Расшифровка генома человека


Каждый из кусочков головоломки теперь достаточно велик, чтобы содержать особенность, которая отличает его от соседей.
Том Уиппл — Анализ
Чуть более двух десятилетий назад Билл Клинтон выступил перед всем миром, чтобы объявить о важном открытии.
«Сегодня, — сказал президент США, — мы изучаем язык, на котором Бог создал жизнь.
Обладая этими глубокими новыми знаниями, человечество находится на пороге обретения огромной новой силы для исцеления». После многих лет работы и миллиардов долларов международная группа ученых расшифровала нашу ДНК, основу жизни.
Однако прищурьтесь на мелкий шрифт, и вы бы заметили оговорку, которая оставалась в силе до сегодняшнего дня, когда, наконец, были заполнены последние ниши генома.
В 2003 году, когда была опубликована «окончательная» версия этого генома, мелким шрифтом объяснялось, что ученые на самом деле секвенировали не весь объект, а «эухроматический геном».
Эвхроматический? Это, как объяснил Юэн Бирни, заместитель генерального директора Европейской лаборатории молекулярной биологии, «название, которое мы использовали для более доступных частей генома, и стало означать те части генома, которые мы действительно могли секвенировать».
Иными словами, они открыли язык, на котором Бог создал жизнь, взяли этот текст и «вставили туда какие-то ласковые словечки».
Прочтите исходный геном, и вы увидите, что большая часть из трех миллиардов букв его кода написана буквами A, CG или T. Лишь изредка вы найдете строку N — букву, которая дает понять, что ученые понятия не имеют, что такое там. Таким образом, эти ласковые слова записывались как «NNNNNN». Проблема в том, что внутри нас есть биты генетического кода — около 8 процентов — которые очень повторяются. И это затрудняет последовательность. Настолько сложно, «что в 2003 году считалось невозможным решить», — сказал Бирни.
Причина, по которой повторяющиеся паттерны затрудняют секвенирование генома, заключается в том, что геном не «читается» одним куском. Он нарезается и нарезается кубиками и читается множеством кусков, которые затем собираются вместе. Представьте себе головоломку. Когда его образ красив и разнообразен – когда, скажем, это замок с зубцами, флагами и всякой всячиной – это легко. Вы находите кусок, видите, куда он идет, и позиционируете его. Однако если вы доберетесь до участка луга под замком — каждая травинка такая же, как следующая — это будет намного сложнее. Именно с такой трудностью столкнулись ученые с повторяющимися разделами.
Как вы позиционируете части, когда все они идентичны? Их решение состояло в том, чтобы сбросить со счетов те части головоломки, которые не удалось решить.
За последние два десятилетия многое изменилось. Секвенирование этого первого генома обошлось примерно в 3 миллиарда долларов.
Сегодня вы можете сделать это за 1000 долларов США (1335 долларов США). Ваш геном будет отличаться от первого плана всего тремя буквами из каждых 10 000. Но в этих различиях лежит большая часть того, что делает вас, ну, вами.
Благодаря этой технологии появилась возможность регулярно проводить скрининг младенцев на наличие генетических заболеваний, адаптировать лечение рака к типу опухоли и многое другое. Благодаря геномике мы узнали, что в Европе романтический выбор наших предков означает, что мы примерно на 2 процента неандертальцы.
Тем не менее, мы до сих пор рассматривали только эухроматиновый геном.
До настоящего времени. За последние два года на рынке появились машины, которые могут секвенировать фрагменты генома длиной 20 000 или даже 100 000 букв, по сравнению с менее чем 1000 раньше.
Это означает, что одинаковые фрагменты больше не идентичны, потому что каждый фрагмент головоломки теперь намного больше. В этом, казалось бы, однородном участке травы на нашей головоломке каждый из кусочков теперь достаточно велик, чтобы содержать особенность, которая отличает его от его соседей — генетический бугорок, холмик крота ДНК — это означает, что мы можем вставить его в нужное место. Это позволило, наконец, полностью опубликовать геном.
Всего было добавлено три региона. Первая — это центромера, за которую молекулярный механизм тела цепляется и тянет за собой, чтобы отделить хромосому во время размножения.
Это очень важно с функциональной точки зрения, но ученые считают, что точный состав кода внутри, вероятно, менее интересен.
Второй — рибосома, важнейшая часть генетического механизма, опять же, в функциональном смысле.
Третий, по словам Бирни, охватывает «странные части генома… места, которые часто повторяются по странным эволюционным причинам. Я не сомневаюсь, что там будет интересная биология».
Так работа закончена? Отнюдь не. «Эухроматический геном уже был ужасно сложным», — сказал Бирни. «Это не значит, что это завершает картину, и вдруг мы можем сказать: «Ага, все, готово». Нам еще многое предстоит понять». Настоящая революция в геномике еще только начинается.