Лона Франк - Мой неповторимый геном

Другая часть «мусора», однако, совсем не мусор и такого названия вообще-то не заслуживает. В полной мере ее функции пока не установлены, но по крайней мере часть ее элементов кодирует короткие одноцепочечные РНК, на которых белки не синтезируются, но которые играют важную роль в регуляции активности генов.

Итак, генетический материал от нескольких сотен анонимных добровольцев, сотни тысяч человеко-часов и 4 миллиарда долларов все вместе произвели на свет первую генетическую карту человечества. Технологический прогресс позволяет теперь многократно ускорить секвенирование и существенно удешевить его. Сегодня все происходит гораздо быстрее, чем предсказывает закон Мура, согласно которому число транзисторов, размещаемых на кристалле интегральной схемы, удваивается каждые полтора года. За период между 1999 и 2009 годами стоимость процедуры уменьшилась в целых 14 тысяч раз, и в 2010-м, почти через 10 лет после того, как был получен черновой вариант генома человека, такие компании, как Illumina или Complete Genomics, запрашивали за всё про всё 6 тысяч долларов. Работу выполнит за сутки один секвенатор.

Помимо всего прочего, проект «Геном человека» создал множество «точек роста» для генно-промышленных комплексов. Как только общие очертания новой области знаний стали ясны, в полную силу заработала международная «машина открытий». Сегодня интересы молекулярных генетиков сместились в сторону выявления индивидуальных особенностей геномов. Ученые намерены составить каталог всех различий в наших ДНК, потому что именно это и определяет нашу индивидуальность.

Компания HapMap специализируется на выявлении различий между большими популяциями, традиционно называемыми расами. Чтобы выяснить, коррелирует ли классифицирование их по группам с генетическими особенностями, HapMap картировал геномы членов пяти основных этнических групп. В результате на свет появился первый каталог локализации точковых мутаций — замена одного азотистого основания в геноме другим. Эти мутации распространены так широко, что за ними даже закрепилось особое сокращение — snip, от SNP — полиморфизм однонуклеотидных замен . По имеющимся оценкам, в геноме человека их примерно 15 миллионов, хотя достоверно идентифицировано и внесено в каталог всего 3 миллиона.

Следующим шагом будет составление детального каталога геномных вариантов по данным секвенирования в лабораториях максимально возможного на сегодняшний день числа геномов. К концу 2010 года в списке опубликованных общедоступных карт геномов человека было две дюжины, включая геномы таких знаменитостей, как выдающийся борец с апартеидом епископ Десмонд Туту и знаменитая актриса и певица Гленн Клоуз. Пока не обнародованы результаты секвенирования еще более 200 геномов. Но это только начало. В рамках проекта «1000 геномов» предполагается опубликовать исчерпывающие генетические данные более тысячи добровольцев; еще более амбициозные планы у участников проекта «Персональный геном»: в нем участвует 100 тысяч человек. Эти коллекции геномов охватят все типы вариантов.

Однако мутации в человеческом геноме не ограничиваются однонуклеотидными заменами. Мы являемся носителями гораздо более серьезных аберраций: у одних утрачиваются целые сегменты ДНК, у других какие-то сегменты повторяются два и более раз или оказываются совсем в другой области генома. Важным инструментом охотников за мутациями стал в последние годы метод полногеномного скрининга, или GWAS (Genome Wide Association Studies). Он позволяет выяснить, какие гены связаны с теми или иными заболеваниями или определяют те или иные признаки. Концептуально подход очень прост. Набирают группу добровольцев, страдающих данным недугом или обладающих конкретным признаком, и контрольную группу. И тех, и других тестируют на наличие четырех известных SNP, используя генный чип. Это удивительное устройство размером с почтовую марку вмещает множество коротких кусочков ДНК, беспорядочно колышущихся, как водоросли на дне моря. Современный чип позволяет тестировать от половины до одного миллиона SNP, разбросанных по всем хромосомным ДНК. Информацию загружают в компьютер, и с помощью специальной программы получают полную картину распределения точковых мутаций и их характеристики.

Цель подобных исследований состоит в идентификации одной (или нескольких) однонуклеотидных замен, которые встречаются в геноме больного человека гораздо чаще, чем в геноме здорового. Если такая мутация найдена, ее используют в качестве маркера данного заболевания.

Поскольку известно, где эта мутация локализуется, можно установить, какой ген она затрагивает, а зная частоту ее встречаемости, оценить вероятность развития заболевания. Таким способом мы «просеиваем геном» через мелкое сито, собираем попавшийся материал (гены) и анализируем (секвенируем) его. Выяснив, какую функцию выполняет «выуженный» ген, можно установить патогенез ассоциированного с ним заболевания и попытаться найти способы борьбы с ним.

В 2005 году Роберт Клейн вместе с коллегами из Рокфеллеровского университета сделал очень важное открытие, вызвавшее среди ученых большой интерес: он показал, что возрастная дегенерация сетчатки (макулодистрофия) однозначно связана с однонуклеотидной заменой в гене, продукт которого участвует в регуляции воспалительных процессов. Одним выстрелом Клейн поразил сразу две цели: он не только нашел способ идентификации людей с высоким риском данного заболевания, но и установил тот порог, до которого можно дойти в прояснении его механизма [11] Klein, Robert J. 2005. Complement Factor H Polymorphism in Age-related Macular Degeneration. Science 308(5720): 385-9. .

Два года спустя в Nature были опубликованы результаты двух других, еще более важных исследований подобного рода. В первом случае ученые из Университета Макгилла в Канаде попытались найти генетические корни диабета второго типа, одного из наиболее глубоко затрагивающих качество жизни заболеваний. Протестировав почти четыре сотни SNP, они обнаружили существенные изменения в двух уже хорошо охарактеризованных генах [12] Sladek, Robert, et al. 2007. A Genome-wide Association Study Identifies Novel Risk Loci for Type 2 Diabetes. Nature 445: 881-5. . Второе исследование, проведенное несколько позже английской компанией Wellcome Trust , касалось более широкого круга заболеваний — диабета первого и второго типов, гипертензии, болезни Крона, биполярных психических расстройств. Две сотни исследователей проанализировали данные тестирования 17 тысяч людей, как здоровых, так и больных, и установили генетическую природу еще нескольких патологий [13] Wellcome Trust Case Control Consortium. 2007. Genome-wide Association Study of 14,00 °Cases of Seven Common Diseases and 3,000 Shared Controls. Nature 447(7145): 661-78. .