ДНК. История генетической революции

В 2006 году компания TIGR вошла в состав Института Дж. Крейга Вентера. Эта организация до сих пор остается флагманом бактериальной геномики. Вскоре ученые как следует отсеквенировали геномы более ста различных бактерий, в том числе Helicobacter, вызывающую язву желудка, холерный вибрион, Neisseria (возбудитель менингита) и Ch. pneumonia. Самым серьезным конкурентом Институту Дж. Крейга Вентера был Сенгеровский институт. Во главе британского направления стоял Барт Баррелл, работы которого проводились за пределами США, ему в этом плане, можно сказать, повезло; в Америке его скромные научные регалии не позволили бы пробиться в высшую научную лигу. Баррелл занялся наукой сразу по окончании старшей школы и работал ассистентом у Сенгера задолго до того, как секвенирование ДНК стало реальностью; он был одним из немногих, кто получил степень PhD, не имея законченного высшего образования. Прежде чем приступить к работе с бактериями, Баррелл зарекомендовал себя как пионер автоматизации, вооружившись несколькими капиллярными ABI-секвенаторами и обработав с их помощью около 40 % генома пекарских дрожжей, состоящего из 12 миллионов оснований. Это происходило в то время, пока крупный европейский консорциум, занятый секвенированием генома дрожжей, все еще ограничивался ручными методами секвенирования. Позднее усилия группы Баррелла были вознаграждены: именно его команда первой отсеквенировала геном Mycobacterium tuberculosis, возбудителя тяжелого хронического заболевания, которое некогда именовалось «чахотка».

Все перспективы анализа бактериальной ДНК в полной мере удалось реализовать в медицинской диагностике: для эффективного лечения врач должен первым делом идентифицировать возбудителя. Традиционно для этого требовалось культивировать бактерии из инфицированных тканей – это медленный процесс, особенно мучительный, когда нельзя терять ни минуты. Пользуясь таким быстрым, простым и точным анализом ДНК для распознавания микробов, врач мог приступить к адекватному лечению гораздо быстрее. Внедрение этой технологии было буквально навязано практической медицине в интересах национальной безопасности: осенью 2001 года требовалось выявить источник распространения сибирской язвы, зарегистрированный в США. Секвенировав бактерию сибирской язвы из образца, взятого у первой жертвы, исследователи из TIGR получили точный «генетический отпечаток» именно этого штамма. В 2008 году Брюс Айвинс, микробиолог на госслужбе, которого признали главным подозреваемым по этому делу, совершил самоубийство. В 2011 году, когда в Германии из-за смертельной вспышки токсикоинфекции погибло 23 человека, молниеносное секвенирование ДНК позволило выявить опасную бактерию за считаные дни. Сколько жизней при этом было спасено!

По мере того как мы всё больше узнаем о геномах микроорганизмов, вырисовывается поразительная закономерность. Как мы уже знаем, эволюция позвоночных – это история прогрессирующей генетической экономии: благодаря расширению арсенала регуляторных генетических механизмов одни и те же гены становятся все более многофункциональными. Даже если и появляются новые гены, они обычно представляют собой всего лишь вариации на имеющуюся генетическую тему. Напротив, бактериальная эволюция оказалась целой сагой о гораздо более радикальной трансформации; это головокружительный процесс, благоприятствующий импорту или созданию совершенно новых генов, а не доводке того материала, который уже имеется в геноме.

В действительности, рекомбинантная технология стала возможной именно потому, что бактерии превосходно умеют инкорпорировать новые фрагменты ДНК (обычно в виде плазмид). Неудивительно, что и во всей бактериальной эволюции прослеживается драматическая история заимствования генов, уходящая в прошлое. E. coli, безобидная обитательница нашего кишечника (и чашек Петри в наших лабораториях), в результате заимствования генов превращается в убийственные штаммы. Яды, выделяемые одним из штаммов, провоцируют вспышки токсикоинфекций (например, в Шотландии в 1996 году – 21 погибший). Появляются заголовки о «смертоносных гамбургерах». Все дело в обширном межвидовом генетическом «заимствовании» у бактерий.