Джеймс Уотсон - ДНК. История генетической революции

В 2013 году Янив Эрлих, израильский ученый, тогда работавший в Институте Уайтхеда, опубликовал результаты исследования, которые всколыхнули все генетическое сообщество. Группа Эрлиха использовала для исследования предположительно анонимную геномную информацию из открытых баз данных и путем перекрестного сравнения этой информации с подборками родословных смогла идентифицировать конкретные личности. Эрлих хотел доказать, что людям, сдающим ДНК для клинических исследований, не гарантирована конфиденциальность. Какие еще лазейки могут быть найдены в период всего биоинформационного бума нашего времени?

В 2005 году генетик Джордж Чёрч из Гарвардской медицинской школы основал проект PGP («Личный геном»), стремясь изменить подходы к ранее имевшимся проблемам Проект PGP архивирует и собирает информацию с абсолютно открытых для общего пользования источников. Чёрч предлагает добровольцам полностью расшифровать их геном, в обмен на что они соглашаются выложить в открытый доступ полученные генетические данные. Среди первых добровольцев были двое гарвардских коллег Чёрча – Генри Луис Гейтс-младший по прозвищу Скип, психолог и писатель Стивен Пинкер, а также инвестор Эстер Дайсон и Миша Ангрист из Университета Дьюка, описавший становление всего проекта в книге Here Is a Human Being («Это человек»). «А король-то голый, – говорит в своей книге Миша Ангрист, – абсолютная приватность и конфиденциальность – это всего лишь иллюзия». Правда, в утопических представлениях о полной прозрачности мира в целом и конкретного генома в частности нравится жить далеко не каждому члену социума.

В январе 2014 года бывший генеральный директор Illumnia Джей Флэтли стал возмутителем спокойствия на крупной медицинской конференции в Сан-Франциско. В аудитории, до отказа забитой банкирами, инвесторами и аналитиками, он заявил, что его компания вот-вот преодолеет рубеж «геном за тысячу долларов». Компания уже захватила лидерство в гонке по производству аппаратуры для секвенирования, а здесь представила новый инструмент: HiSeq X Ten. Работая на полную мощность в течение проектного срока (четыре года), машина должна была отсеквенировать тысячи человеческих геномов по тысяче долларов за каждый. Проблема заключалась в том, что сами машины можно было заказать только в комплекте по 10 штук (отсюда и название) и стоимость каждой составляла миллион долларов. Тем не менее исследовательские центры и корпорации поспешили закупить эти машины, отчаянно стремясь не отстать в гонке по секвенированию геномов. Среди заказчиков были крупные геномные центры из Бостона, Нью-Йорка и Великобритании, азиатские организации, занимающиеся заказными научными исследованиями, а также новая компания Крейга Вентера Human Longevity .

Не все были готовы признать, что Illumnia достигла психологического рубежа «геном за тысячу долларов». В журнале Nature появился комментарий автора, назвавшегося Уинстоном Черчиллем, который доказывал, что этот ценовой порог может быть достигнут только в 2018 году. Но попутный ветер благоприятствовал Флэтли и его фирме из Сан-Диего. После того как в конце 2008 года Illumnia опубликовала свои первые несколько последовательностей геномов, она набрала темп, повысила качество работы и длину считываемых фрагментов, а гонка тем временем практически прекратилась. Конкуренты один за другим сошли с дистанции. Среди них была компания Helicos , разработчик прибора HeliScope для одномолекулярного секвенирования; в компании не смогли справиться с технологическими сложностями своего аппарата, который был размером с заводской рефрижератор. Не выдержала конкуренции и Roche , фармацевтический гигант, который на раннем этапе приобрел 454 Life Sciences , но так и не смог развить их технологию, подняв ее на более высокий уровень.

На протяжении нескольких лет наиболее серьезную конкуренцию для Illumnia составляла компания Life Technologies , которая приобрела небольшую бостонскую фирму Agencourt и взялась за разработку альтернативного метода секвенирования. В отличие от Illumnia и большинства других конкурентов, работавших с ДНК-полимеразой, в основе системы SOLiD использовалась ДНК-лигаза. Командой секвенаторов SOLiD руководил Кевин Маккернан, умный словоохотливый энтузиаст-биотехнолог, который по иронии судьбы ранее выступал конкурентом предшественника Life ( Applied Biosystems ). Это было в те годы, когда он когда работал в команде Эрика Ландера на проекте «Геном человека». Система секвенирования SOLiD конкурировала непосредственно с HiSeq . В течение года с небольшим Маккернан и Флэтли упражнялись в немного ребяческой пикировке мнениями, выпуская пресс-релизы в духе «у меня точно как у тебя, но на один больше». Тот факт, что штаб-квартиры обеих компаний – LifeTechnologies и Illumnia – располагались в районе Сан-Диего, лишь распалял их соперничество.

Пока многие академические лаборатории, в том числе Бэйлорский геномный центр Ричарда Гиббса, осваивали приборы SOLiD, на тот момент компании Life не удавалось выдавить Illumnia с ее лидерских позиций. В 2010 году Life сменила курс, рискнув по-крупному: она выделила около 725 миллионов долларов на поддержку новейшей компании Джонатана Ротберга Ion Torrent Systems . После ухода из компании 454 Ротберг продолжал разрабатывать альтернативные варианты секвенирования. Он придумал хитроумный метод, суть которого заключалась в следующем: метод основан на связи между химической и цифровой информацией, что позволяет быстрее и проще секвенировать большое количество образцов. Эта технология также называется рН-индуцированным секвенированием. Процесс основан на детекции протонов, которые получаются при синтезе цепи ДНК как побочный продукт. Как следствие, рН раствора меняется, что и можно детектировать. Платформа Ion Torrent отличается от остальных технологий секвенирования тем, что в ней не используются модифицированные нуклеотиды и оптические методы. Метод Ion Torrent позволяет исследовать транскриптомы, малые РНК. Платформа Ion Torrent позволяет считывать последовательность ДНК гораздо дешевле, чем другие имеющиеся инструменты, работа которых связана с использованием мощных лазеров и дорогих камер.

Когда воодушевленный Ротберг представил аппарат Personal Genome Machine в переполненной аудитории на конференции по геномике в 2011 году, он даже заявил, что еще вчера эта машина секвенировала ДНК прямо у него в гостиничном номере, хотя это, возможно, противоречило указаниям FDA. Двое коллег Ротберга водрузили прибор на сцену, чтобы продемонстрировать, насколько (относительно) мобильна эта машина. Аппарат Ротберга, стоивший каких-то 50 тысяч долларов, был призван демократизировать секвенирование – и это в какой-то степени удалось. Продажи росли благодаря заманчивой перспективе, что каждое последующее поколение чипов в основе системы позволит экспонентно повышать темпы секвенирования. В результате состязание за победу в деле инновационного секвенирования превращалось в гонку двух фаворитов – Illumnia и LifeTechnologies ; компания 454 проигрывала конкуренцию, а замыкала этот дивизион компания Roche .