Начало проекта “Геном”
В тот вечер после доклада я вернулся в свою комнатушку в общежитии, бросился на кровать и невидящим взглядом уставился в потолок. Да, я сделал неплохую карьеру, некоторые даже назовут ее выдающейся. Да, у меня прекрасная, прочная должность с солидной финансовой поддержкой, увлекательные проекты, меня приглашают читать лекции со всего мира. Что же я так себя подставил? Зачем во всеуслышание пообещал прочитать геном неандертальца? Да, если получится, это станет моим величайшим достижением. А если нет? Позор, публичный позор, конец карьере без вариантов. В докладе я живописал скорый успех, но сам-то знал, сколько чудовищных трудностей лежит между обещанием и реальным результатом. Нам понадобятся по крайней мере три вещи: большое количество аппаратов 454 для секвенирования, очень много денег и хорошие образцы костной ткани неандертальцев. Ничего этого у меня не было, но, кроме меня, никто об этом не догадывался. Но я-то знал! И поэтому лежал на кровати, смотрел в потолок, а в голове неотступно крутились тревожные мысли: что делать, как делать, нужно, чтобы все получилось…
Перво-наперво следовало получить доступ к аппаратам секвенирования в 454 Life Sciences. Очевидно, я должен поехать в Брэнфорд, в Коннектикут, к Джонатану Ротбергу. От Колд-Спринг-Харбор это не очень далеко. На следующее утро я собрал за завтраком всех основных участников неандертальской работы, все они как раз были на конференции: Эд Грин, Эдриан Бриггс и Йоханнес Краузе. Мы загрузились во взятую напрокат машину и направились в Брэнфорд. А надо сказать, что у меня есть прискорбная манера брать на себя слишком много и считать, что я все успею, и в результате я везде опаздываю: и на собрания, и на самолеты, и вообще не укладываюсь в расписание. Теперешняя поездка не была исключением. Мы неслись по дороге к Порт-Джефферсону на севере Лонг-Айленда и точно знали, что опоздаем на паром в Бриджпорт. Но… успели! Пристроились самыми последними, но успели! (Задняя часть нашей машины даже немножечко свисала над водой, пока паром пыхтел через пролив.) И я думал: как символично — удача буквально балансирует на нашей стороне, раз нам так повезло с паромом.
После этого мы несколько раз бывали в 454 Life Sciences, но тогда приехали впервые. Вживую Джонатан Ротберг производил такое же впечатление, как и по телефону: напористый, с массой авантюрных научных идей. И тут же, как будто для равновесия, присутствовал датчанин Майкл Эгхольм, приземленно-практичный и каждое дело доводивший до конца. За время нашей совместной деятельности оба они заслужили мое глубочайшее уважение. Вместе они составляли потрясающую пару: Джонатан давал общее направление и напор, а Майкл претворял дело в жизнь. В тот день мы обсуждали главное — что потребуется, чтобы прочитать неандертальский геном. Мы собирались применить технику шотган, или, по-другому, метод дробовика: ее ввел в обиход Крейг Вентер в своей компании Celera, когда работал над прочтением человеческого генома. Этот подход заключался в том, что сначала секвенируют фрагменты ДНК вразбивку, случайным образом, а потом с помощью компьютерных программ составляют из них длинные цепочки, ориентируясь на наложение одинаковых кусочков, то есть раскладывают кусочки внахлест. Главная трудность такой техники — распознать нуклеотидные повторы; в геноме человека и обезьяны такие повторы составляют примерно половину всего объема. Большинство повторов имеют длину сотни или даже тысячи нуклеотидов, многие повторы встречаются в геноме в сотнях или тысячах копий. Поэтому при использовании метода дробовика нужно ориентироваться не только на короткие, а скорее на длинные фрагменты, захватывающие “мостики” между повторами. Тогда повтор можно заякорить с двух сторон штучными (неповторяющимися) фрагментами и, таким образом, получить представление, между чем и чем этот повтор протягивается. Но наша древняя ДНК уже сама разбилась на короткие фрагменты. Так что мы собирались построить неандертальский геном, приняв в качестве матрицы эталонный человеческий геном (эталонный — то есть первый составленный геном человека). Понятно, что таким способом определяется набор фрагментов, представленных одной копией в геноме, повторы же мы и не надеялись выстроить. Но по-моему, жертва эта не слишком серьезная: штучные или уникальные последовательности составляют самую интересную часть генома, ту, которая содержит значительную долю генов с известными функциями.
Еще нам предстояло решить, какую часть генома мы возьмем в оборот. До приезда в 454 я держал в голове цифру в 3 миллиарда неандертальских нуклеотидов. Эта цифра диктовалась, во-первых, тем, что я считал в принципе достижимой целью, и, во-вторых, примерным размером человеческого генома. Из-за фрагментации древней ДНК мы вынуждены будем иметь дело с такой ситуацией, когда множество кусочков прочитаются только один раз, другие прочитаются дважды, некоторые трижды и т. д. А какие-то участки генома не попадут в наш список совсем, просто потому, что не окажутся ни в одном из прочитанных фрагментов. Согласно статистике, около двух третей всех нуклеотидов должно хотя бы один раз найтись в наших прочтениях, а одна треть так и не объявится. Генетики называют это “однократной глубиной покрытия”, так как каждый нуклеотид имеет вероятность высветиться один раз. Я считал, что с однократной глубиной покрытия прочтение в нашем случае вполне достижимо и вдобавок даст неплохую прикидку неандертальского генома. И еще важно помнить, что этот геном станет определенным этапом исследований. Пусть потом другие секвенируют неандертальские кости, появятся прочтения новых геномов, их можно будет наложить на наш, увеличивая глубину покрытия еще и еще, пока неандертальский геном не предстанет в полном объеме, почти полном, пусть и без повторов.