опьянения «недорезультатом»: если секвенаторы оставят за бортом, скажем, 10 % генома, полную его последовательность можно не узнать никогда. «Настоящим вызовом для проекта[864] „Геном человека“ было не начать секвенирование, а закончить его. <…> Если оставить дыры в геноме, но убедить себя в его завершенности, ни у кого не хватит терпения довести секвенирование до конца. Ученые поаплодируют, отряхнут руки, похлопают друг друга по спине и двинутся дальше. А черновик так и останется черновиком», – говорил потом Ландер.

Подход «клон за клоном» требовал больше денег, более серьезных вложений в инфраструктуру и одной вещи, которой, казалось, сильно не хватало исследователям генома: терпения. В МТИ Ландер собрал внушительную команду молодых ученых – математиков, химиков, инженеров – и группу 20-летних компьютерных хакеров, злоупотреблявших кофеином. Математик Филип Грин из Вашингтонского университета разрабатывал алгоритмы для методичного прочесывания генома. Британская команда, спонсируемая фондом Wellcome Trust, создавала собственные платформы для анализа и сборки последовательностей. Больше десятка групп по всему миру получали и сводили данные.

В мае 1998-го постоянно пребывавший в движении Вентер снова резко повернул против ветра. Хотя успешность работы по секвенированию методом дробовика не вызывала сомнений, Вентер все равно нервничал – из-за организационной структуры TIGR. Институт формально был странным гибридом – некоммерческим учреждением, гнездящимся внутри коммерческой компании под названием Human Genome Sciences[865] (HGS). Вентеру эта матрешкообразная система казалась нелепой, он беспрестанно спорил с руководством HGS и в конце концов решил обрубить свои связи с TIGR. Он основал еще одну компанию, которая должна была полностью сфокусироваться на секвенировании человеческого генома. Вентер назвал ее Celera, сократив слово accelerate[866].

За неделю до переломной встречи по проекту «Геном человека» в Колд-Спринг-Харбор Вентер встретил Коллинза в баре Red Carpet Lounge в вашингтонском аэропорту имени Даллеса. Celera тогда готовилась к беспрецедентному рывку – секвенировать геном человека методом дробовика, как прозаическим тоном объявил Вентер. Компания закупила 200 самых продвинутых секвенаторов и собиралась использовать их на износ, чтобы завершить чтение последовательности в рекордное время. Вентер согласился сделать большую часть информации общедоступной – но с угрожающей оговоркой: Celera будет стремиться к патентованию 300 важнейших генов, которые могут служить терапевтическими мишенями при таких болезнях, как рак груди, шизофрения и диабет. Он назвал крайне амбициозные сроки: Celera надеялась собрать полный геном человека к 2001 году, на четыре года раньше прогнозируемого дедлайна проекта «Геном человека», который оплачивался из бюджетов государств и общественных фондов. Вентер резко встал и улетел ближайшим рейсом в Калифорнию.

Подстегнутый к действию, Wellcome Trust удвоил финансирование общественного геномного проекта. Конгресс открыл шлюзы федерального финансирования, направив 60 миллионов долларов в виде грантов на секвенирование семи американским организациям. Мэйнард Олсон и Роберт Уотерстон выступили в роли стратегических руководителей и координаторов проекта и давали важнейшие советы по продолжению систематической сборки генома.

В декабре 1998 года триумфально[867] завершился проект «Геном червя». Джон Салстон, Роберт Уотерстон и другие исследователи, работавшие над проектом, объявили новость, что геном круглого червя C. elegans полностью прочитан с помощью подхода «клон за клоном» – того самого, что предпочли и для «Генома человека».

Если геном Haemophilus в 1995-м чуть не заставил генетиков пасть на колени от изумления, то геном червя – первая полная последовательность ДНК многоклеточного организма – уж точно заслуживал преклонения. Черви устроены гораздо сложнее гемофильной палочки и гораздо больше похожи на людей. У них есть рты, кишки, мышцы, нервная система – и даже простейшие мозги. Они двигаются, чего-то касаются, чувствуют. Они отворачивают голову от болевых раздражителей. Они общаются. Может быть, они ощущают что-то вроде червячной тревоги, когда у них заканчивается еда. Вероятно, они чувствуют мимолетный импульс удовольствия, когда спариваются.

У C. elegans обнаружили 18 891 белок-кодирующий ген[868], [869], и для 36 % их продуктов нашли похожих родственников среди белков человеческих. Примерно у 10 тысяч прочих генов не выявили никакого сходства с известными человеческими генами: либо они были уникальными для червей, либо, что гораздо вероятнее, служили ярким напоминанием о том, как мало мы знаем о собственных генах (и действительно, для многих из них позже найдут человеческие ортологи). Примечательно, что только 10 % генов червя были подобны каким-то бактериальным генам. Иными словами, 90 % генома нематоды были посвящены уникальным усложнениям строения организма, и это в очередной раз демонстрировало взрывное появление эволюционных новшеств, вылепивших многоклеточных созданий из одноклеточных предков несколько миллионов лет назад.