ДНК. История генетической революции - Джеймс Д. Уотсон

Звали его Джим Кент, и с виду он походил на рокера из Grateful Dead. Он занимался программированием с тех самых пор, как появились компьютеры, разрабатывал код для графических и анимационных программ, но затем решил пойти в аспирантуру и заняться биоинформатикой – новой дисциплиной, посвященной анализу ДНК и белковых последовательностей.

Джим Кент задействовал сотню персональных компьютеров и собрал «рабочий вариант» генома для некоммерческого проекта

Он осознал, что завязывает с коммерческим программированием, когда получил от Microsoft увесистый пакет из 12 CD для разработки программ под Windows 95. Слова самого Джима Кента были такими: «Я подумал, что весь геном человека уместился бы всего на одном диске, причем он не стал бы изменяться каждые три месяца». В мае он уже был уверен, что справится с широко обсуждавшейся на тот момент задачей анализа и систематизации генома, и убедил родной университет, чтобы ему «одолжили» на время сотню компьютеров, закупленных для учебных целей. Затем он на четыре недели погрузился в разработку программного обеспечения для решения задачи. По ночам даже массировал запястья, чтобы их не сводило судорогой от долгой работы на компьютере, а сам день за днем «ваял» генетический код. Крайним сроком было 26 июня – именно на эту дату приходился анонс чернового варианта генома. Дописав программу, Кент запустил в работу всю сотню компьютеров, и 22 июня эта компьютерная «орда» справилась с проблемой построения генома для некоммерческого проекта. Майерс в Celera уложился в еще более сжатые сроки: он завершил свою сборку в ночь на 25 июня.

Затем наступило 26 июня 2000 года. Билл Клинтон в Белом доме и Тони Блэр на Даунинг-стрит, 10, одновременно объявили, что первый черновой вариант человеческого генома готов. Все решили, что результатом соревнования по расшифровке генома стала ничья, и поэтому честь победителя также была разделена пополам. К счастью, соперники смогли преодолеть свои амбиции – по крайней мере на одно утро. Клинтон изрек: «Сегодня мы начинаем понимать язык, на котором Господь написал книгу жизни… Обладая этими глубокими новыми знаниями, человечество вот-вот обретет безграничную, новую силу исцеления». Великие слова о грандиозном событии. Невозможно было не испытывать гордости за достижение, которое в прессе сравнивали с первой посадкой «Аполлона» на Луну, даже несмотря на то что «официальная» дата триумфа казалась немного притянутой. Секвенирование было еще не закончено, и прошло еще почти восемь месяцев, прежде чем одновременно вышли две научные статьи, резюмирующие информацию о геноме. Некоммерческий проект опубликовал свою работу в Nature, а Вентер и его коллеги из Celera – в Science. Было высказано предположение о том, что дату 26 июня назначили, ориентируясь не на готовность проекта «Геном человека», а на рабочий график президента Клинтона и премьера Блэра.

За шиком и блеском приема в Белом доме совершенно потерялся тот факт, что торжество устроили по поводу всего лишь чернового варианта генома человека. Оставалось еще немало работы. В полной мере удалось завершить лишь секвенирование двух самых маленьких хромосом, 21 и 22, – и эту информацию сразу опубликовали. Но даже в случае расшифровки генома этих хромосом невозможно было похвастаться непрерывными последовательностями – «от одного конца молекулы к другому». Что же касается других хромосом – некоторые просто пестрели пробелами. Коллинз с коллегами осознавали, что могут пройти годы, а возможно, и десятилетия, прежде чем будут секвенированы все основания, поэтому проект «Геном человека» даже при всем желании нельзя было назвать завершенным. В апреле 2003 года они заполнили большинство пробелов в геноме и выстроили точную «практически полную» последовательность. Таким образом, геном был отсеквенирован минимум на 95 % с погрешностью не более одной ошибки на 10 тысяч оснований. Неслучайно анонс подгадали к полувековой годовщине с момента выхода нашей с Френсисом Криком статьи о двойной спирали, опубликованной в журнале Nature. Френсис Коллинз гордо отметил, что проект «Геном человека» закончен досрочно и с профицитом бюджета.

26 июня 2000 года. Крейг Вентер (слева) и Френсис Коллинз (справа), получившие черновой вариант генома, заключили перемирие, вместе купаясь в лучах славы рядом с президентом Биллом Клинтоном

На выходе из Белого дома: я с Эриком Ландером (Уайтхед, Массачусетский технологический институт), Ричардом Гиббсом (Бэйлор, Хьюстон), Бобом Уотерсоном и Риком Уилсоном (Вашингтонский университет, Сент-Луис)

Одним из тех, благодаря кому международной команде молекулярных биологов, занимающихся проблемой секвенирования, удалось преодолеть заключительные преграды, был Рик Уилсон, грубоватый добряк со Среднего Запада, сменивший Боба Уотерсона на посту руководителя в центре секвенирования в Вашингтонском университете. Все предприятие зависело от контроля качества, поэтому на каждую хромосому был назначен координатор, который должен был наблюдать за общим ходом работ и гарантировать, что работа в его зоне ответственности соответствует общей специфике проекта. Иногда возникали сбои в работе, например в одну из позиций в базе данных генома человека каким-то образом вкралась часть генома риса. Но проведение процедур менеджмента качества на всех этапах работы помогло надежно избавляться от таких инородных включений.

За десять лет, минувших с того момента, как мы имели честь заявить, что проект «Геном человека» завершен, ученые продолжали изучать тайны генома, образно говоря, «рассматривали его под микроскопом», как археологи, которые каторжно трудятся, просеивая породу и каталогизируя ее шихты в поисках заветных исторических артефактов. Эталонная последовательность, полученная в рамках некоммерческого проекта, остается драгоценной основой всех нынешних и дальнейших разработок. Уже после многолетнего тщательного анализа – завершилось несколько крупных международных проектов, построенных на тех же принципах командной работы и свободного обмена данными, которые были закреплены в проекте «Геном человека», – мы гораздо лучше представляем себе общую генетическую вариативность в различных популяциях. Уже построена трехмерная карта генома, заключенная в клеточном ядре; с каждым годом мы все полнее понимаем функциональные элементы этой последовательности и сопутствующие химические модификации, управляющие включением и отключением генов. Все эти открытия стали возможны благодаря драматичным успехам в технологии секвенирования ДНК, позволившим менее чем за десять лет повысить производительность нашего труда в миллион раз.

Проект «Геном человека» стал эпохальным достижением, но это была всего лишь одна эталонная последовательность – геном-мозаика, собранный из кусочков, взятых примерно от двадцати волонтеров, откликнувшихся на объявление в газете города Буффало, где предлагалось сдать образцы ДНК. Эти образцы стали базовым материалом в заключительной части проекта «Геном человека». Тот факт, что выбор пал на город Буффало, может показаться немного курьезным, но именно там жил Питер де Йонг, молекулярный генетик из Голландии, работающий в институте Росуэлл-Парк и широко признанный как ведущий эксперт по созданию библиотек искусственных бактериальных хромосом; именно его исследования подготовили почву для секвенирования ДНК. Мы так и не узнали, кто именно был волонтером и сдал свой биоматериал для создания эталонного генома, но анализ, проведенный в Институте Броуда Дэвидом Джаффе и его коллегами, показал, что там есть существенная афроамериканская составляющая. Эталонный геном стал основой, своеобразным контуром, как в раскраске «нарисуй картинку по точкам»; отталкиваясь от нее, другие исследователи стали вычерчивать практически бесконечно разнообразные иные последовательности человеческого генома – с севера на юг и с востока на запад.