Карл Циммер - Она смеется, как мать [Могущество и причуды наследственности] [litres]

В 2013 г. Прист с коллегами начал проводить у некоторых своих пациентов полногеномное секвенирование, чтобы лучше понять их заболевания. Вместо того чтобы проверять по одному гену за раз, исследователи хотели взглянуть на все гены скопом. Когда Прист обсудил случай Астреи со своими коллегами-учеными, все они решили, что секвенирование генома может оказаться быстрее и информативнее, чем стандартный анализ. Но также они понимали, что нет никаких гарантий успешности такого эксперимента.

Прист поговорил с Цой и Ли, объяснив, что он хочет сделать. «Геном каждого человека похож на книгу из 23 глав. У вас есть две копии каждой главы, одна от вашего отца, а другая от матери. Полногеномное секвенирование проверяет все. Оно выявляет пропущенные главы, абзацы, каждое слово с ошибкой», – рассказывал Прист.

Цой и Ли дали свое согласие, и Прист взял немного крови у Астреи, которой тогда было три дня от роду. Он отправил кровь в компанию Illumina, где спешно принялись за работу. Спустя шесть дней Прист получил все первичные данные. Он установил программу, чтобы собрать из коротких фрагментов полный геном Астреи, а затем занялся поиском мутаций, которые могли вызвать синдром удлиненного интервала QT.

Конечно, у Астреи были миллионы вариаций, но Прист практически сразу заинтересовался одним конкретным геном. У нее имелась редкая мутация в одной копии гена scn5a . Он кодирует натриевые каналы в сердце, и к тому же Прист уже сам обнаружил ранее, что у другого пациента мутация именно в этом участке вызвала синдром удлиненного интервала QT. «Я был поражен до глубины души, – рассказывал Прист, – лучше и не придумаешь».

На следующий день Прист сообщил Цой и Ли о своем открытии. Астрее, которой исполнилось всего десять дней, назначили лечение для восстановления работы натриевых каналов. Затем Прист вернулся к ее геному, чтобы завершить дело, подтвердить диагноз и описать результаты.

И тут все рассыпалось.

Специалисты из компании Illumina секвенировали геном Астреи так же, как мой и тысяч других людей. Они разрушили ее лейкоциты и нарезали ДНК, которая была внутри. Затем они с использованием ПЦР сделали много копий этих фрагментов и определили в них последовательность нуклеотидов. С помощью своей компьютерной программы Прист увидел, где в геноме Астреи располагались прочитанные фрагменты. Поскольку фрагментов было много, около 40 из них выстроились в каждом участке ее ДНК. В среднем примерно половина фрагментов относилась к одной копии гена, а вторая половина – к другой. Прист нашел мутацию в гене scn5a в восьми из 34 фрагментов. Такой расклад не был идеальным распределением 50 на 50, но Прист решил, что этого достаточно. Он предположил, что одна из копий гена scn5a содержит мутацию, вызывающую заболевание.

После полногеномного секвенирования Прист провел более целенаправленное исследование ДНК Астреи. Он выделил ген scn5a из нескольких лейкоцитов малышки и сделал миллионы копий этих участков, чтобы можно было их подробно изучить. Он рассчитывал, что нормальная и мутантная версии дадут распределение 50 на 50. Однако Прист вообще не обнаружил мутации. Картина выглядела так, будто он исследовал двух разных младенцев, одного со смертельной мутацией, а другого без нее. Он вспоминал: «Это меня просто ошеломило».

Прист заинтересовался, нет ли чего-нибудь необычного в генах родителей Астреи, что могло ввести его в заблуждение. Но ни у Цой, ни у Ли не имелось никаких признаков наличия синдрома удлиненного интервала QT. У них никогда не было проблем с сердцем, и Прист убедился, что их ЭКГ без отклонений. Оставалась вероятность, что кто-то из них был носителем лишней сломанной копии гена scn5a . Иногда возникает мутация, при которой ген случайно удваивается, но с его дополнительной копии невозможен синтез белка. Может быть, Астрея унаследовала такой псевдоген scn5a , а Прист ошибочно принял его за работающую версию гена? В таком случае найденная мутация в scn5a не имела бы никакого отношения к проблемам с сердцем у Астери и Прист вернулся бы к исходной точке. Ему пришлось бы заново начать поиск причины синдрома удлиненного интервала QT.

Чтобы найти этот псевдоген, Прист взял на анализ ДНК Цой и Ли. Вместо того чтобы секвенировать весь геном, он определил последовательность только у белок-кодирующих генов. И опять остался ни с чем. Ни у кого из родителей Астреи не было псевдогена scn5a .

Наконец Прист рассмотрел самый крайний вариант – мозаицизм у Астреи. Может быть, мутация в гене scn5a присутствовала лишь в некоторых ее клетках, а в других такой мутации не было? Чтобы изучить эту вероятность, Прист отправил кровь девочки Стивену Квейку – ученому из Стэнфордского университета, разработавшему способ секвенирования генома из одной клетки. Он мог, не смешивая ДНК, взятые из множества клеток Астреи, проверить каждую.

Квейк со своей группой проанализировал 36 клеток крови Астреи. В трех из них исследователи обнаружили мутацию в одной из копий гена scn5a . В других 33 клетках обе копии гена были нормальными.

Тест, проведенный Квейком, подтвердил, что кровь Астреи мозаична. Чтобы получить более полное представление о ее мозаицизме, Прист с коллегами взял на анализ также ее слюну и мочу. Теперь у исследователей были образцы клеток девочки, произошедших из трех зародышевых слоев. (Кровь образуется из мезодермы. Слизистая оболочка рта родом из эктодермы. А мочевыводящие пути развиваются из энтодермы.)

Ученые обнаружили, что во всех трех типах тканей клетки с мутацией в гене scn5a составляли 7,9–14,8 %. Другими словами, Астрея была мозаичной от начала до конца. Она стала такой, будучи всего лишь шариком из клеток, еще до образования трех зародышевых слоев. Одна из клеток этого эмбрионального шарика оказалась мутантной и при делении передала мутацию своим потомкам. Клетки, унаследовавшие сломанный ген scn5a , в итоге попали во все три зародышевых слоя.

К тому времени как Прист с коллегами разгадал мозаичную природу Астреи, она достаточно хорошо восстановилась после операции, так что Цой и Ли забрали ее домой. Лекарства, рекомендованные Пристом, помогали держать под контролем синдром удлиненного интервала QT, и малышка жила жизнью счастливого младенца. Но однажды, когда Астрее было семь месяцев, у Цой зазвонил телефон.

«Звонила врач и спрашивала, все ли у Астреи в порядке», – рассказывала Цой. Цой ответила, что Астрея сейчас прямо около нее. Играет с игрушками.

Оказалось, что в сердце Астреи сработал дефибриллятор. Врачи мгновенно узнали об этом, поскольку получили от него соответствующее сообщение. Нужно было доставить Астрею в больницу как можно скорее. «Я даже не сразу поняла, о чем речь», – вспоминала Цой.