ДНК. История генетической революции

Компания Pacific Biosciences (PacBio) коммерциализировала технологию одномолекулярного секвенирования. В основе метода лежало использование Zero-mode waveguide (ZMW) – углублений диаметром несколько десятков нанометров, ко дну которых прикреплена единичная молекула ДНК-полимеразы. Сквозь дно в ZMW-ячейку подается свет в виде крошечного прожектора, который специалисты именуют «волновод нулевой моды». Особенность конструкции ZMW-ячейки не дает распространяться световой волне и оставляет освещенным только объем порядка 20 цептолитров (20 × 10^–21 литров) около дна ячейки. Компания PacBio использовала ту же самую технологию, которая применяется на сетке в дверце вашей микроволновки; сетка не допускает утечки микроволн, пока вы наблюдаете, как ваша курочка карри шкворчит внутри. Технологические новшества позволили наблюдать флуоресценцию единичной флуорохромной метки, прикрепленной к тому нуклеотиду, который в данный момент встраивается ДНК-полимеразой. Соответственно, к четырем типам нуклеотидов пришиты разные флуоресцентные метки, что позволяет их идентифицировать. В результате при полимеризации цепи ДНК зафиксированным в Zero-mode waveguide ферментом можно получить зависимость интенсивности флуоресценции от времени, из графика которой по пикам разного спектра затем и будет определена последовательность ДНК.

Хью Мартин, первый гендиректор и основатель PacBio, побился о заклад, что к 2013 году будет секвенировать человеческий геном за 15 минут. Он и близко не подошел к решению этой проблемы, поскольку секвенатор, применявшийся в компании, напоминал саркофаг и весил почти тонну, а продажи на первом этапе шли отчаянно медленно. Тем не менее по мере совершенствования технологии PacBio удавалось считывать все более и более длинные отрезки ДНК – в некоторых случаях по 50–60 тысяч оснований, а именно такие фрагменты удобно сшивать при окончательной сборке генома. Более того, компания предполагает найти рынок сбыта для своих технологий в зарождающейся отрасли – эпигенетике. В компании планируют использовать изменения кинетических показателей полимеризации ДНК и, опираясь на полученные результаты, обнаруживать химически помеченные нуклеотиды. В 2015 году появилась информация о новой версии секвенатора с очень удачным названием Sequel, который стоит всего 350 тысяч долларов и может параллельно обрабатывать до миллиона одномолекулярных реакций. С его помощью можно в полном объеме и очень точно отсеквенировать геном человека всего за 10–20 тысяч долларов.

Важнейшее деловое событие в области новых технологий секвенирования произошло в 2007 году, когда компания Illumnia из Сан-Диего приобрела Solexa за 650 миллионов долларов. На тот момент Illumnia была активно развивающейся генно-инженерной компанией, отвоевавшей у Affymetrix львиную долю на рынке биологических микрочипов, однако ей не хватало коммерческой технологии секвенирования ДНК. Пилотные модели настольных приборов-секвенаторов от Solexa только начинали поступать в крупнейшие геномные центры: Сенгеровский институт фонда Wellcome Trust в Кембридже в Великобритании и в Броудовский институт в Кембридже, штат Массачусетс. Вскоре логотип Solexa, красовавшийся на этих аппаратах, сменился на логотип Illumnia. Один ведущий ученый из Life Technologies – эта компания являлась одним из основных конкурентов Illumnia – был настолько раздосадован сделкой с Сенгеровским институтом, что даже написал жалобу в Палату лордов британского парламента, потребовав расследовать дело и намекая, что здесь не обошлось без коммерческого сговора.

К концу 2008 года – спустя шесть месяцев после того, как информацию о моем геноме опубликовали в Nature, – у Illumnia не осталось сомнений в том, что именно их компания обладает более выигрышной технологией секвенирования. В одном из выпусков Nature были опубликованы три исследовательские статьи, описывавшие секвенирование геномов от трех разных людей. Статья специалистов из Вашингтонского университета в Сент-Луисе рассказывала о секвенировании первого генома онкобольного; группа китайских ученых из Пекинского института геномики (ПИГ) впервые секвенировала геном монголоида; компания Illumnia описала секвенирование генома анонимного африканского мужчины, снискав заслуженное признание ученых из Solexa, которые неотступно и целенаправленно разрабатывали эту технологию в течение предшествующего десятилетия. На тот момент секвенирование человеческого генома по-прежнему обходилось дороже 500 тысяч долларов. Тем не менее это было вдвое дешевле стоимости секвенирования моего генома. Никогда ранее в одном номере научного журнала не публиковалось нескольких работ о нескольких человеческих геномах. Уже просматривались перспективы секвенирования сотен, если не тысяч, различных человеческих геномов – некоторые секвенировались бы исходя из медицинской необходимости, а другие – из чистого любопытства.