Расшифрованная жизнь. Мой геном, моя жизнь - Крейг Вентер

Каждый из доноров, включая меня и Хэма, обязан был пройти инструктаж по возможным рискам и по процессу получения обоснованного согласия, а затем подписать соответствующие соглашения. Когда Бродер выдал нам проект документа о согласии, подготовленный совместно с консультативной группой, я пошутил, что донор, способный на эякуляцию после прочтения всех тридцати страниц этого сложного правового документа, нам не нужен, потому что наверняка окажется юристом.

Каждый донор получал за предоставленный образец 100 долларов. Женщины сдавали кровь из вены, а мужчины – кровь и сперму (хотя на сдачу спермы согласились не все). (Одна известная общественная деятельница, услыхав об этом процессе, пожаловалась: «Логично! Мужчинам платят за оргазм, а женщин колют иглой!») Полученным образцам присваивался кодовый номер, причем шифр личности донора был известен только Бродеру.

Из донорского материала мы пытались вырастить клеточные линии и создать библиотеки, а затем проводили пробное секвенирование. Группа моих ведущих специалистов, в том числе Бродер, отобрали пять финалистов на основе анонимной информации, включавшей кодовый номер, пол и расу. В число финалистов вошли мы с Хэмом и три женщины – афроамериканка, китаянка и латиноамериканка. Я до сих пор не знаю имен этих дам. Хотя многие доноры, включая журналистов, впоследствии говорили о своем участии в проекте, не имелось никакого способа установить связь между ними и секвенированной ДНК без повторного анализа полученных от них образцов. Опубликованная в конечном итоге структура представляла собой сочетание данных по всем пяти донорам, причем сам факт, что нам удалось составить подобную сборку из полученных последовательностей, доказывает сходство людей на уровне ДНК по всей планете.

Участники государственной программы при выборе генома для секвенирования столкнулись с еще более серьезными трудностями. Коллинз и его коллеги с гордостью говорили о том, что пользовались смесью ДНК от 15–20 человек, и полученная геномная последовательность, таким образом, представляет собой некоего анонимного «всеобщего человека». На основе образцов, полученных от энтузиастов – аспирантов, сотрудников лабораторий и так далее, с годами сформировались многочисленные библиотеки ДНК бактериальных искусственных хромосом (BAC), причем это произошло задолго до того, как люди начали задумываться об этических проблемах геномики. После того, как несколько доноров раскрыли свои имена, эти библиотеки были уничтожены, что вновь затормозило реализацию государственной программы. В результате все данные государственной программы по геному человека были получены на образцах от одного или двух доноров (этот факт чрезвычайно долго скрывался).

Сразу после секвенирования последнего фрагмента генома дрозофилы Celera начала полномасштабное наступление на геном человека. Оно началось 8 сентября 1999 года. В результате напряженной работы наших инженеров и фирмы ABI частота отказов секвенаторов, ранее достигавшая 90 %, сократилась до 10 %; в любой день отключалось для ремонта по крайней мере 30 устройств (каждая стоимостью в 300 тысяч долларов), однако остальные 300 секвенаторов обладали достаточной мощностью для расшифровки генома человека менее чем за один год.

Тогда же, однако, возникла необходимость поторопиться. Руководство государственной программы сообщило, что ее сотрудникам уже удалось секвенировать около четверти генома. Кроме того, мои соперники вновь изменили свою политику, заявив, что намерены вначале получить лишь «черновую» версию генома, причем сделать это к будущей весне, несомненно, организовав презентацию для прессы. Основные различия между работой Celera и модифицированной государственной программой сводились к стандартам и стратегиям, к противостоянию стохастического анализа всего генома и традиционного подхода «клон-заклоном». Я знал, что у нас выигрышная стратегия, и даже при наличии таких же или более высоких секвенаторных мощностей государственные лаборатории могли бы соперничать с нами, лишь переняв нашу тактику.

За год до начала нашего проекта, в сентябре 1998 года, официальная государственная политика исследований стала сводиться к тому, чтобы получить черновой вариант генома раньше, чем Celera, и завершить работу к 2003 году, к пятидесятилетней годовщине открытия двойной спирали Уотсоном и Криком. Наши коллеги теперь старались с максимальной скоростью загружать максимальное количество сырых результатов в общедоступные базы данных. Мои соперники – пять оставшихся центров по исследованию генома, называвшие себя «группой пяти», – убедили себя в том, что таким образом лишают меня возможности запатентовать геном и первым завершить его расшифровку. Эта логика представлялась мне глупой и детской. В то время, как мои многочисленные критики на все лады обсуждали вопрос о публикации данных Celera, государственные лаборатории бездумно сбрасывали информацию о последовательностях ДНК в общедоступные базы данных, откуда их каждый вечер радостно скачивали фармацевтические компании, чтобы оформить патенты. Таким образом, наивная политика противников патентования генома человека приводила к обратному: заявки на патентование генов подавались в более ранние сроки, причем почти все они были основаны на данных, полученных не Celera, а государственными лабораториями.

Благодаря тонкой работе с общественностью, никто, кажется, не понял, что высокая цель – секвенирование генома человека с помощью высокоточного и полного анализа одной хромосомы за другой – была заменена получением «чернового варианта», далеко уступающего результатам Celera по тщательности и полноте. Исходный лозунг «Качество прежде всего» оказался забытым. Забытыми оказались и недостатки модели секвенаторов 3700, занимавшей центральное место в работе Celera. В статье группы Салстона, опубликованной в журнале Science{157}, утверждалось, что поскольку это устройство секвенирует более короткие фрагменты («риды»), у него нет преимуществ перед уже существующими приборами. Эта статья вызвала падение курса акций как Celera, так и ABI. По иронии судьбы, мои конкуренты, проигнорировав недостатки секвенаторов 3700, толпами ринулись приобретать эти не до конца проверенные машины. За год после создания Celera объем продаж компании ABI составил около миллиарда долларов. Только Wellcome Trust потратил на модель 3700 больше средств, чем Celera, поставив перед своим Институтом Сенгера задачу секвенировать всего 25–30 % генома человека. Тем временем Массачусетский технологический институт предоставил Эрику Ландеру заем на покупку даже большего количества машин, чем готово было профинансировать государство, рассчитывая на погашение кредита за счет грантов от Фрэнсиса Коллинза (они до сих пор составляют более 40 миллионов долларов в год). Таким образом, лаборатория Ландера стала крупнейшей в консорциуме, финансируемом государством.

Изменения в стратегии «группы пяти» были чрезвычайно выгодны для моего начальства. Ханкапиллер и Уайт с восторгом обеспечивали государственную программу, которая теперь предусматривала покупку секвенаторов модели 3700 и различных реагентов на миллионы долларов. Они напоминали торговцев оружием, начавших войну для того, чтобы продавать свой товар обеим сторонам. Признаться, обидно было потратить столько усилий на сплочение коллектива Celera, а потом наблюдать, как наш деловой «партнер» снабжает оборудованием наших соперников быстрее, чем нас.

Итак, мы и наши конкуренты использовали одни и те же приборы, но при этом наши стратегии различались. «Секвенирование» для большинства людей означает фактическую сборку пар оснований генетического кода в правильном порядке. И действительно, высыпать кусочки пазла на стол еще не означает собрать его. Тем не менее, поскольку государственные лаборатории работали над тысячами мини-проектов расшифровки генома, по одному секвенируя BAC, у них имелись тысячи мини-пазлов для упорядочения, ориентирования и сборки, а у нас – всего один, но огромный. Никогда бы не подумал, что они будут претендовать на осуществление сборки бактериальных клонов или хромосом, располагая только кусочками пазла. Я рассчитывал на честную победу, надеялся на наших программистов, наши программы и наш мощный компьютер, которые обеспечили бы нам победу в соревновании с куда более крупным соперником в лице государственной программы.

Для сборки ДНК по результатам секвенирования методом дробовика требуется определенный минимальный охват последовательностей. Так, однократный (1Х) охват бактериального клона, состоящего из 100 000 пар оснований, означает, что вам удалось генерировать 100 тысяч пар оснований из последовательности ДНК. Это не означает, однако, что вы по одному разу секвенировали каждую букву последовательности. Тонкость состоит в том, что мы имеем дело со случайно генерированными фрагментами. (Если разорвать 50 газет на 50 отдельных страниц каждую, перемешать их в коробке и наугад вынуть 50 страниц, вряд ли у вас получится целиком какая-нибудь газета). Если объединить случайные фрагменты, то, согласно статистическим прогнозам, однократный охват фактически отражает состав лишь около 66 % ДНК клона. (Некоторые фрагменты будут дублироваться, некоторые – отсутствовать.) Для отражения структуры 96 % ДНК требуется троекратный охват (3Х). Метод сборки ДНК, принятый в государственной программе, требует охвата от 8Х до 10Х для того, чтобы упорядочить и сориентировать все участки и, таким образом, реконструировать бактериальный клон. Когда-то мы считали, что и нам необходим подобный уровень. После успешной расшифровки генома дрозофилы, однако, я понял, что нам удастся достичь охвата хромосом человека 99,6 % и выше, прилагая намного меньше усилий. Благодаря нашей стратегии спаренных концов, которая предусматривала секвенирование ДНК с обоих концов клонов, состоявших из 2, 10 или даже 50 тысяч пар оснований, оказалось, что для получения последовательности ДНК с правильным порядком и ориентацией требовался лишь пятикратный охват.