Елена Клещенко - ДНК и её человек [litres]

Один из ведущих авторов австралийского исследования, Дэвид Лэмберт из Университета Гриффита, сказал корреспонденту The New York Times , что коренные австралийцы теперь сами приходят к ним с запросами. “Мы постоянно встречаемся с общинами, которые говорят: «У нас здесь множество древних останков – не могли бы вы извлечь из них ДНК?»” Естественно, так происходит не всегда, самые настойчивые просьбы ученых дать кусочек кости из могилы могут быть не поняты, но если уж удается объяснить, зачем это нужно и как работает, – результат превосходит ожидания. “Мы вроде как умерли и попали на небеса”, – добавил экспрессивный палеогенетик [146] Zimmer C. Spirits Won’t Rest’: DNA Links Ancient Bones to Living Aboriginal Australians // 19 Dec. 2018; https://www.nytimes.com/2018/12/19/science/dna-bones-aboriginal-australians.html . . В кои-то веки путь к небесному блаженству у науки и мифологии оказался общим. Верим мы в духов предков или не верим, но стремиться узнать, кем были предки, какими они были, чем жили и где упокоились, – это так по-человечески.

На самом деле для того, чтобы исследовать геномы предков, уже и кости находить необязательно. Есть другие способы. В феврале 2018 г. вышла замечательная публикация о том, как восстанавливали геном женщины, жившей 300 лет назад, по геномам ее потомков. Тут, правда, был редкий случай: эти потомки достаточно сильно контрастировали с окружением. Человек по имени Ханс Джонатан родился в 1784 г. в Датской Вест-Индии – колонии Дании на Карибах. Матерью его была чернокожая рабыня, отцом – европеец. Впоследствии он уехал в Данию, затем в Исландию, где женился на местной женщине, у них было двое детей. Авторы статьи в Nature нашли 788 потомков этой пары, 182 генотипировали по снипам с помощью микрочипов, а геномы 20 человек секвенировали полностью. А потом собрали вместе “африканские” фрагменты генома. Конечно, из-за рекомбинации они стали весьма короткими, но задачу облегчало то, что африканские генные варианты в Исландии крайне редки и отличить их нетрудно. Удалось реконструировать 38 % от “материнской” половины генома Ханса Джонатана и даже определить, что женщина была родом из Западной Африки – из Бенина, Нигерии или Камеруна [147] Jagadeesan A. et al. Reconstructing an African haploid genome from the 18th century // Nature Genetics. 2018; 50: 199–205; doi: 10.1038/s41588–017–0031–6. , [148] Маркина Н. Виртуальная реконструкция генома из 18-го века // Генофонд.рф. http://Генофонд.рф/?page_id=29430 . .

До сих пор мы говорили о геномах людей, но есть еще и геномы наших маленьких спутников – бактерий и вирусов. Обычно определением возбудителя болезни по геному занимается обыкновенная медицина, а не судебная. Однако в некоторых случаях исследование геномов микроорганизмов позволяет восстановить историю преступления. Бактерии и вирусы размножаются быстро, изменения в их геномах тоже накапливаются быстро, ветвистая родословная может вырасти за месяцы и годы. Точно так же, как по ДНК людей мы узнаем историю их рода, по ДНК микроорганизмов можно реконструировать их историю, понять, кто кого заразил. И бывает так, что эта чисто эпидемиологическая задача проходит по ведомству криминалистики. Например, если распространению инфекции помогает чей-то злой умысел.

“Дело о письмах с сибирской язвой” началось в первые годы нового тысячелетия. Через неделю после терактов 11 сентября 2001 г. кто-то отправил по почте в редакции нескольких СМИ, а также двум сенаторам от демократической партии конверты, в которых были записки с угрозами США и Израилю, прославлением Аллаха. А еще в них были споры Bacillus anthracis . Погибли пять человек, 17 заразились.

В этой жуткой истории, как ни странно, был позитивный момент: не всякий биотеррорист позаботится снабдить следователей исходным биоматериалом, который можно аккуратно пересыпать из конвертов в пробирки, скорее, возбудитель придется выделять из организма жертвы и сложно будет понять, откуда он взялся. Первоначальное исследование генома позволило определить штамм – B. anthracis Ames. Этот штамм был хорошо охарактеризован и активно применялся в разработке вакцин.

Бактерий посеяли на чашки Петри с агаром – это метод классической микробиологии, которая нескоро сдаст позиции даже в XXI в., исследование морфологии, то есть внешнего вида бактериальных колоний. Каждая колония – маленькая “пуговка” на агаре – вырастает из одной бактерии. Если некоторые пуговки отличаются от большинства по форме, толщине, цвету, скорости роста, это значит, что родоначальница колонии имеет некую мутацию, что-то изменилось в ее жизни. Помните историю из главы “Явление двойной спирали” о шероховатых и гладких колониях стрептококков, которые помогли установить, что вещество наследственности – это ДНК? Правда, тут надо кое-что уточнить: две желтенькие колонии среди белых необязательно имеют одну и ту же мутацию, необязательно даже в одном гене; один и тот же метаболический путь бактерии можно испортить многими способами, а внешний вид колонии при этом изменится одинаково.

Опытные микробиологи заметили на чашках, засеянных спорами из конвертов, небольшое количество колоний, непохожих на остальные. Удалось показать, что необычные колонии несут определенные мутации, при этом в других изолятах сибирской язвы, не связанных с терактами, таких мутаций нет.

Да, вот это интересный нюанс судебно-медицинской микробиологии. Мы можем надеяться, что во всех клетках одного человека, за редкими исключениями, геном в целом один и тот же, на чем и основана идея ДНК-фингерпринта. А у бактерий или вирусов, полученных из одного источника, в геномах будут неизбежные разночтения, они, как уже говорилось, эволюционируют быстро. Это осложняет секвенирование методом Сенгера, но это же можно использовать в расследовании. Что если рассматривать набор мутаций в образце как своего рода штрихкод и поискать, не увидим ли мы где-то еще такой же набор мутаций?

Мы уже говорили, что бактерии могут обмениваться генетическим материалом – как если бы млекопитающие передавали друг другу свои гены при поцелуе или поедании сородичей. А еще бактерии образуют споры, которые сохраняются в земле несколько десятилетий, все это время не делясь, не поглощая чужих генов и не накапливая мутаций в своих, а потом возвращаются к жизни этакими попаданцами, ничуть не изменившимися с прошлого века. А, например, геном вируса гриппа состоит из отдельных фрагментов, и если два разных вируса заразят одну клетку, то новый вирусный геном может собраться в ней, как конструктор, из фрагментов этих двух. Все это и многое другое делает генетику микроорганизмов захватывающе интересной.

Геномы бактерий из странных на вид колоний отсеквенировали (эту работу выполнял Институт геномных исследований Крейга Вентера, на тот момент безусловный лидер в геномике микроорганизмов), выбрали четыре мутации и сделали тесты на основе ПЦР для выявления этих мутаций. Тесты были нужны, чтобы просканировать обширную коллекцию образцов сибирской язвы, собранную ФБР в различных лабораториях. B. anthracis считается перспективным биологическим оружием из-за стабильности спор, способности распространяться по воздуху (хотя в нормальных условиях воздушно-капельный путь заражения сибирской язвой – экзотика), а также из-за высокого уровня инфекционности и летальности. В лабораториях возбудителя сибирской язвы много: все, конечно, стремятся сделать вакцину, прежде чем потенциальный противник нанесет удар. А у ФБР к этому моменту уже было пренеприятное подозрение, что террорист – не кустарь-одиночка, а ученый, имеющий доступ к передовым биотехнологиям.