Геном и постгеном

Вашингтон. Восточный зал Белого дома. Вспышки фотокамер. Высокопоставленные гости в ожидании. Президент США Билл Клинтон готовится произнести речь. Рядом с ним два человека, которых публика тщетно пытается узнать в лицо, — это не политики, не дипломаты, не бизнесмены. Наконец Клинтон открывает церемонию: «Сегодня мы изучаем язык, посредством которого Бог создал жизнь. И мы испытываем еще большее благоговение перед сложностью и дивной красотой драгоценнейшего и священнейшего из Его даров…» Речь идет о проекте по расшифровке генома человека. А два человека рядом с президентом — это Фрэнсис Коллинз, руководитель международного проекта «Геном человека», и его конкурент Крейг Вентер, глава частной компании, проводившей аналогичные исследования.

Проект «Геном человека» завершался минимум трижды. Первый раз это случилось в июне 2000 года, когда президент США Билл Клинтон и премьер-министр Великобритании Тони Блэр объявили, что расшифровка генома в целом закончена, но пока «в черновом варианте». Второй раз официальные представители Национального института исследований человеческого генома США сообщили об этом в апреле 2003 года и опубликовали подборки статей в ведущих научных журналах. Ученые — люди тщеславные, им очень хотелось завершить проект к 50-летию публикации статьи Джеймса Уотсона и Фрэнсиса Крика о структуре молекулы ДНК (именно там она впервые была изображена в виде двойной спирали), которая появилась в Nature в апреле 1953 года и с которой началась эпоха молекулярной генетики.

2003-й и поныне считается годом окончания проекта, хотя ничего особенного тогда не произошло, а последовательности отдельных участков ДНК публиковались еще три года. В мае 2006-го в печати появилась расшифровка хромосомы № 1, последней в списке. Формально на этом проект и завершился, хотя остались непрочитанными еще около процента последовательностей, которые очень сложно идентифицировать современными способами.

Геном человека химически устроен просто. Есть хромосомы, в основе каждой из них — молекула ДНК, состоящая из повторяющихся элементов. Элементов этих, в свою очередь, четыре вида, называются они нуклеотидами. Нуклеотиды — буквы генетического языка — связываются друг с другом в цепочки, каждая такая цепочка и есть наша ДНК. Прочитать геном — значит определить последовательность всех нуклеотидов, что и было сделано для одного «модельного» генома.

Итак, что же мы имеем по окончании самого грандиозного проекта в биологии стоимостью около 3 млрд долларов, примерно по доллару на каждую прочитанную генетическую «букву» в цепочке длиной 3 млрд нуклеотидов продолжительностью в 16 лет, если считать с 1990-го по 2006-й? Мы узнали, что в геноме 20–25 тысяч генов, определили около 2000 мутаций, ответственных за болезни, поняли, что люди отличаются друг от друга всего 0,1% генома, то есть разница между двумя особями составляет 3 миллиона нуклеотидов, и теперь учимся расшифровывать геномы все быстрее и дешевле.

Донорами ДНК в проекте «Геном человека» стали десятки людей — чьи конкретно хромосомы пошли в дело, хранится в тайне (по слухам, это был геном одного мужчины). Неизвестны имена доноров и в частном проекте компании Celera Genomics, сделавшей ту же работу в десять раз дешевле — за 300 млн долларов. Но уже в 2007 году научный руководитель Celera Genomics Крейг Вентер опубликовал последовательность собственного генома, определенную всего за миллион долларов.

Началась гонка под девизом: «Один геном за одну тысячу долларов». Сейчас в ней участвуют сотни лабораторий по всему миру, и цену уже удалось сбить до десятков тысяч «за штуку». По идее, к концу следующего года научный мир должен прочитать около 30 тысяч индивидуальных геномов, что позволит сравнить генетику разных людей по множеству параметров. Например, определить, от чего зависят психические заболевания, устойчивость к болезням, умственные и физические способности… Наступает эпоха детального знания о том, какие болезни нам угрожают, как корректировать питание, нагрузки, как развивать детей (и в какую сторону).

Теоретически возможно даже конструирование нужных качеств и искусственное внесение их в организм. Но большинство серьезных ученых утверждают, что думать об этом пока рано. Впрочем, здесь полезно вспомнить, что классик атомной физики Резерфорд незадолго до смерти сказал, что ядерная энергия в лучшем случае найдет практическое применение лет через двести. Атомную бомбу взорвали через восемь лет.

Хроника расшифровки генома

1953 — Джеймс Уотсон и Фрэнсис Крик определили структуру ДНК, в генетике началась новая эпоха: молекулярные исследования

1977 — Фредерик Сэнгер разработал метод секвенирования ДНК — чтения нуклеотидных последовательностей

1986 — Министерство энергетики США анонсирует пилотный проект по подготовке к расшифровке генома

1990 — формальное начало 15-летнего проекта «Геном человека»: помимо США его участниками стали Великобритания, Франция, Германия, Япония, Китай и Индия; начало генетического картирования

1992 — опубликованы первые карты генома с невысоким разрешением

2000 — президент США Билл Клинтон и премьер-министр Великобритании Тони Блэр торжественно объявляют о «черновом» завершении проекта

2003 — закончена расшифровка 95% ДНК

2006 — прочитано 99% ДНК человека, опубликованы данные по последней хромосоме

2007 — расшифровка первого индивидуального генома Крейга Вентера

2008 — прочитан второй индивидуальный геном — Джеймса Уотсона

2010 — к концу года расшифровано около 3000 индивидуальных геномов

2011 — будут прочитаны 30 000 геномов