Расшифрованная жизнь

Ученые, занимавшиеся секвенированием генома в федеральной программе, полагали, что работа по расшифровке любого генома слишком трудоемка для одной-единственной лаборатории. Выше уже говорилось, что над секвенированием генома дрожжей, всего в три раза превышающего размер Haemophilus influenzae, около тысячи «монахов» корпели в лабораториях всего мира почти десять лет. Недостаток этой методики заключался в том, что в нескольких центрах действительно выполнялась качественная работа, однако в остальных все было иначе. Первую секвенированную последовательность дрожжевой хромосомы перед публикацией пришлось переделать, подтверждая тем самым ошибочность административного решения, согласно которому в каждой лаборатории делались попытки секвенировать генетический код на свой манер, с разной степенью успеха. При такой системе, в ущерб качеству секвенирования, основное внимание уделялось количественным показателям – именно они были важнее всего.

Еще в 1977 году, когда Фред Сенгер и его коллеги расшифровывали первый геном вируса – бактериофага phi X 174, – большое внимание уделялось и самой методике, и ее точности. После того, как Сенгер использовал ферменты рестрикции для разрезания генома вируса на более мелкие отрезки, фрагменты распределялись между сотрудниками лаборатории, и каждый многократно секвенировал свой отрезок для обеспечения большей точности. Когда мы снова стали секвенировать последовательность этого вируса четверть века спустя, то обнаружили всего лишь три отличия в коде ДНК на протяжении последовательности длиной в 5 тысяч пар оснований.

Генри Форд прекрасно понимал различия в эффективности труда, когда на одном и том же заводе большое количество автомобилей одновременно собиралось отдельными бригадами, и конечный результат зависел от качества работы каждой группы; поэтому на его конвейерной линии, где десятки разных бригад одновременно собирали один автомобиль, качество конечного результата определяли специализация и стандартизация работы. Нам пришлось внедрить в Celera этот «конвейерный менталитет» и внести большое количество дополнительных усовершенствований не только в сам процесс, но и изменить методику, что в конечном итоге должно было привести к сокращению и времени, и стоимости секвенирования.

Три основных статьи расходов, связанных с секвенированием генома, – это люди, реагенты и оборудование. Каждый из 3700 секвенаторов по цене 300 тысяч долларов за штуку амортизируется при обработке миллионов последовательностей, прибавляя примерно десять – пятнадцать центов на каждую последовательность, в общей сложности, около одного-двух долларов за считывание. Снизить расходы на зарплату можно было бы, автоматизировав большее количество этапов обработки. Именно с этой целью Марк Адамс изучал ассортимент существующих роботов. Роботы, применявшиеся для отмеривания пипеткой небольших точных объемов жидкостей, использовали одноразовые пластиковые наконечники, заменявшиеся в каждом цикле для предотвращения загрязнения следующих проб. В небольшом масштабе эта система работала, но в Celera мы сталкивались с необходимостью ежедневно тратить фантастическую сумму в 14 тысяч долларов только на одноразовые пластиковые наконечники, – что за два года составило бы примерно 10 миллионов долларов. Вместо этого мы нашли никому не известную компанию, разработавшую автоматизированный микродозатор с самоочищающимся металлическим наконечником. Изучив таким образом каждую деталь всех стадий секвенирования с точки зрения благоразумного подхода к затратам, мы смогли повысить скорость и сократить расходы.

Другие примеры включают в себя изменения, принятые командой Хэма Смита. В течение предыдущих 20 лет молекулярные биологи опирались на «бело-голубой выбор» – простой тест с использованием красителя белого цвета для выяснения, содержит ли бактериальная колония человеческий клон ДНК или нет. Поскольку нам было нужно как минимум 26 миллионов клонов, используя традиционные методы, пришлось бы сделать их более 50 миллионов за двойную цену. Хэм же был уверен, что сможет создать новый метод с 100 % эффективностью.

Мы прекрасно работали, но из-за того, что у нас до сих пор не было секвенаторов ДНК, результат был такой же, как если бы Генри Форд пытался усовершенствовать свой конвейер без каких бы то ни было слесарных инструментов. Полагаясь на обещание ABI поставить первое устройство всего через несколько месяцев, я составил очень жесткий график, в том числе запланировав секвенирование полного генома плодовой мушки менее чем через год – к июню 1999 года. Теперь мой амбициозный план разваливался, не успев даже начаться.