ДНК. История генетической революции

К середине 1990-х годов, когда было выполнено первичное картирование человеческого генома, а технологии секвенирования быстро развивались, пришло время заглянуть в саму суть взаимодействий А, Ц, Г и Т – приступить к этапу секвенирования. Придерживаясь плана, в самом начале обозначенного комитетом Национальной академии наук, мы первым делом подступились к «тренировочным» организмам – для начала к бактериям, а затем и к более высокоорганизованным существам с более сложными геномами. Примитивный червь-нематода, C. elegans, был первым серьезным небактериальным «пациентом», и секвенирование его генома стало блестящим совместным достижением Джона Салстона из британского Сенгеровского центра и Боба Уотерсона из Вашингтонского университета; это был великолепный образчик международного сотрудничества. Последовательность генома червя была опубликована в декабре 1998 года – все 97 миллионов пар оснований. Такой червь не крупнее запятой на этой странице и состоит из фиксированного числа клеток (959)[13]; тем не менее у него примерно 20 тысяч генов.

Сначала казалось, что Джон Салстон плохо подходит на роль руководителя крупного научного проекта. Большую часть профессиональной карьеры он провел, уставившись в микроскоп, чтобы подробнейшим образом, во всех деталях, описать развитие червя – клетка за клеткой. Салстон был бородат и добросердечен, родился в семье англиканского викария и являлся убежденным социалистом: он страстно верил, что между бизнесом и человеческим геномом не может быть ничего общего. Как и Френсис Коллинз, Салстон обожал мотоциклы: он привык курсировать на своем байке с объемом двигателя 550 см³от дома близ Кембриджа до Сенгеровского центра. Так и продолжалось до тех пор, пока проект «Геном человека» не заработал в полную силу, а как раз набирал обороты, и Джон Салстон не попал в серьезное ДТП, где получил тяжелые травмы, а сам мотоцикл, как он выразился, «едва ли можно было собрать по винтику». Представители фонда Wellcome Trust, финансировавшего Сенгеровский центр, в ужасе узнали, что научный руководитель проекта каждое утро рискует жизнью, добираясь на работу. «И это после того, как мы вложили столько денег в этого типа!» – жаловалась Бриджет Огилви, бывшая в ту пору директором фонда.

Боб Уотерсон, американский партнер Салстона, получил диплом инженера в Принстоне и употребил свою инженерную подготовку и сноровку в руководстве крупным центром по секвенированию в Вашингтонском университете в Сент-Луисе. Уотерсон умел экстраполировать – начинать с малого и заканчивать великим. В свое время он любил сопровождать дочь на пробежке, пристрастился к бегу и к настоящему времени уже стал опытным марафонцем. За первый год работы его группа отсеквенировала всего сорок тысяч пар оснований в геноме червя, но всего через пару лет работа пошла «стахановскими темпами», и Уотерсон одним из первых стал призывать ученых к тотальному секвенированию человеческого генома.

Международное сотрудничество. Вверху: британские и американские ученые первыми полностью секвенировали геном многоклеточного организма – червя-нематоды C. elegans. Внизу: руководители проекта Боб Уотерсон и Джон Салстон решили отдохнуть

В то самое время, когда члены международного проекта «Геном человека» начали пробовать секвенировать живые организмы, примериваясь к большому, вся отрасль содрогнулась от настоящего молекулярно-биологического землетрясения.

Дела у Крейга Вентера и TIGR шли нормально. После нескольких лет оттачивания стратегии обнаружения генов на кДНК Вентер заинтересовался секвенированием цельных геномов. Он был убежден, что и на этом поле его подход окажется наилучшим. Сотрудники проекта «Геном человека» тщательно картировали различные фрагменты ДНК на хромосомах, прежде чем их секвенировать. Таким образом, мы уже знали, что фрагмент A прилегает к фрагменту B, могли отыскивать между ними пересекающиеся участки и связывать их в окончательную последовательность. Вентер предпочел «полногеномный метод дробовика» (WGS), при котором первичное картирование не проводилось: просто рубили геном на фрагменты случайной длины, заливали все эти последовательности в секвенатор и дожидались, чтобы машина расставила их в правильном порядке, ориентируясь на перекрывающиеся участки и не располагая никакой исходной информацией об их местоположении. Вентер и его группа в TIGR показали, что такой грубый метод на самом деле работоспособен, как минимум при работе с простыми геномами. В 1995 году они опубликовали первую расшифрованную последовательность бактериального генома, принадлежащего Haemophilus influenzae, полученную именно таким методом.