Обитатели земных глубин. О самых странных существах на планете - Карен Ллойд

Ознакомительная версия. Доступно 12 из 58 стр. готов был дать начало более многочисленной популяции, однако все они реагировали на разные изменения условий. В результате Джули и Митч пришли к немыслимому заключению: в мире существуют еще миллионы видов микробов, о которых мы даже не подозревали. Когда они впервые представили свои результаты на конференции, я услышала, как один из присутствующих достаточно громко заявил, что это полная чушь.

Поначалу тема редкой биосферы оставалась спорной – по той причине, что метод пиросеквенирования выдавал ошибки. Кстати, отчасти из-за этого меня не очень смущал тот факт, что в 2006 году я все еще по старинке пользовалась методом Сэнгера и клетками E. coli. В методе пиросеквенирования используется однонитевая ДНК, иммобилизованная на твердой поверхности. Но ДНК не любит оставаться в виде одной нити, она предпочитает сворачиваться в двойную спираль. Разделяя две нити, вы разделяете две группы оснований, и одна группа как будто кричит “Марко…” и ждет, что кто-то в ответ выкрикнет “Поло…” – и они опять найдут друг друга[20]. Но только в данном случае однонитевая ДНК кричит “AGTCCC…” и ждет, что кто-то ответит “…GGGACT”, чтобы воссоединиться. Дело в том, что основание A имеет тенденцию спариваться с T, а G – с C. Правильный порядок образуется по правилу, воспетому в знаменитой строчке из песни Мисси Эллиотт: “Нужно развернуть и перевернуть”[21].

Метод пиросеквенирования заключается в том, что при каждом связывании “Марко” и “Поло” происходит вспышка света, и это позволяет определять последовательность ДНК. Связывание оснований само по себе не сопровождается вспышками света, иначе наши тела постоянно искрились бы, а наш мир, к сожалению, не такой яркий. Вспышки света возникают благодаря смеси ферментов, которые используются в реакциях пиросеквенирования, причем один из них выделяют из брюшка светлячков. Хорош этот метод тем, что его можно автоматизировать: на крохотном чипе иммобилизуют миллионы различных фрагментов ДНК, промывают раствором, содержащим основания одного типа (например, G), и фотометр высокого разрешения регистрирует место на чипе, где происходит вспышка (то есть где связывается основание G), а затем тот же процесс повторяют с другим основанием и так далее, еще и еще, проводя необходимое количество циклов со всеми четырьмя основаниями. Плохо то, что метод не работает для последовательностей ДНК с длинными повторами одного и того же основания. Учитывая это ограничение, многие исследователи с трудом верили в реальность всех тех редких последовательностей, которые обнаружили Джули и Митч. Это могло быть просто ложным световым сигналом ферментов из брюшка светлячков.

Скептический настрой развеялся благодаря исследованиям, проведенным компанией Illumina. Как и при 454-пиросеквенировании, в этом методе тоже используют иммобилизованную ДНК, которую амплифицируют в отдельных точках чипа, и излучение света. Однако в данном случае вспышки света контролируют тщательнее, так что проблем не возникает, даже если в последовательности есть участок из повторов. Так была решена основная проблема 454-пиросеквенирования и окончательно подтверждено существование редкой биосферы. Впрочем, метод, предложенный компанией Illumina, тоже иногда выдает ошибки по той простой причине, что он основан на определении местоположения миллионов светящихся точек на чипе размером с почтовую марку, что трудно осуществить с идеальной точностью. Однако небольшие недочеты качества анализа компенсируются тем, что исследователи получают гигантский массив данных и могут себе позволить отбросить сомнительные последовательности, сохраняя только самые достоверные.

Благодаря второй революции в исследованиях ДНК ученым уже не приходится оценивать общее количество видов животных в гипотетическом дождевом лесу на основании данных лишь о нескольких видах обезьян или деревьев. Теперь у нас есть информация о миллионах видов, позволяющая составлять обширные списки. Однако анализ этих новых, мощных баз данных привел к очень разным оценкам количества видов земных микробов – от миллиона до нескольких триллионов⁵. И этот разброс позволил нам понять две вещи. Во-первых, вне зависимости от того, каким именно оценкам мы доверяем, в мире существует астрономическое количество микробов – намного больше, чем мы думали еще двадцать лет назад. А во-вторых, все оценки ошибочны. Абсолютно все.

Да-да, именно так: они все ошибочны. И уверена я в этом потому, что все подобные эксперименты проводятся с помощью амплификации методом ПЦР. Помните, что такое ПЦР? Прихотливый процесс, который ставит на колени отпетых атеистов?

Главная проблема всех методов секвенирования связана с необходимостью использовать ДНК-праймеры для выбора нужных нам последовательностей ДНК. Чтобы составить полный список всех микробов в конкретном образце, нам нужно подобрать ДНК-праймер, подходящий для всех видов микробов на Земле. По сути, праймеры определяют предварительный выбор последовательностей на основании предположения, что мы уже знаем, какую последовательность хотим найти. И это не очень хороший рецепт, чтобы обнаружить нечто новое.

Если использовать все ту же аналогию с дождевыми лесами, можно сказать, что применение праймеров для описания всего разнообразия видов сравнимо с попыткой описать всех обитателей лесов при умении находить только крылатых существ. В дождевом лесу много животных с крыльями: птицы, насекомые, летучие мыши, белки-летяги, и даже некоторые растения имеют крылатые семена. Вообще говоря, в мире столько крылатых существ, что исследователь может ошибочно предположить, будто такой критерий отбора дает ему хорошее представление об общем разнообразии обитателей дождевых лесов. Однако на самом деле он ничего не будет знать о бескрылых жуках, муравьях, растениях, грибах, млекопитающих и земноводных, которые там живут. Он едва-едва коснется этого множества, но еще хуже, что он этого так и не поймет. И не узнает о собственной слепоте.

И поскольку все современные оценки общего разнообразия микробной жизни на Земле сделаны с помощью методов с использованием ДНК-праймеров, я с большой уверенностью могу сказать, что у нас нет правильного ответа. К счастью, новые технологии секвенирования ДНК обладают другим преимуществом: они позволяют получить такое большое количество последовательностей, что мы можем отказаться от ПЦР вовсе и секвенировать любой фрагмент ДНК, который выделяем. А это даст нам более точные представления о разнообразии обитателей Земли. Такой анализ без использования ПЦР пока еще не применялся для этих целей потому, что секвенирование без ПЦР дает меньше таксономической информации, чем с ПЦР. Поскольку мы не нацеливаемся на какой-то конкретный таксономический ген, мы находим лишь небольшое количество таксономических маркеров в общем пуле всех остальных генов в образце. Однако в конечном итоге новые методы превзойдут старые.

Важнее, что новый метод высокопроизводительного секвенирования имеет еще одно преимущество, и это, возможно, самое значительное достижение революции в исследованиях ДНК: он позволяет предсказать образ жизни странных микробов. Анализ ДНК показывает, способен ли микроб формировать свои клетки только из диоксида углерода, как

Ознакомительная версия. Доступно 12 из 58 стр.

Купить книгу