Задача получить за 1000 долларов полную информацию о последовательности нуклеотидов в человеческом геноме выглядит вполне реальной. Немного смущает срок в 5-10 лет (X Prize взяла его не с потолка, а со слов самых авторитетных разработчиков быстрых методов секвенирования, но их оптимизм может оказаться немного преувеличенным). Однако рубеж в тысячу у. е. — это только промежуточный финиш. Самое интересное начнется после: полученную информацию надо будет интерпретировать.
Для начала текст можно сразу сократить на порядок, вычеркнув накопившуюся за миллиарды лет явно бессмысленную информацию. Внутри генов можно исключить из рассмотрения интроны — участки, которые вырезаются после синтеза матричной РНК. Зато придется учесть, что некоторые гены разбросаны по хромосомам, другие кодируют сразу несколько белков и т. д. — в общем, до начала анализа надо будет свести объем информации к осмысленным «словам». Большинство из этих примерно 30000 генов (вернее, пар генов) придется исключить из рассмотрения: идентифицировать функции каждого из закодированных в генах белков — задача куда более сложная, чем разработать метод дешевого секвенирования генома, а протеомика — очень молодая наука.
Выявление фенотипических проявлений генного полиморфизма (вариантов структуры генов, существенных для функций их белков) — следующий этап на пути к практическому применению информации об индивидуальном геноме. Обратите внимание: для анализа персонального генома надо исследовать не одну, а обе хромосомы в каждой из 23 пар — поэтому в условиях конкурса и указаны не три, а шесть миллиардов пар нуклеотидов. Даже такие простые признаки, как цвет кожи или глаз, определяются несколькими парами генов.
Организм состоит из сотен типов клеток, и в каждом из них активна только часть генов — и активна по-разному, в зависимости от множества внешних и внутренних факторов. Вспомните школьный учебник биологии с рисунками двух овечек одной породы (у той, которая выросла в холодном климате, шерсть заметно гуще и длиннее) и представьте, сколько сотен разных белков у них функционируют по-разному.
Белки регулируют активность друг друга (а также — своих и чужих генов) множеством прямых и обратных связей, а метаболомика, которая изучает эти связи и их механизмы, — еще более молодая наука, чем протеомика. Только между мужчинами и женщинами в одном из недавних исследований выявили около двух тысяч различий в функциях одних и тех же белков! И это между «мужчинами вообще» и «женщинами в целом».
Уже сейчас достаточно точно известна роль тысяч генов, определяющих неизбежные наследственные болезни или повышение вероятности многих наследственно обусловленных заболеваний (а к ним, по осторожным оценкам, относится не меньше половины человеческих болячек). А главное — в общих чертах известно, что, где и как искать. Фармакогеномика сейчас делает самые первые шаги — не столько из-за неполноты знаний, сколько из-за высокой стоимости анализа индивидуальных и даже расовых различий в работе ферментов. Когда расшифровка генома станет процедурой, доступной рядовым гражданам не слишком бедных стран, по такому анализу можно будет получить прогноз индивидуальной предрасположенности к заболеваниям — а кто предупрежден, тот вооружен. И для лечения болезней можно будет назначать наиболее подходящие конкретному больному препараты в оптимальной дозировке.
Тысяча долларов — это не просто круглая цифра. Давно подсчитано, что производство лекарств и оказание медицинских услуг становятся рентабельными, если они доступны хотя бы каждому третьему из нуждающихся в них. Реальная стоимость «генетического паспорта» будет больше — ведь полученные данные необходимо проанализировать и разработать на их основе индивидуальные рекомендации. Но ожидаемая польза для здоровья сто,ит и намного большей суммы. А для человечества в целом затраты на разработку методов быстрого и дешевого секвенирования генома несомненно окупятся.
Александр Чубенко,
главный редактор интернет-журнала "Коммерческая биотехнология "
Что же, собственно, получит пациент после того, как его геном будет, наконец, прочитан? Ответы на этот вопрос, которые сегодня дают серьезные специалисты, звучат сдержанно. Вот что пишет, например, Джордж Черч в журнале Edge о том, как это происходит сейчас: «По результатам анализа вашего генома компании либо дадут вам генеалогическую информацию о вас и ваших предках, либо медицинскую — если окажется, что у вас одна из небольшого количества генетических болезней, которые поняты настолько хорошо, что в этом случае можно что-то предпринять. Но другой информации они вам, как правило, не дадут — не скажут о тех вещах, которые нельзя вылечить или предупредить. Вам просто пришлют отчет, где простыми словами будет сказано, к какому врачу обратиться, какие анализы сделать и т. п.».
Черч называет эту не слишком вдохновляющую перспективу «аналитическим уровнем» проблемы персонального генома. Разумеется, создание персонализованных лекарств и методов лечения не отменяется. Однако в качестве концептуальной альтернативы — синтетического подхода к персональной геномике — Черч выдвигает нечто откровенно фантастическое: перестройку и конструирование живых систем. Впрочем, фантастика здесь смешана с уже предпринятыми практическими шагами: возглавляемая Черчем BioFab Group вовсю работает над переносом принципов конструирования электронных схем в область биологических систем. Бактерии в экспериментах уже выстраиваются по команде в слова «Hello, world» — но даже краткое обсуждение этой работы слишком далеко уведет нас от заданной темы.
Отметим лишь, что выстраивание дальних и именно фантастических (то есть знакомых с детства по научной фантастике) перспектив давно стало одним из важнейших механизмов продвижения крупных научных и технологических проектов.
Несравненно более скромный, чем у Черча, но тоже яркий, а главное, немедленно реализуемый вариант НФ-сопровождения своих проектов разрабатывает уже упоминавшаяся 454 Life Sciences (название часто сокращают до 454). Речь о нашумевшем плане секвенирования генома неандертальца. Работа идет в сотрудничестве с генетиком из Института Макса Планка Сванте Пэбо (Svante Pa..a..bo), известным своими исследованиями митохондриальной ДНК, выделенной из окаменевших костей неандертальца. Пэбо, изобретатель технологий анализа древних ДНК, давно хотел заняться полным секвенированием неандертальского генома, но никак не мог найти подходящую техническую базу — и тут ему как раз позвонил основатель 454 Джонатан Ротберг (излагаю историю по интервью, данному вице-президентом 454 Майклом Эгхольмом [Michael Egholm] журналу Technology Review). Главная сложность задачи — в плохом качестве генетического материала, извлеченного из костей, пролежавших в какой-то хорватской пещере 38000 лет, и компенсировать это можно обработкой примерно в 20 раз большего количества нуклеотидов, чем обычно. Отличный случай протестировать новую ускоренную технологию, разработанную 454! Для разминки уже проделаны тестовые «сканы» участков длиной в миллион пар нуклеотидов — прежний рекорд для неандертальцев составлял несколько сотен. Но главная НФ-задача впереди: попытаться выяснить, какие гены отвечают за то, что мы все-таки стали людьми. Недавно было проведено секвенирование генома шимпанзе. Различие с нами — в 35 млн. пар. В 454 исходят из того, что шимпанзе и мы разошлись в эволюционном развитии 5 млн. лет назад, а неандертальцы и мы — только 500 тысяч лет назад. План такой: взять эти 35 млн. пар и посмотреть, что в этих местах записано в геноме неандертальца — то, что у нас, или то, что у шимпанзе. На тех нескольких миллионах пар, которые уже просеквенированы, ДНК неандертальцев лишь в четырех процентах случаев совпадает с ДНК шимпанзе, в остальном они ближе к людям. «Эти-то четыре процента — самые интересные! — говорит Эгхольм. — Мы надеемся, что там могут быть гены, ответственные за высшие поведенческие функции. Было бы потрясающим успехом найти гены, ответственные за речь, познавательные способности, развитие мозга. Можно представить себе, что когда будут возникать гипотезы о том, какие гены у человека отвечают за высокоуровневое восприятие, мы сможем сравнить их с геномом неандертальцев и посмотреть, есть ли различия».