Мальчик, который не переставал расти… и другие истории про гены и людей

Следующим оригинальным решением Сэнгера (которое принесло ему вторую Нобелевскую премию) стало изобретение способа прочитать последовательность нуклеотидов ДНК. Его метод, изложенный в публикации 1977 г., до сих пор называется методом Сэнгера (или методом секвенирования по Сэнгеру). Он стал краеугольным камнем проекта «Геном человека». Вначале секвенирование по Сэнгеру требовало изрядной возни с радиоактивными изотопами, но позже придумали метить азотистые основания ДНК разноцветными флюоресцентными маркерами — это безопаснее, а кроме того, позволяет увеличить масштабы исследований. И они действительно были увеличены.

Мы до сих пор применяем метод Сэнгера в диагностических лабораториях. Вот пример результатов такого анализа:

На этой иллюстрации верхний отрезок принадлежит носителю генетической мутации, а нижний — человеку, у которого ее нет. Здесь картинка черно-белая, но в общепринятой практике А обозначается зеленым, Ц (С) — синим, Г (G) — черным, а Т — красным. Каждый из разноцветных пиков соответствует азотистому основанию ДНК, поэтому по цветам пиков можно прочесть последовательность: Г, Г, Т, А, Ц, Т и так далее. Можно, конечно, просто прочитать последовательность букв, ради удобства стоящих над пиками, но так понятнее сам принцип.

Посредине этого отрезка ДНК, между двумя вертикальными линиями, в нормальной последовательности должен стоять пик Ц (С); на том же месте в верхнем отрезке, если бы рисунок был цветным, вы бы разглядели красный пик Т — но при ближайшем рассмотрении оказалось бы, что нормальный синий пик Ц тоже присутствует. Это означает, что в одной из двух копий гена — обычная последовательность, а в другой — ее вариант (мутация). Обе копии, измененная и неизмененная, попали в образец и подверглись реакции секвенирования. Основания, оставшиеся неизменными, одинаковы для обеих последовательностей и на графике не различаются. Но в том месте, где произошла мутация, у половины ДНК в пробирке Ц, а у половины Т, и эти места у двух последовательностей совпадают. Вот почему пик в этом месте примерно в два раза меньше, чем пик Ц на нормальной последовательности.

Теперь это проделать нетрудно, поскольку мы уже знаем последовательность интересующего нас гена. Но метод Сэнгера также можно использовать для расшифровки неизвестных ранее последовательностей ДНК. Начинаете с известного отрезка и продвигаетесь дальше, вступая на новую территорию, пока не встретитесь с тем, кто движется в противоположном направлении. Именно такой подход и использовался в проекте «Геном человека».

Итак, к концу 1980-х гг. мы располагали инструментами, чтобы завершить работу. Тем не менее завершение представлялось делом далекого будущего. В 1987 г. Министерство энергетики США — организация, которая, как известно, никогда не боялась рисковать, — запустила первый подобный проект. Их целью было найти способ уберечь геном от вредного воздействия радиации — потенциально важная задача в ту пору, когда атомные электростанции были значимым и постоянно растущим сегментом энергетики страны. В 1988 г. Национальный институт здравоохранения и Министерство энергетики объединили усилия и получили финансирование от Конгресса США, чтобы попытаться решить эту задачу.

Не прошло и 12 лет, как первоначальный замысел воплотился в действительность. Но в первую половину этого срока, с точки зрения стороннего наблюдателя, не было почти никаких подвижек. В 1990 г. завершение проекта планировали на 2005 г., но с учетом того, что, как правило, государственные проекты никогда не укладываются в сроки и в бюджет, мало кто из непосвященных воспринял этот план всерьез. На 1994 г. основным достижением проекта стала… более подробная карта. Новая карта генома содержала 5840 маркеров вместо 407, теперь геном был плотно усеян ими. Не бог весть какое достижение в глазах неспециалистов, но оно стало решающим шагом на пути к расшифровке генома. И в ознаменование грядущих успехов оно было обнародовано на год раньше, чем ожидалось.

С самого начала проект «Геном человека» представлял собой международное предприятие, в котором участвовали ученые со всего мира. Президентом Международной организации по изучению генома человека (хотя и не руководителем самого проекта) некоторое время был австралиец Грант Сазерленд. Первым руководителем проекта стал Джеймс Уотсон (да, тот самый). В 1992 г. он ушел в отставку, и после кратковременного перерыва руководство перешло к Фрэнсису Коллинзу, который довел проект до конца.