Машина творения: Новые организмы, редактирование генома и лабораторные гамбургеры - Эми Уэбб
К 1994 г. в рамках проекта «Геном человека» было создано достаточно технологий и процессов, чтобы картировать (но не секвенировать) геномы плодовой мушки, дрожжей, круглого червя и кишечной палочки. И все же работы продвигались медленно{78}. Тем временем Вентер с коллегой Хамильтоном Смитом, который работал в Школе медицины Университета Джонса Хопкинса, предложили (вы верно догадались!) ускорить дело с помощью еще одной спорной технологии – секвенирования методом «стрельбы из дробовика». Традиционное картирование генома предполагает трудоемкий процесс: ученые выделяют каждую хромосому, с регулярной периодичностью вырезают небольшие фрагменты ДНК на каждой хромосоме, упорядочивают эти фрагменты и подают их в секвенаторы, которые «считывают» буквы. Этот способ логичный и правильный, но медленный – можно сравнить его с ездой в метель по длинному шоссе, когда видишь перед собой лишь малый участок дороги{79}. При секвенировании методом «стрельбы из дробовика» Смит и Вентер собирались разбивать множество копий геномной ДНК на случайные мелкие фрагменты и клонировать эти фрагменты в плазмиды бактерий. Затем каждая плазмида из нескольких сотен букв ДНК подлежала секвенированию. Программа должна была прочитать каждый фрагмент и найти совпадения между ними. Таким образом можно собрать целый геном. При этом кропотливо упорядочивать плазмиды до секвенирования не требовалось.
Однако это было нелегко: хотя секвенирование методом «стрельбы из дробовика» уже использовалось в небольших проектах, его никогда не применяли для столь сложной и объемной задачи, как расшифровка генома человека. Чтобы создать совпадения, ДНК нужно было раздробить случайным образом, поэтому в результате получалось огромное количество фрагментов, которые предстояло затем секвенировать и заново собрать. Для этого требовалось специальное программное обеспечение и вычислительная аппаратура. Тем не менее это было гениальное решение. И большую часть научного сообщества оно шокировало.
Смит и Вентер подали заявку на грант от NIH, чтобы осуществить секвенирование методом «стрельбы из дробовика» гемофильной палочки (Hemophilus influenza), вызывающей менингит у детей, а затем сообщили, что на эту работу им нужен всего год{80}. В коде данной бактерии 1,8 млн букв{81}; это означало, что каждый день, в том числе в выходные, нужно было распознавать и сопоставлять около 5000 точных битов кода. Экспертная комиссия NIH поставила проекту низкую оценку и вынесла предупреждение по поводу предложенной соискателями гранта методики: было признано, что секвенирование генома методом «стрельбы из дробовика» не только невозможно, но и рискованно. Смит и Вентер обжаловали это заключение. Вентер продолжил исследования, не дожидаясь, пока апелляции пройдут через жернова бюрократии. Год спустя, в мае 1995 г., Вентер и Смит выступили с основным докладом на ежегодном собрании Американского общества микробиологии (ASM) в Вашингтоне{82}. На собрании присутствовал Эндрю (один из соавторов этой книги), который вместе со своими коллегами Кеном Сандерсоном и Кеном Раддом в то время исследовал гибридную (генетическую и физическую) карту палочки мышиного тифа (Salmonella typhimurium). Он помнит, как тысячи ученых застыли в изумлении, когда Вентер и Смит, объявив о полном секвенировании генома Hemophilus influenzae, рассказали о каждом этапе процесса и с помощью сгенерированных компьютером карт во всех подробностях продемонстрировали, как организован геном. Это был первый случай секвенирования полного генома свободноживущего организма. А в завершение выступления, будто подражая Стиву Джобсу с его знаменитой рекламной уловкой «Еще кое-что»[2], Вентер и Смит представили полную карту генома еще одной бактерии – Mycoplasma genitalium. Для Эндрю эта презентация имела особое значение, ведь он полагал, что первой секвенированной бактерией станет хорошо изученная и картированная кишечная палочка. Вентер и Смит заняли лидирующие позиции в мире микробиологии. Вскоре Эндрю принял решение оставить академическую науку и перешел в биофармацевтическую компанию Amgen, которая располагала техническими и финансовыми ресурсами для масштабного секвенирования геномов на том же уровне, на каком это делал Вентер.
Через пару месяцев, как и планировалось, публикации о геномах обоих микроорганизмов появились в престижном журнале Science{83}, {84}. По иронии судьбы, которая, несомненно, порадовала Вентера, статья в Science появилась примерно в то же время, когда он с коллегами получил письмо апелляционного комитета NIH об окончательном отказе. В нем Смиту и Вентеру сообщали, что предложенный ими метод «стрельбы из дробовика» к применению не пригоден. Тем временем после отстранения Уотсона от работы на пост руководителя проекта по расшифровке генома человека назначили выдающегося врача-генетика Фрэнсиса Коллинза. Но Уотсон далеко не ушел – вел подковерные игры и часто излагал Коллинзу свою точку зрения. Ученые из TIGR занялись другими проектами, однако Вентер стоял на своем, поскольку он знал, что существует иной, лучший способ полностью расшифровать геном человека. И он был прав. Внутренний аудит показал, что при взятых темпах к установленному сроку – 2005 г. – будет успешно секвенирована лишь часть генов. Навязанная Уотсоном сложная структура со множеством групп, получавших гранты, со своими задачами не справлялась. Волокита убивала любую инициативу и даже, возможно, губила сам проект.
ЖАЖДА СКОРОСТИ
Никто никогда не перепутает корпорацию Perkin-Elmer с Exxon или Procter & Gamble. Но в определенных кругах она была широко известна: ей принадлежало около 90 % рынка химикатов, необходимых ученым для секвенирования ДНК. В 1990-х гг. одно из подразделений компании, Applied Biosystems, работало над секретным проектом – автоматизированным секвенатором ABI Prism 3700, в котором высокоскоростное секвенирование ДНК производилось путем замены больших гелевых пластин, использовавшихся в то время, на тонкие, заполненные гелем капилляры, или трубки{85}. Эндрю видел прототип этого устройства за несколько месяцев до собрания ASM. Он ездил в Эдмонтон (канадская провинция Альберта) к профессору Норману Довичи, выдающемуся химику-аналитику, имевшему опыт исследования одиночных молекул, чтобы обсудить сотрудничество в новом направлении – секвенировании путем синтеза. Профессор
Ознакомительная версия. Доступно 17 из 87 стр.