Расшифрованная жизнь

При секвенировании генома бактерии программа сборки установила присутствие в образце не одного, а двух геномов, принадлежавших родственным, но различным видам. И этот случай, и многие другие (не в последнюю очередь сборка 27 миллионов фрагментов ДНК человека обратно в хромосомы) убедили меня в том, что любая уникальная последовательность генома позволяет осуществить его уникальную математическую сборку. Дабы убедить комиссию Министерства энергетики выделить средства на опытный проект исследования океана, я провел простой демонстрационный опыт. Я взял все известные на тот момент геномы микроорганизмов (около ста) и разбил их на небольшие участки, содержавшие менее тысячи пар оснований. Смешав все эти фрагменты, я пропустил их через программу сборки. Результаты оказались весьма убедительными. Наши алгоритмы обеспечили правильную сборку каждого индивидуального генома без единой ошибки. Членов комиссии по рассмотрению заявок на получение грантов это впечатлило, однако они по-прежнему считали, что мои методы непригодны для работы с океаном. Тогда я решил разработать методику экспериментального проекта для реальных условий, вновь профинансировав его из своего собственного фонда, и связался с Энтони Кнаппом, директором Бермудской биостанции, который организовал отбор проб воды из Саргассова моря, куда я направил моего сотрудника Джеффа Хоффмана. Мы намеренно выбрали Саргассово море, известное ранее как океанская «пустыня», бедная питательными веществами и не отличающаяся особым разнообразием бактериальной жизни. В этих водах было обнаружено лишь считанное число микроорганизмов. После обработки фильтров, содержащих микроорганизмы из первых проб в лаборатории секвенирования, мы проанализировали результаты. Итак, я был прав! Мы раскрыли двери в мир, почти неизвестный современной науке. От освещенной солнцем поверхности до мрачных подводных каньонов простирается океан жизни, содержащий порядка 10³⁰ одноклеточных организмов и 10³¹ вирусов! Это означает 1 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 организмов, представленных миллионами уникальных видов, или миллиард триллионов организмов на каждого жителя Земли.

Данные научных исследований часто говорят нам лишь о том, что мы можем увидеть или измерить. В случае микроорганизмов мы немало знаем о тех, которых нам удается искусственно выращивать. Сложность состоит в том, что выделять и выращивать мы умеем лишь сравнительно небольшое число организмов (менее 1 %). Об остальных 99 %, которые не культивируются в лабораториях, мы почти ничего не знаем. Для нас, по сути, они практически не существуют. Идея использовать мой метод секвенирования методом дробовика для изучения 99 % жизни, до сих пор остававшейся неведомой, приводила меня в восторг. У нас появилась возможность расшифровать коды океана, варьирующиеся от одного моря к другому, для участков морского дна с выбросами сероводорода, окрестностей мягких коралловых зарослей, вершин подводных вулканов.

С тех пор мы открыли десятки тысяч новых видов, включая и весьма экзотические. В общей сложности в 200 л воды с поверхности моря было обнаружено 1,3 миллиона новых генов. Сообщу для справки, что анализ первых же образцов удвоил количество известных на планете генов. Открытие такого множества генов в море, считавшемся одним из самых бедных питательными веществами, бросило серьезный вызов теории эволюции.

Эти опыты имели и практические последствия. Около 20 тысяч выделенных нами белков оказались связаны с переработкой водорода. 800 отвечали за поглощение световой энергии. Эта цифра в 4 раза увеличивает число известных науке фоторецепторов (таких, как имеющиеся на задней стенке наших глаз) и говорит о том, что неожиданно высокое биоразнообразие Саргассова моря объясняется какими-то новыми биологическими процессами, основанными на энергии света.

Мы могли продолжать сбор образцов в Саргассовом море, однако мне хотелось проверить, отличаются ли другие участки океана бо́льшим биоразнообразием. Так началась экспедиция «Чародей-2», финансируемая Фондом Института Вентера, Фондом Гордона и Бетти Мур, Министерством энергетики и телеканалом «Дискавери». Мою яхту специально переоборудовали для кругосветных путешествий, чтобы она могла бороздить океаны, днем и ночью отбирая пробы. Эта экспедиция за открытиями положила начало новой области науки – геномике окружающей среды, которую ныне превозносят как нечто необыкновенное и увлекательное{223}. Мне казалось, наша инициатива окажет даже более благотворное и долгосрочное воздействие, чем секвенирование генома человека.