Геном – за четыре с половиной тысячи

Расшифровка (секвенирование) генома скоро станет такой же доступной процедурой, как анализ крови.
Источник: sciencedaily.com

Программа расшифровки (секвенирования) генома человека, завершенная на рубеже миллениума, обошлось в миллиарды долларов. Средства были затрачены на создание новой индустрии, и эти инвестиции оказались весьма плодотворными.

Так называемое секвенирование следующего поколения – Next Generation Sequencing – позволяет прочитать геном конкретного человека всего лишь за 50 тыс. долл. Благодаря этому опубликованы геномы трех пациентов с разными формами рака – лимфомой, меланомой и мелкоклеточным раком легких. Однако ученым уже относительно давно поставлена задача создать метод прочтения, с помощью которого «текст» генома стоил бы не более тысячи!

На пути к достижению этой воистину эпохальной цели Игорь Назаренко из калифорнийской биотехнологической компании в городе Маунтин-Вью вместе со своими коллегами, а также специалистами Гарвардского университета сумел прочитать геном всего лишь за четыре с половиной тысячи. Им удалось создать «платформу» с высокой степенью разрешения и крайне низким потреблением дорогостоящих реагентов.

Столь мудреное название относится к хорошо уже известным ДНК-чипам. С помощью новой платформы ученые прочитали геномы трех человек, при этом точность результатов достигалась в результате 45–87-кратного перекрывания каждого генома (автоматы прочитывали от 3 до 4,5 млн. вариантов коротких генетических текстов). Впервые была достигнута точность чтения, в ходе которого одна ошибка приходилась на 100 тыс. букв ген-кода. Подобный уровень «соответствия» каноническому геному человека делает новый метод вполне приемлемым для проведения самых широких изысканий в области молекулярной генетики представителей разных народов и групп населения (популяций).

Исследования подобного рода позволят довольно быстро выявить редкие варианты генетических текстов, ассоциированные с заболеваниями человека. При такой стоимости и точности метод позволит считывать геном будущего ребенка еще до его рождения. Это во многом облегчит понимание медицинских проблем, а также даст возможность глубже понять биологию человека как вида, не говоря уже о создании самых полных баз генетических данных для последующей идентификации человека в самых разных обстоятельствах. (Например, как в случае страшного землетрясения, разрушившего недавно гаитянскую столицу Порт-о-Пренсе.)

Говоря о человеке в плане его эволюции, интересно сравнение полных последовательностей ДНК его мужской половой хромосомы Y («игрек») и таковой у шимпанзе, о чем журнал Nature сообщил в середине января 2010 года. Поразительным оказалось то, что у самого близкого к нам вида человекообразных обезьян в Y-хромосоме оказалось генов на треть меньше, чем у мужчин. Генов, кодирующих белки, у шимпанзе вполовину меньше, чем у человека.

Утеря генов, случившаяся на протяжении 6–7 млн. лет (именно тогда разошлись эволюционные пути шимпанзе и человека), сопровождалась нарастанием их несовместимости и функционального «наложения». Когда ученые сравнили хромосомы 21-й пары, то увидели, что в парных хромосомах расхождений между двумя видами значительно меньше.

Возможно, что «бурная» эволюция Y-хромосомы у шимпанзе связана также с тем, что их самки полиандричны, то есть в период течки спариваются одновременно с несколькими самцами сразу. В силу этого для поддержания генетического здоровья потомства и вида (репродуктивного фитнеса) оплодотворение яйцеклеток должно осуществляться самой «мужской», мужественной, или вирильной, спермой. За ее образование и отвечают гены, собранные эволюцией на молекулярном уровне в Y-хромосоме.

Исследователи с сожалением отмечают, что их надежды на прочтение генома шимпанзе, законченного пять лет назад, пока не оправдались. Один из них так прокомментировал сложившуюся на сегодня ситуацию: «Мы затратили огромные ресурсы в надежде, что сравнение геномов человека и шимпанзе поможет нам понять природу рисков, связанных с развитием чисто человеческих заболеваний, а также генетическую основу нашей способности говорить и творить искусство и поэзию, а пока мы столкнулись только с различиями в спермпродукции».

Но далеко не все соглашаются с подобной пессимистической трактовкой новейших достижений. Оптимисты проводят историческую параллель с тем же Карлом Линнеем, впервые попытавшимся «систематизировать» природу и дать максимально полный каталог всех известных в его время видов животных и растений. Примерно тем же сегодня занимаются и молекулярные онкологи, пытающиеся составить как можно более полный каталог соматических мутаций в геномах людей с различными формами рака. Соматические мутации возникают, как считается, в организме, а не передаются от родителей с половыми клетками, что отличает семейные формы рака от спорадических.

Знание подобных мутаций позволит онкологам прояснить молекулярные процессы, протекающие на геномном уровне, задолго до проявления первых признаков ракового перерождения.