Мама вела встречи в книжном клубе для жен преподавателей Вашингтонского университета, выбирая в один год книги африканских писателей, в другой – восточноевропейских. Выбор доставлял ей не меньшее удовольствие, чем обсуждение. Список из ста самых любимых книг, который она села составлять для меня, разросся до ста шестидесяти пяти. «Что может быть лучше хорошей книги?» – не уставала она повторять. Однако читать ей оставалось недолго. Поздно ночью 21 января 2003 года в моем электронном журнале появилась запись: «У мамы разновидность Альцгеймера (диагностировали за эти две недели). Сердце кровью обливается».
Деменция надвигалась постепенно. То мама с легкостью решала кроссворд, а то забывала сказанное минуту назад. Рассеянность выводила ее из себя, она уже дошла до той мучительной стадии, когда больной чувствует, что теряет разум, но ничего не может с этим поделать. Сознание погружалось в долгие сумерки, за которыми сгущалась темнота. Я видел все ужасы Альцгеймера воочию, и они меня убивали. Если я мог хоть как-то помочь избавить от подобной участи других, стоило попытаться.
В день появления этой записи мне исполнилось пятьдесят – возраст, когда начинаешь задумываться о том, что оставишь после себя. В сентябре 2003 года я открыл Институт исследований мозга, сделав вклад на 100 миллионов долларов. Устав института вышел довольно амбициозным: «Нам выпала эпохальная возможность объединить исследование генома и мозга, а также использовать информацию и технологии для работы в области нервно-психических, нейродегенеративных и психических нарушений».
Помещение для института мы нашли во Фримонте, тихом районе Сиэтла, примыкающем к судоходному каналу. Там хватило места, чтобы разместить под одной крышей все наши отделы: технологический, молекулярной биологии, анатомии, программного обеспечения, баз данных. Присматривать за моим детищем вновь предстояло моей сестре – в качестве президента и председателя совета директоров. В консультационный совет вошли ведущие ученые, включая нескольких авторитетных участников памятного «мозгового штурма».
Главной сложностью при создании атласа был невероятный объем информации, которую предстояло собрать и обработать. Если данные по геному человека состояли из буквенных комбинаций, то наши представляли собой снимки высокого разрешения, требующие гораздо большего объема памяти. Первоначальный атлас мышиного мозга включал 85 миллионов снимков на 250 000 слайдах – это 600 терабайт данных (600 000 гигабайт, или 600 триллионов байт). Больше половины всего объема Интернета на момент начала работы.
Почти с самого начала мы столкнулись с неожиданной дилеммой. Брать ли плату за пользование нашей базой данных? С одной стороны, абонентская плата и отчисления за коммерческую работу помогли бы расширить производство. С другой стороны, успех института должен был оцениваться по открытиям, сделанным на его основе наших данных. Чем шире будет доступ к атласу, тем больше шансы на научный прорыв. Абонентская плата сузит круг пользователей до ведущих университетов и крупных фармацевтических компаний, отрезая доступ ученым из Йоханнесбурга или Сеула, не располагающим такими средствами. Поэтому мы решили сделать базу общественным достоянием, обеспечив свободный интернет-доступ и снабдив сайт удобным интерфейсом. И никакой регистрации.
Мозг, попадающий на посмертное исследование, сильно отличается у разных людей. Доноры разнятся по возрасту, наследственности, биографическим данным – все это влияет на форму и функции мозга. И поэтому, как и бесчисленные наши предшественники, занимающиеся человеческим организмом, мы начали с идеального лабораторного млекопитающего – с мыши. Мозг мыши размером не больше миндального зерна и весит примерно как ложка сахара. Однако он представляет собой потрясающее поле для картирования. Формой и содержанием он сходен с человеческим, и 90 % мышиных генов имеют человеческие аналоги. Уже через восемь недель с помощью близкородственного скрещивания мы получим почти идентичные образцы мозга мышей одинакового восьминедельного возраста.
Мы применили передовую технологию гибридизации, разработанную в немецком институте Планка и опробованную позже в Медицинском колледже Бейлора. Мышиный мозг нарезается сверху вниз на сотни сегментов и помещается в раствор РНК для проведения пробы на конкретный активный ген – по одному гену на сегмент, пять-шесть генов на мозг. Таким образом выявляются все нейроны, в которых экспрессируется этот ген.
Гигантский масштаб работы по созданию атласа всех генов требовал тщательно организованной оперативной оцифровки сотен тысяч снимков. По примеру бейлоровской лаборатории мы выстроили роботов в конвейерную линию и прокрашивали препараты круглосуточно (доходило до 4000 в неделю), фотографируя срезы под микроскопом и перекачивая снимки в базу данных.
Через год работы я назначил руководителем проекта Алана Джонса, который курировал сотрудничество с Бейлором и набирал большую часть наших сотрудников. Должность ответственнейшая, но Джонс быстро оправдал надежды. В декабре 2004 года мы выпустили первую часть алленовского «Атласа мозга» – визуальные данные по без малого 2000 генов. Дэвид Андерсон, член консультационного совета, выступивший с идеей создания атласа, подсчитал, что за год и два месяца нам удалось провернуть объем работы, над которым ученый-одиночка корпел бы 77 лет.
База данных никуда не годится без интерактивной поисковой системы. Если человек не может найти и скачать то, что ищет, база подобна огромной библиотеке без каталога. Структурируя атлас мышиного мозга, мы создали программу, отвечающую и на вопрос «что», и на вопрос «где». Предположим, вы ищете ген, повышающий чувствительность к болеутоляющим средствам типа морфия, и хотите знать, где он экспрессирован. Сперва вам будут предложены двумерные снимки высокого разрешения, где этот ген показан на клеточном уровне. Затем специальное приложение, 3D Brain Explorer, продемонстрирует, как этот ген представлен в «общем» мозге всех мышей, принимавших участие в исследовании. Или, например, можно ввести в поисковик слово «миндалина» (область мозга, отвечающая за страх и тревожные предчувствия) и посмотреть, какие помеченные разными цветами гены активны в данном участке. И в том и в другом случае вы получаете беспрецедентный доступ к данным об экспрессии генов на клеточном уровне.
Сперва нейробиологи отнеслись к нашему проекту скептически. Институт Аллена был новичком, за которым стоял технарь, никак не зарекомендовавший себя в их области. Наш промышленный подход выбивался за привычные рамки, и, кроме того, прошло некоторое время, прежде чем люди убедились – данные действительно находятся в свободном доступе, никакого подвоха.
Менее чем через два года работы, в сентябре 2006-го, точно в намеченный срок, атлас мышиного мозга был выпущен в полном объеме. Скомпоновав первую базу данных, мы обнародовали следующие выводы.
Генетическая активность в мозге куда выше, чем мы думали. Ранее считалось, что в мозге экспрессируется примерно две трети генома. Как видно из «Атласа Аллена», соотношение это ближе к 80 % – что объясняет, например, откуда возникает побочный эффект у лекарств, предназначенных для других органов.
Гены экспрессируются в конкретных участках. Большинство из них включается в совершенно определенных подгруппах клеток или долях мозга. Это открытие позволило проследить, как варьируются биохимические процессы в различных секторах мозга и как это связано с индивидуальными функциями этих секторов. Разобравшись в этих вариациях, ученые смогут более точно регулировать биохимическую активность в пораженных участках мозга.
