Тимо Зибер - Дикие гены

К еще более невероятным результатам мы придем, если попытаемся выяснить общую длину ДНК человека. Если исходить из того, что у нас в организме 37 триллионов клеток, то общая длина составит 81,4 миллиарда километров. Это в 544 раза превышает расстояние от Солнца до Земли и в 18 раз – от Солнца до Нептуна. Чтобы преодолеть такую дистанцию, световому лучу потребуется больше трех дней.

Это просто поразительно. Естественно, долгое время мы исходили из того, что количество генетического материала отражает сложность живого организма, то есть у бактерии – маленький геном, у лягушки – побольше, а у человека, являющегося венцом творения, – самый большой. Но, как оказалось, у Homo sapiens далеко не самый большой геном. Мы можем претендовать на первое место только в номинациях «огромное эго» и «завышенная самооценка». По объему наш наследственный материал мало чем отличается от других млекопитающих, а обладателем абсолютного рекорда является мраморный протоптер, относящийся к отряду двоякодышащих, геном которого в 40 раз больше, чем у человека.

Это тяжелый удар, и нанесла его примитивная рыба, которая с незапамятных времен практически не меняется. Какой вывод можно из этого сделать? Наша теория была неправильной. Величина – не самое главное. Возможно, все дело в том, что можно сделать из генома. В этом-то люди наверняка находятся на лидирующих позициях!

Но сколько у нас всего генов? И как они выглядят? Подобные вопросы опять-таки мог бы задать тот самый настырный дядечка из племени. Первая попытка оценить величину человеческого генома была сделана в 1964 году, и ученые получили невероятную цифру – 6,7 миллиона генов, что их сильно озадачило. В течение двух последующих десятилетий, когда они несколько лучше узнали структуру генов, это количество сократилось примерно до 100 тысяч. В середине 1980-х годов некоторые исследователи задумались о том, чтобы полностью расшифровать последовательность человеческой ДНК. В ходе этой работы планировалось идентифицировать и все гены. В первых рядах был ученый, которого вы уже знаете как первооткрывателя двойной спирали ДНК, – Джеймс Уотсон.

Но как подойти к этому проекту? Уотсон выступал за то, чтобы читать наследственный материал как приключенческий роман, – от начала до конца, не пропуская ни захватывающих эпизодов, ни скучных и длинных описаний ландшафта, от которых даже у видавших виды географов слезы на глаза наворачиваются. Ему нужно было все сразу. Ведь речь шла о нашем геноме, нашей биологической идентичности. Но не все коллеги были в восторге от подобной идеи. Многие считали, что к этой работе надо подходить как к экранизации романа, где основное внимание уделяется ярким моментам, в частности последовательностям, кодирующим производство белков. Такой метод будет интересен и с медицинской, и с финансовой точек зрения. Конечно, он экономит время и силы, но выигрыш в научном плане при этом снижается. Ведь те области генома, которые на первый взгляд не представляют никакого интереса, могут содержать в себе вещи, о которых мы даже не догадывались.

В конце концов верх одержали сторонники приключенческого романа, и все принялись за планирование монументального проекта. Предполагалось, что он станет самым крупным в истории биологии. В нем должны были участвовать сотни исследователей из различных институтов США (а затем и многих других стран).

В 1990 году был окончательно дан зеленый свет, и проект «Геном человека» официально стартовал под руководством Джеймса Уотсона. Мир в радостном ожидании и нетерпении размахивал разноцветными флажками. Но в первое время, точнее говоря в течение первых нескольких лет, вообще ничего не происходило. Конечно, проект был очень амбициозным. Самые большие расшифрованные к тому времени геномы принадлежали крошечным вирусам и состояли из нескольких тысяч пар оснований. Теперь же на очереди был человек с его 3,2 миллиарда пар оснований. Это можно было сравнить с покорением Эвереста. Как и в случае с высочайшей горой, здесь требовалось долгосрочное планирование. Сначала необходимо было усовершенствовать методику расшифровки последовательностей, создать базы данных, написать программы для их обработки. Нужна была карта, позволяющая ориентироваться в человеческом геноме, потому что только так можно было выяснить, в какое место генома определить найденную последовательность. Лишь после этого можно было приступать собственно к расшифровке генома. В целом проект был рассчитан на 15 лет, и на него был выделен бюджет в размере 3 миллиардов долларов.

Одним из биохимиков, которого не устраивали слишком медленные темпы работы, был доктор Крейг Вентер из Национальных институтов здравоохранения (НИЗ), ставших штаб-квартирой проекта. Вентер изучал нейротрансмиттеры – сигнальные вещества, передающие возбуждение от одной нервной клетки другой. К тому времени он уже два года безуспешно искал соответствующие гены на одном из участков 19-й хромосомы и считал, что ход работ необходимо ускорить.

Решение проблемы пришло к нему во время ночного полета на самолете над Тихим океаном: а что, если попытаться искать последовательность генов нейротрансмиттеров не на необъятных просторах всего генома в целом, а в молекуле мРНК, с помощью которой строится клетка, то есть в последовательностях, которые действительно содержат информацию о белках? Правда, чтобы добраться до интересующих последовательностей, необходимо было перевести РНК в ДНК, но это не представляло проблемы, поскольку такая методика была разработана уже в семидесятые годы. Затем нужно было отделить друг от друга переведенные по-разному фрагменты, но и это было технически осуществимо. А потом надо было просто исследовать одну последовательность за другой. Короче говоря, этот замысел мог сработать. За такую идею стоило выпить двойной томатный сок – со льдом!

Спустя несколько месяцев, в 1991 году, Вентер и его сотрудники опубликовали информацию о своем новом методе в журнале Science. В приложении к статье демонстрировались найденные с его помощью 600 последовательностей, которые имели отношение к производству белков человека. Метод получил название экспрессированной маркерной последовательности (EST – Expressed Sequence Tags). Правда, эти последовательности содержали в себе не весь план строительства – исследователи не стали себя этим утруждать, – но новые данные выглядели впечатляюще: 337 последовательностей оказались совершенно новыми. Вентер одним махом увеличил количество известных к тому времени 3 тысяч человеческих генов более чем на 10 процентов.

Людям, считающим Крейга выдержанным и спокойным человеком, даже взбешенный слон покажется милой зверюшкой, а про аллигатора они скажут, что он «всего лишь хотел поиграть».