За пределами генома: микроматричный анализ молекулярного «переключения» генов. Здесь каждая точка соответствует одному из шести тысяч различных генов Plasmodium falciparum, микроорганизма, который является причиной тяжелейшей формы малярии. Для поиска эффективных лекарств или вакцины от этого заболевания необходимо выяснить, какие гены активны на разных этапах жизненного цикла плазмодия. Красным цветом обозначены гены, активные лишь в первой фазе, а не во второй, а зеленым – активные во второй фазе, но не в первой. Гены, активные в обеих фазах, обозначены желтым цветом
Глава 9
Изучение геномов. Эволюция в действии
Я с нетерпением ждал завершения секвенирования человеческого генома, чтобы узнать, насколько полученное количество пар оснований в геноме будет близким к числу 72 415 генов. Почему именно эта цифра так магически привлекала и манила меня? Происходило это в связи с событиями и сюрпризами, которые были ранее на проекте «Геном человека». В декабре 1999 года выяснилось, что между двумя важнейшими «вехами» геномной последовательности – отметками «миллиард» и «два миллиарда» пар оснований – находятся результаты анализа первой целиком отсеквенированной хромосомы – под номером 22. Хотя по размерам эта хромосома совсем маленькая – на ее долю приходится всего 1,1 % генома, в ней все равно 33,4 миллиона пар оснований. Детально проанализировав 22-ю хромосому, мы впервые попытались предположить, как может выглядеть весь геном в целом. В журнале Nature был опубликован отклик на это событие. Автор отклика написал, что мы словно «впервые взглянули на поверхность или ландшафт другой планеты». Интересным фактом стала установленная плотность расположения генов в хромосоме. Мы были уверены, что 22-я хромосома позволит нам судить обо всем человеческом геноме – в ее последовательности мы ожидали найти примерно 1,1 % всех человеческих генов. Таким образом, если отталкиваться от стандартной «академической» оценки, согласно которой, у человека около 100 тысяч генов, логично было предположить, что в 22-й хромосоме их обнаружится примерно 1100. В действительности оказалось, что 22-я хромосома содержит вдвое меньше генов: 545. Это был первый «важный звоночек» молекулярным генетикам: человеческий геном далеко не так богат генами, как нам ранее казалось.
Вопрос о количестве генов у человека стал особенно актуальным в связи с определенными событиями. На конференции о геноме человека, состоявшейся в мае 2000 года в лаборатории Колд-Спринг-Харбор, Юэн Бирни (тогда возглавлявший в Сенгеровском институте центр по компьютерномуанализу геномной последовательности) организовал конкурс, который назвал GeneSweep. Это была лотерея, выигрыш в которой зависел от правильного определения числа генов, а результат предполагалось озвучить, когда секвенирование генома будет закончено, то есть в 2003 году или ранее, как получится. Победителем было решено объявить того, чей прогноз окажется ближе всего к фактическому результату. Очевидно, что именно Бирни стал неофициальным букмекером проекта «Геном человека», ведь числа – его стихия. Закончив высшую школу в Итоне, он целый год занимался количественными исследованиями в области биологии и в это время жил в моем доме на Лонг-Айленде, весьма далеко от троп Гималаев и шикарных баров Рио, двух наиболее вероятных мест, где молодой британец предпочел бы провести свободный год перед поступлением в университет. Результатом работы Бирни в Колд-Спринг-Харборе стала публикация двух важных исследовательских работ.
Возвращаемся к нашему научному тотализатору. Исходно Бирни брал доллар за версию, но цена «участия» повышалась после опубликования каждой новой оценки, приближавшей нас к конечному результату. Я оказался в первых рядах, поставив доллар на 72 415. Я выбрал такое число специально, пытаясь попасть в промежуток между «академической» цифрой в 100 тысяч и наиболее точной текущей оценкой генома в 50 тысяч, которая была выведена по итогам секвенирования 22-й хромосомы на тот момент времени. С тех пор минуло уже более 10 лет, а генетики до сих пор спорят о точном количестве генов, но уже совершенно очевидно, что моя оценка получилась крайне завышенной. Так я потерял на угадывании генома доллар.
Пожалуй, не менее важным был вопрос, вызывавший бурю спекулятивных дискуссий и тем для разговоров намного больше, чем просто подсчет числа генов. Вопрос заключался в следующем: чьи именно гены мы секвенируем? Хотя эта информация была конфиденциальной, поскольку в данном случае от заказчиков передачи денег из рук в руки не предполагалось, тем не менее этот вопрос интересовал многих. В рамках публичного проекта все было ясно. Отсеквенированная нами выборка ДНК была получена от множества произвольно выбранных доноров-добровольцев, проживающих в районе города Буффало, штат Нью-Йорк; именно в этом районе происходила и вся обработка материалов: извлечение ДНК, внедрение ее в искусственные бактериальные хромосомы, картирование и секвенирование. Изначально компания Celera заявляла, что ее биоматериал также получен от шести анонимных доноров, представителей разных культур. Однако в 2002 году Крейг Вентер не удержался и поведал всему миру через средства массовой информации, что для секвенирования был использован и его собственный геном. На сегодняшний день эта информация – все, что связывает Вентера с компанией Celera. Руководители этой компании были так обеспокоены, что секвенирование геномов при всей своей гламурности и инновационности в перспективе может оказаться убыточным бизнесом, что переформатировали организацию в фармацевтическую компанию и в 2002 году распрощались со своим основателем. Что до Крейга Вентера, то он основал в Сан-Диего новый институт имени себя, а также еще две амбициозные компании: одна пыталась использовать бактериальные геномы для поиска свежих источников возобновляемой энергии, а вторая, подражая Celera, занимается высокопроизводительным секвенированием отдельных геномов в поисках таких вариантов, которые обеспечивают здоровье и долголетие. Как уже упоминалось ранее, Вентер заявил, что его компания Human Longevity отсеквенирует один миллион человеческих геномов к 2020 году.
Гены хромосомы человека 2: 243 миллиона пар оснований
Теперь, располагая полной последовательностью человеческого генома, мы понимаем, что плотность распределения генов в 22-й хромосоме нисколько не атипична. Если уж на то пошло, 22-я хромосома с ее 545 генами оказалась при своем маленьком размере, скорее, даже насыщена генами, а не бедна ими. В 21-й хромосоме – примерно такого же размера – удалось выделить всего 236 генов. В настоящее время всего известно около 21 тысячи генов в полном наборе человеческих хромосом (22 + X + Y). Пока остается смириться и признать, что мы по-прежнему не знаем, сколько именно генов в человеческом геноме, хотя проект «Геном человека» завершился уже более десяти лет назад. Несколько международных групп, в том числе Национальный центр биотехнологической информации при Национальных институтах здравоохранения, организация Ensembl в Англии и международный консорциум под названием GENCODE, постоянно анализируют и уточняют реестр генов. Последние прогнозы о числе генов, кодирующих белки, варьируют от 19 800 до 22 700 – в среднем получается 21 035. Кроме того, есть еще от 35 тысяч до 40 тысяч генов, кодирующих транскрипты РНК, но не кодирующих сами белки. Ясно одно: окончательное число явно не дотягивает до отметки 50 тысяч, не говоря уж о 100 тысячах генов.
