[ЗАСТАВКА] [ЗАСТАВКА] [ЗАСТАВКА] [ЗАСТАВКА] [ЗАСТАВКА] Секвенирование — это определение последовательности нуклеотидов в ДНК, то есть, по сути, чтение небольшого участка молекулы или даже всей молекулы ДНК целиком. Первые методики были разработаны в конце 70-х годов XX века, и вот эта первая технология получила название метода обрыва цепи, поскольку в ней использовался прием остановки синтеза молекулы ДНК. Эта первая технология позволяла даже в оптимальных условиях эксперимента прочитать строение фрагмента, состоящего из нескольких сотен нуклеотидов. Наиболее масштабным проектом по секвенированию ДНК по мере развития технологии чтения стал проект «Геном человека». Формально он начался в 1990 году и практически завершился к концу 2003 года. Общие затраты на эту масштабную работу оцениваются в интервале от 3 до 10 миллиардов долларов. Ну, не вдаваясь в особенные подробности методики, можно сказать, что суть процесса чтения сводилась к следующим процессам: сначала весь геном (а геном — это очень много, у человека это около 3-х миллиардов пар оснований в молекуле ДНК), так вот, геном разрезали на относительно небольшие куски длиной где-то по 150 тысяч пар нуклеотидов. Их положение в геноме было известно. Потом участки анализировались уже по отдельности: сначала их снова дробили (пока случайным образом, да?), потом секвенировали обычными методами (тем же методом обрыва цепи) и полученные последовательности нуклеотидов ДНК собирали в единое целое с помощью специальных компьютерных программ. Вот разработка таких программ для собирания воедино этого прочтенного текста — это тоже очень большой этап работы в процессе чтения генома. В общем-то, проект завершился даже несколько быстрее, чем рассчитывали исследователи, но на сегодняшний день темпы работ кажутся все равно чрезвычайно медленными. Дело в том, что в конце 80-х годов появилась — ну а потом все больше и больше совершенствовалась — методика, которая, на первый взгляд, не имеет непосредственного отношения именно к чтению генома, — методика массового копирования небольшого определенного участка ДНК. Этот метод получил название метода полимеразной цепной реакции, и вот его развитие позволило существенно упростить и ускорить процесс чтения. Современный прибор, который осуществляет чтение генетических текстов, такой секвенатор нового поколения, он определяет, естественно, не всю сразу последовательность ДНК, а по небольшим фрагментам, кускам со средней длиной где-то в 500 пар нуклеотидов. Чтение осуществляется сразу с двух фрагментов участка... с двух концов этого фрагмента, и в результате мы имеем два кусочка текста. А потом уже эти информационные обрывки начинают собирать в непрерывную геномную последовательность. Это весьма непростая, хотя решаемая задача, поскольку среди этих фрагментов обязательно найдутся частично перекрывающиеся фрагменты текста, и при совмещении их мы будем постепенно наращивать прочтенный участок. Наращивать и объединять, наращивать и объединять — это осуществляется специальными компьютерными программами и продолжается так до тех пор, пока, наконец, с каждого конца не начнутся области таких протяженных повторов, которые как раз характерны для концевых участков хромосом. Вот процесс сборки информационных обрывков он очень сложен алгоритмически, и идеальной программы — сборщика текстов — ее пока еще просто нет. Но тем не менее секвенаторы нового поколения они уже стали существенно дешевле и эффективнее своих предшественников. В общем-то, индивидуальный геном можно прочитать за несколько дней. Ну и стоимость работ здорово упала, да? За вот эти 10 с небольшим лет, что прошло от завершения программы «Геном человека», стоимость упала где-то до 10 тысяч долларов за один геном. Подождем немного, и каждый сможет прочитать свой геном за разумные деньги. В настоящий день секвенировано очень много геномов. Это, конечно, и человек, и ближайший родственник — шимпанзе, любимая мушка дрозофила и комнатная муха, крыса, мышь, курица, кролик, дельфин, многоножка — короче, количество прочтенных геномов огромно, и продолжают читаться новые и новые. Что это нам дает? К сожалению, вообще, прочесть — не всегда означает понять. Но тем не менее детальное знание человеческого генома открывает новые перспективы в медицине и биотехнологии. Появились простые способы проведения генетических тестов, которые позволяют определить наличие или отсутствие (что гораздо лучше) предрасположенности к различным заболеваниям: к раку молочной железы, к нарушениям свертываемости крови, к заболеваниям печени и множеству других. То есть очень многие современные медицинские лаборатории легко проводят анализы на наличие в геноме пациента мутаций по определенным генам. А чтение других геномов? Ну вот, муха цеце — переносчик трипаносомы, которая вызывает сонную болезнь. Ее геном секвенирован, и геномные данные прояснили вообще очень многие ее уникальные особенности этой мухи: что она обладает превосходным зрением, зрением, адаптированным для эффективного поиска добычи; этих мух привлекает синий цвет, а это, в общем-то, обстоятельство очень важное для разработки ловушек. Прочтен не только геном мухи цеце, но и самого возбудителя заболевания — трипаносомы, а это, в общем-то, хороший шаг на пути борьбы с этим неприятным заболеванием. Другое насекомое, да не насекомое даже — многоножка, сороконожка или сколопендра (как еще правильнее), чей геном недавно секвенирован, представитель типа членистоногих не вызывает никаких заболеваний, ничего не переносит, но зато прочтение ее генома позволило выявить очень интересные эволюционные факты. Насекомые и многоножки совершенно по-разному решили проблему атмосферного дыхания в те далекие эволюционные времена, когда их предки выходили на сушу. В геноме многоножек широко представлены те группы генов, которые отсутствуют у насекомых. И наоборот, они лишены генов обоняния, которые есть у насекомых. У многоножек нет генов, которые отвечают за кодирование световых рецепторов, нет генов, которые отвечают за контроль циркадного ритма. Это вообще очень какой-то удивительный организм. Ну то есть помимо эволюционных аспектов, данные, полученные при составлении генома многоножки, ну вот, в общем-то, имеют ряд практических применений: от природоохранного до борьбы с вредителями сельскохозяйственных растений. И вот тут мы сталкиваемся с вами с еще одной стороной молекулярно-генетических исследований: сравнение геномов позволяет реконструировать события далекого прошлого, будь это учетверение геномов у древних позвоночных, которое было выяснено с помощью секвенирования генома ланцетника, либо это исторически молодые пути миграции народов, либо это история возникновения нашего вида — человека разумного. То есть возможность анализа геномов привела к появлению новой науки — молекулярной антропологии, палеогенетики. Реализуется еще один очень интересный проект, начало которого... ну идею которого положил геном человека. Это проект функциональной аннотации геномов млекопитающих, то есть составление карты генов, работающих в разных клетках, в разных органах, ну в первую очередь, конечно, у человека. Это очень масштабная задача, но, в общем-то, ее облегчает тоже появившийся не так давно метод кэп-анализа экспрессии генов. Он разработан лет 15—20 назад и дает возможность понять, какие гены активны в клетке, и не только понять, какие активны, но даже провести количественный анализ этой активности. В организме-то работают более 400 различных типов клеток, и хотя мы, в общем-то, помним, конечно, что все клетки генетически идентичны, потому что образуются путем митоза (ну мы не будем тут трогать клетки иммунной системы с их гипермутагенезом). В основном клетки по генотипу одинаковы. Но в каждой специализированной клетке реализуется свой генный набор. И поэтому атлас клеток, который вот сейчас находится в процессе формирования, атлас работы генов в клетках, он дает возможность понять, как на генном уровне клетки приобретают свою специализацию, и какие изменения в геноме, допустим, приводят к заболеваниям. А понимание природы заболевания на молекулярном уровне — это вообще хороший шаг к решению проблемы борьбы с этим заболеванием. Ну в общем-то, можно сказать, что каждый последующий шаг в молекулярно-генетических исследованиях он открывает все новые и новые возможности. Количество информации, поступаемой с каждой научной работой, растет и очень быстро растет. Информация противоречивая, в ней иногда очень трудно ориентироваться, но вот одно совершенно точно — секвенирование геномов не только сделало революцию в биологии, но и открыло нам такие перспективы в работе, что, пожалуй, новых открытий нас ждет гораздо больше, чем уже сделано. [ЗАСТАВКА]
