Чтение геномов – это соревнование машин

Новые технологии позволяют читать геномы бактерий за один час.
Фото Reuters

Чтение первого генома человека заняло 15 лет, и в этом году ученые отмечают десятилетие со дня опубликования его первого драфта – приблизительного варианта. Вслед за этим последовали секвенции–последовательности отдельных хромосом и создание машин-секвенаторов следующего поколения (Next Generation). Одна калифорнийская компания, ведущая в этой области, объявила о том, что уже этой осенью представит на рынок свой новый автоматический секвенатор стоимостью всего 125 тыс. долл., который менее чем за 30 тыс. долл. будет прочитывать геном любого человека менее чем за месяц.

Предлагается и альтернативный вариант – читать ДНК, пропуская отдельные молекулы сквозь поры в графене, или – еще вариант – читать геном «побуквенно». При этом будут регистрироваться различия физических свойств нуклеотидов, или «букв» ген-кода, что в пределах секунды-другой даст искомый результат. Но пока это все пилотные разработки, которые еще необходимо воплотить «в железе».

Несколько иным путем предложил идти Николай Ерошенко, который с коллегами из Гарварда предложил определять последовательности ДНК в момент их синтеза на микрочипах. Тем самым удается устранить основной недостаток методов второго поколения, связанный в отличие от «классики» с достаточно высоким процентом ошибок.

И вот пришло ошеломляющее сообщение о появлении машины третьего поколения, которая позволила прочитать геном холерного вибриона за какой-то час. Машина пока стоит свыше 700 тыс. долл., но и первые «быстрые» секвенаторы стоили около миллиона. Надо также отметить, что чтение микробного генома осуществлялось в режиме реального времени, то есть было сходно с видеообщением по скайпу. К тому же новая машина дает возможность «видеть» эпигенетически модифицированные нуклеотиды. (Эпигенез подразумевает химическую «правку» букв ген-кода уже после окончания синтеза ДНК; такая эпигенетическая модификация генов приводит к их замалчиванию или активации.)

Скорость работы новой машины связана с ликвидацией трудоемкой и долговременной операции (называемой «амплификация»). Метод третьего поколения позволяет как бы стоять над душой фермента, синтезирующего молекулу ДНК. Поэтому для него и требуется всего лишь одна молекула, а не много, для чего и нужна амплификация, или «умножение», усиление. К тому же с его помощью можно читать ДНК в труднодоступных местах хромосом, что сейчас делают чуть ли не вручную. Создатели нового секвенатора обещают, что к 2013 году научатся прочитывать геном за какую-то четверть часа!

Очередной приход холер в Южную Америку случился в 1991 году. Ученые анализировали геномы возбудителя того года, двух азиатских вспышек 2002 и 2008 годов, а также «новый» гаитянский – в целом 23 различных штаммов, или вариантов. Сравнение геномов позволило выяснить, что вспышка болезни, разразившейся на острове после землетрясения прошлого года, вызвана азиатским штаммом Эль Тор (Еl Tor), пришедшим из Бангладеш, а не южноамериканскими изолятами. По всей видимости, дело в рисе, поставлявшемся по линии гуманитарной помощи. Неясно, однако, почему холера случилась в той части острова, которая не была затронута катастрофой.

Критики и скептики признают, что новая машина, созданная в Калифорнии (в г. Менло Парк), дает цепочки прочитанной ДНК, которые в 10 раз длиннее тех, что делаются сегодня, что и позволяет во много раз ускорить процесс считывания генома. Однако у нее и ошибок больше: точность чтения не превышает 85%, в то время как у машин второго поколения этот показатель выше 99%. Если в принципах работы нового устройства не будет сделано существенных прорывов, то с его помощью можно будет быстро и успешно прочитывать геномы микробов, которые в десять раз меньше человеческого. Но никто не сомневается, что и эта ниша будет востребована. Напомним, что за 10 лет, прошедших со дня публикации первого драфта генома человека, в распоряжении науки сегодня уже почти две сотни полностью прочитанных геномов самых разных людей по всему миру. Работа осуществляется в рамках проекта «1000 геномов».