ДНК. История генетической революции

Неудивительно, что различные академические и коммерческие группы ученых по обе стороны Атлантики, в том числе сотрудники Ротберга из компании 454, активно включились в разработку альтернативных методов секвенирования, на порядок дешевле и быстрее сенгеровского. В следующем году Вентер заявил на одной из конференций, что лично выплатит премию в 500 тысяч долларов той группе, которая достигнет наиболее значительного технологического прорыва в этой области. Одним из первых претендентов на премию стала компания U. S. Genomics – детище бывшего студента-медика из Гарварда по имени Юджин Чан. Он предлагал новый вариант секвенирования. Суть технологии заключалась в том, что молекула ДНК или РНК, несущая на себе существенный отрицательный заряд, под воздействием электрического поля «протискивается» через белковую пору, помещенную в бислойную мембрану, что вызывает уменьшение силы электрического тока из-за уменьшения сечения отверстия. Считывая изменение силы тока, секвенатор определяет нуклеотид, проходящий через пору в конкретный отрезок времени: оказывается, что каждый «кирпичик» в нуклеиновой кислоте имеет собственное «сечение» (и, соответственно, это влияет на силу тока). Увы, как и многие другие претенденты, компания Чана столкнулась с серией препятствий и вышла из гонки за лидерство. Таким образом, инициативу захватили компания Ротберга 454 и британская компания Solexa.

Биотехнологическую фирму Solexa основали двое молодых ученых-химиков из Кембриджского университета – Шанкар Баласубраманьян и Дэвид Кленерман. Изначально в их планы не входило преобразование медицины или секвенирование 100 тысяч человеческих геномов – они просто хотели изучить процесс биосинтеза ДНК. Планы по созданию их стартапа зародились в одном из пабов, но не в «Игл», где мы с Френсисом отмечали открытие двойной спирали, а в Panton Arms, поскольку химики из Кембриджа предпочитают именно это питейное заведение. В Solexa разработали ряд интересных методов для работы с основаниями. Эти методы позволяли синтезировать молекулы ДНК в медленном темпе – так, чтобы молекула наращивалась всего на одно и строго на одно основание за один шаг. Размечая основания флуоресцентными красителями (каждое из четырех оснований своим цветом), специалисты Solexa смогли зафиксировать каждый этап реакции и логически определить, какое основание добавляется в каждую точку ДНК, просто по цвету. Таким образом, растущие спирали можно было анализировать, как при покадровом просмотре видео. Лишь гораздо позднее компания доработала свою технологию для применения в медицине.

Шанкар Баласубраманьян и Дэвид Кленерман из Кембриджского университета выпивают праздничную пинту в пабе Panton Arms, где они сформулировали принципы работы системы секвенирования нового поколения, применяемой в компании Solexa

При всей своей красоте этот метод с технологической точки зрения тоже был далеко не идеален. В частности, на первом этапе за каждый шаг удавалось считывать совсем мелкие фрагменты, всего по несколько десятков оснований каждый. Поэтому выстроить полную картину какого-либо генома было очень сложно. Тем не менее Solexa не сдавалась, и однажды воскресным вечером в феврале 2005 года Клайв Браун отправил старшим коллегам электронное письмо, тема которого была: «МЫ СДЕЛАЛИ ЭТО!!!» Им удалось успешно секвенировать свой первый геном – речь о геноме крошечного вируса ФХ174, секвенированием которого прославился в 1977 году и Фред Сенгер. Пусть это и был в буквальном смысле самый маленький геном на нашей планете, причем уже известный, это достижение стало ключевой вехой не только для компании Solexa, но и для всей новой эпохи секвенирования. Однако Браун с коллегами, в том числе новый гендиректор компании Джон Уэст, не поддались соблазну сразу открывать шампанское и публиковать статью с самопиаром в каком-нибудь престижном журнале. Они хранили молчание, оставляя Ротбергу и прочим по ту сторону океана догадываться, насколько они продвинулись в работе.