Дикие гены - Хельга Хофман-Зибер

Это просто поразительно. Естественно, долгое время мы исходили из того, что количество генетического материала отражает сложность живого организма, то есть у бактерии – маленький геном, у лягушки – побольше, а у человека, являющегося венцом творения, – самый большой. Но, как оказалось, у Homo sapiens далеко не самый большой геном. Мы можем претендовать на первое место только в номинациях «огромное эго» и «завышенная самооценка». По объему наш наследственный материал мало чем отличается от других млекопитающих, а обладателем абсолютного рекорда является мраморный протоптер, относящийся к отряду двоякодышащих, геном которого в 40 раз больше, чем у человека.

Это тяжелый удар, и нанесла его примитивная рыба, которая с незапамятных времен практически не меняется. Какой вывод можно из этого сделать? Наша теория была неправильной. Величина – не самое главное. Возможно, все дело в том, что можно сделать из генома. В этом-то люди наверняка находятся на лидирующих позициях!

Но сколько у нас всего генов? И как они выглядят? Подобные вопросы опять-таки мог бы задать тот самый настырный дядечка из племени. Первая попытка оценить величину человеческого генома была сделана в 1964 году, и ученые получили невероятную цифру – 6,7 миллиона генов, что их сильно озадачило. В течение двух последующих десятилетий, когда они несколько лучше узнали структуру генов, это количество сократилось примерно до 100 тысяч. В середине 1980-х годов некоторые исследователи задумались о том, чтобы полностью расшифровать последовательность человеческой ДНК. В ходе этой работы планировалось идентифицировать и все гены. В первых рядах был ученый, которого вы уже знаете как первооткрывателя двойной спирали ДНК, – Джеймс Уотсон.

Но как подойти к этому проекту? Уотсон выступал за то, чтобы читать наследственный материал как приключенческий роман, – от начала до конца, не пропуская ни захватывающих эпизодов, ни скучных и длинных описаний ландшафта, от которых даже у видавших виды географов слезы на глаза наворачиваются. Ему нужно было все сразу. Ведь речь шла о нашем геноме, нашей биологической идентичности. Но не все коллеги были в восторге от подобной идеи. Многие считали, что к этой работе надо подходить как к экранизации романа, где основное внимание уделяется ярким моментам, в частности последовательностям, кодирующим производство белков. Такой метод будет интересен и с медицинской, и с финансовой точек зрения. Конечно, он экономит время и силы, но выигрыш в научном плане при этом снижается. Ведь те области генома, которые на первый взгляд не представляют никакого интереса, могут содержать в себе вещи, о которых мы даже не догадывались.

В конце концов верх одержали сторонники приключенческого романа, и все принялись за планирование монументального проекта. Предполагалось, что он станет самым крупным в истории биологии. В нем должны были участвовать сотни исследователей из различных институтов США (а затем и многих других стран).

В 1990 году был окончательно дан зеленый свет, и проект «Геном человека» официально стартовал под руководством Джеймса Уотсона. Мир в радостном ожидании и нетерпении размахивал разноцветными флажками. Но в первое время, точнее говоря в течение первых нескольких лет, вообще ничего не происходило. Конечно, проект был очень амбициозным. Самые большие расшифрованные к тому времени геномы принадлежали крошечным вирусам и состояли из нескольких тысяч пар оснований. Теперь же на очереди был человек с его 3,2 миллиарда пар оснований. Это можно было сравнить с покорением Эвереста. Как и в случае с высочайшей горой, здесь требовалось долгосрочное планирование. Сначала необходимо было усовершенствовать методику расшифровки последовательностей, создать базы данных, написать программы для их обработки. Нужна была карта, позволяющая ориентироваться в человеческом геноме, потому что только так можно было выяснить, в какое место генома определить найденную последовательность. Лишь после этого можно было приступать собственно к расшифровке генома. В целом проект был рассчитан на 15 лет, и на него был выделен бюджет в размере 3 миллиардов долларов.

Одним из биохимиков, которого не устраивали слишком медленные темпы работы, был доктор Крейг Вентер из Национальных институтов здравоохранения (НИЗ), ставших штаб-квартирой проекта. Вентер изучал нейротрансмиттеры – сигнальные вещества, передающие возбуждение от одной нервной клетки другой. К тому времени он уже два года безуспешно искал соответствующие гены на одном из участков 19-й хромосомы и считал, что ход работ необходимо ускорить.

Решение проблемы пришло к нему во время ночного полета на самолете над Тихим океаном: а что, если попытаться искать последовательность генов нейротрансмиттеров не на необъятных просторах всего генома в целом, а в молекуле мРНК, с помощью которой строится клетка, то есть в последовательностях, которые действительно содержат информацию о белках? Правда, чтобы добраться до интересующих последовательностей, необходимо было перевести РНК в ДНК, но это не представляло проблемы, поскольку такая методика была разработана уже в семидесятые годы. Затем нужно было отделить друг от друга переведенные по-разному фрагменты, но и это было технически осуществимо. А потом надо было просто исследовать одну последовательность за другой. Короче говоря, этот замысел мог сработать. За такую идею стоило выпить двойной томатный сок – со льдом!

Спустя несколько месяцев, в 1991 году, Вентер и его сотрудники опубликовали информацию о своем новом методе в журнале Science. В приложении к статье демонстрировались найденные с его помощью 600 последовательностей, которые имели отношение к производству белков человека. Метод получил название экспрессированной маркерной последовательности (EST – Expressed Sequence Tags). Правда, эти последовательности содержали в себе не весь план строительства – исследователи не стали себя этим утруждать, – но новые данные выглядели впечатляюще: 337 последовательностей оказались совершенно новыми. Вентер одним махом увеличил количество известных к тому времени 3 тысяч человеческих генов более чем на 10 процентов.