ГЕНОМ ЧЕЛОВЕКА ЗА ТЫСЯЧУ ДОЛЛАРОВ, ИЛИ МЕЧТАТЬ ПОЛЕЗНО

Е.КЛЕЩЕНКО

"Что бы ты сделал, если бы у тебя была волшебная палочка?", "Какие три желания ты загадал бы, если бы стал всемогущим?", "На что бы ты потратил миллион?" — вопросы, любимые педагогами и психологами. Конечно, ни миллион, ни всемогущество от таких упражнений не появятся, но цель состоит в другом: помочь человеку понять, что ему нужно и что для него важно. Может быть, кому-то следует поработать над пакетом желаний, прежде чем отправляться ловить золотую рыбку...

Журнал "Nature Genetics" опубликовал на своем сайте ответы на "вопрос года", которые предложили известные современные генетики (все ответы можно посмотреть на здесь). Вопрос, понятно, соответствует тематике издания: "Что бы вы сделали, если бы уже сегодня можно было секвенировать последовательность ДНК, равную по длине человеческому геному, всего за 1000 долларов?"

Геном человека — это примерно три миллиона нуклеотидов. Проект "Геном человека" стоил миллиарды долларов. Сегодня секвенирование такой последовательности одним из самых дешевых методов — с помощью 454-секвенирования или пиросеквенирования, о котором "Химия и жизнь" писала в январе 2006 года, — обходится в сумму от 10 до 50 000 долларов. Однако мировое научное сообщество поставило себе задачу понизить стоимость секвенирования до тысячи за геном человека, и, по мнению некоторых экспертов, вскоре это будет сделано. Так что самое время задуматься над тем, как мы используем эту возможность.

Здесь приводятся не все ответы, которые есть на сайте, а те, что приведены, даны в сокращенном виде, главным образом для того, чтобы избежать повторов. Конечно, некоторые мысли неизбежно приходят во многие головы: например, о прочтении индивидуальных геномов, об использовании результатов в медицине и антропологии, о сохранении геномов редких видов... Но есть и оригинальные идеи, которые, возможно, удивят и заставят задуматься читателей.

Уолтер Бодмер, Оксфордский университет

Моей первоочередной задачей было бы секвенировать геномы, допустим, 100 000 предположительно здоровых индивидов, представляющих основные этнические группы современного человечества. При отборе следует руководствоваться географическими критериями, но в то же время нужно, как это делалось в нашем проекте "Население Британских островов", минимизовать влияние относительно недавних миграций и смешанных браков. Мы обеспечивали это, собирая образцы в сельской местности и только у людей, все бабушки и дедушки которых проживали в этой же местности. Получится моментальный снимок современной генетической структуры Homo sapiens...

Майкл Стрэттон, Институт Сенгера, Великобритания

Существует обширный источник вариаций генома человека, который в настоящее время скрыт от нас. Взрослый человек состоит примерно из 10м клеток. После нескольких делений, которые происходят между оплодотворением яйцеклетки и формированием функциональной клетки взрослого организма, ошибки репликации ДНК приводят к тому, что геномные последовательности отдельных клеток различаются между собой. Поразительно, но в геноме одного человека можно найти мутации, наверное, по каждому из 3 миллионов пар оснований! Большинство их безвредно, однако есть несколько важных исключений. Раковая опухоль — потомство одной клетки, вышедшей из-под контроля в результате несчастливого сочетания мутаций сразу в нескольких раковых генах. 1000-долларовый сиквенс позволил бы прочесть геномы десятков тысяч опухолевых клеток разных классов (а также нормальной ДНК тех же индивидов) и создать полный каталог мутаций. Наконец, можно было бы исследовать соматические мутации в нормальных клетках, определить, насколько они различаются в разных типах ткани, в разном возрасте и при разных стилях жизни: это подарит нам открытия в области клеточной биологии и геронтологии.

Питер Литл, Университет Нового Южного Уэльса, Сидней

Такая низкая цена вызывает к жизни легкомысленные идеи. Подавив первые побуждения, я постарался сосредоточиться на серьезных вещах: исследовании комплексных генетических нарушений, происхождения человека, на моей собственной области — секвенировании мРНК и генетике экспрессии... Потом я все же задумался о легкомысленном — но с чего бы начать? Я бы использовал возможность секвенировать геном за 1000 долларов, чтобы исследовать генетику красоты и счастья. На основании всех наших сведений о вариациях в ДНК я попытался бы выяснить хоть что-то о том, как передается по наследству эта ветвь морфологического развития (т.е. красота. — Е.К.), а также о личности и ее взаимодействие с культурой. В конце концов, потратить часть наших средств на нечто близкое сердцу каждого человека, а не только ученого или клинициста — это конечно же разумное вложение денег налогоплательщиков. Легкомысленно? Быть может, но не слишком.

Расмус Нильсен, Копенгагенский университет

...Лично для себя я хотел бы секвенировать геномы людей с наследственным панкреатическим раком и их родных, чтобы выяснить, какие генетические факторы отвечают за эту болезнь. Это смертельное заболевание убило нескольких моих родственников. Хотя это, может быть, ничего не изменит, я очень хочу узнать, есть ли у меня генетическая предрасположенность к нему.

Элизабет Фишер, Университетский колледж, Лондон

Я хочу потратить бабки (dosh в оригинале. — Е.К.), чтобы организовать себе немедленный доступ ко всему множеству точечных мутаций в любом гене или участке генома мыши, который меня заинтересует. Каким образом? ENU (N-этил-N-нитрозомочевина) — мощнейший мутаген, который сейчас используют во многих проектах по всему миру, чтобы получать случайные точечные мутации у мышей. Во всех публичных (и частных) коллекциях замораживают образцы спермы от самцов мышей, обработанных ENU, и каждый образец содержит десятки индивидуальных точечных мутаций. Значит, я могу исследовать десятки тысяч замороженных образцов, создать архив с онлайн-доступом, и мы просто выберем в нем интересующий нас генотип...

Такаши Годжобори, Национальный институт генетики, Япония

Исследовать спектр мутаций в геноме — важнейшая задача для генетиков, потому что новые мутации — это единственный источник генетического разнообразия. Современные успехи в секвенировании позволяют нам прочесть геном ребенка и его биологических родителей и таким образом увидеть все мутации: нуклеотидные замены, рекомбинации, дупликации, инверсии и т. п... Аналогичным образом сиквенс спермы, полученной от одного мужчины, может выявить мутационный спектр для сперматогенеза. (Конечно, на людях такие исследования должны проводиться с особенной заботой о конфиденциальности и соблюдении этических норм.) Применительно к другим организмам, таким, как мыши или мечущие икру рыбы, можно исследовать и мутационный спектр оогенеза.

Ричард Коттон, Исследовательский центр геномных нарушений, Австралия

Вариации человеческого генома, известные к настоящему времени, не систематизированы и не индексированы соответственно фенотипам. Из-за этого исследователи и клиницисты не могут быстро найти нужную мутацию. Нужно документировать все вариации, их фенотипы, эффекты, исследования и т. п. и создать свободный доступ к этим данным. Это уже мечта о проекте "Вариом человека" (http:// wwwhumanvariomeproject.org/)...

Эммануил Т.Дермицакис, Институт Сенгера, Великобритания

Я вырос в Греции и обычно провожу там лето, в горных деревушках на материке и на Крите, и я наблюдаю в этих местах интересную популяционную динамику, взаимодействия между людьми из соседних деревень и общин. Я также вижу очень высокие частоты комплексных и моногенных болезней — скорее всего, это связано с природой и размером популяции-основателя. И я бы потратил 5—10 миллионов долларов, чтобы отсеквенировать геномы целой деревни. Это позволит идентифицировать все варианты, изолированные в таком сообществе, а также демографические и поведенческие характеристики, характеристики выбора партнеров и поможет объяснить, стоит ли за всем этим генетика. Также появится возможность исследовать аллели, связанные с болезнями и редкие везде, кроме этих групп. Это весьма интересный шанс для ученого — совместить геномные технологии с медицинской генетикой и изучением социального поведения.

Хонг Ксуан Лин, Шанхайский институт физиологии и экологии растений

Существует 21 дикий вид рода Oryza. Хорошо известно, что в геномах диких родственников риса скрывается множество полезных генов, и их следует использовать. Если можно будет секвенировать полный геном человека за 1000 долларов, мечты о новой "зеленой революции" сбудутся...

Майкл Роудс, компания "Applied Biosystems", США

Если сказать ребенку, что он может взять любую конфету, какую захочет, он начнет радостно перепрыгивать от одной возможности к другой. Так же радостно я смотрю на возможные применения дешевого сиквенса. Очевидно, что медицинские применения будут важными, но что мне тоже очень приятно будет увидеть — это проект "Гея-Геном" (Gaia Genome Project), стратегическая цель которого — отсекве-нировать гены всех живых существ. Даже если число видов не будет расти, нам мало что известно о генетическом разнообразии в масштабах планеты...

Брюс Лэн, Чикагский университет

Все клетки тела человека, как и любого многоклеточного организма, происходят от одной-единственной клетки: оплодотворенной яйцеклетки. Следовательно, все они связаны общим происхождением, точно так же, как и все виды живых существ. И наподобие филогенетического древа, иллюстрирующего родственные связи всех видов, онтогенетическое древо изображает родство всех клеток организма... Мутации в ДНК, происходящие в ряду клеточных делений, теоретически могли бы использоваться при построении онтогенетического древа... Две случайно выбранные клетки одного человека могут иметь от нескольких штук до нескольких десятков различных соматических мутаций, и чем ближе эти клетки по происхождению, тем меньше будет различий...

Поль Нерс, Рокфеллеровский университет

...Еще один возможный проект — секвенировать ДНК, выделенную из микроорганизмов, живущих внутри человека, например в кишечнике, и на поверхности его тела — на коже, в носу, в анусе. Это позволит идентифицировать микроорганизмы, связанные с телом человека, включая и те, которые не удается культивировать. Если проводить такие исследования в масштабе популяции, возможно, выявится связь между присутствием и количеством отдельных микроорганизмов и склонностью индивида к определенным заболеваниям или состояниям, скажем, к ожирению. Подобная связь, существующая между Helicobacter и язвой желудка, показывает, какими неожиданными путями микробы могут влиять на здоровье человека...

Манель Эстеллер, Испанский национальный онкологический центр

Эпигенетика (и в особенности метилирование ДНК, самая стабильная эпигенетическая метка) играет важную роль во взаимодействии генетической информации со средой. Следовательно, полный анализ статуса метилирования ДНК по каждому динуклеотиду CG — ДНК-метило'м — может быть чрезвычайно полезным для понимания клеточной физиологии и природы болезней. Если мы прочтем полный метилом за 1000 долларов, почему бы не позволить себе амбициозные планы? Мы могли бы изучить метиломы в различных контрастных условиях: в эмбриональных или взрослых стволовых клетках — и в раковых клетках, в нейронах и в клетках мышечной ткани, у новорожденных и стариков, у близнецов с различной переносимостью болезней, у членов одной семьи, в клетках мозга, пораженного болезнью Альцгеймера, по сравнению со здоровыми...

Серджио Вериовский-Алмейда, Университет Сан-Пауло

Мы могли бы исследовать наименее консервативные участки генома, а также консервативные, но не кодирующие белки. Эти консервативные участки предположительно имеют важные функции у всех людей: как выяснилось, они являются источником вездесущих смысловых и антисмысловых некодирующих РНК — составляющей "интрома" человека. Некоторые из этих молекулярных посланий тканеспецифичны, а их транскрипция регулируется физиологическими факторами, такими, как гормоны. Многие из них повышают риск заболеваний. Накопление данных по индивидуальным вариантам интронов, несомненно, приведет к созданию более мощных компьютерных инструментов для идентификации биологически значимых свойств, регулируемых интронами.

Есихидэ Хаясидзаки, Иокогамский институт RIKEN

Получение множества сиквенсов от разных индивидов поможет определить понятие "нормальной" геномной последовательности — сейчас у нас нет такого определения. Дешевый сиквенс станет мощным средством реализации "четырех Р" — prediction, prevention, personalization and participation (предсказание, предотвращение, персонализация и участие) и приведет к развитой "персональной медицине"...

Лоренс Харст, Батский университет

Есть пословица, которую я терпеть не могу: "Любопытство сгубило кошку". Четырехлетнему ребенку известно, что элементарное любопытство и игры — лучший способ познания мира. Но если игривое настроение обычно среди теоретиков, то для экспериментаторов это непозволительная роскошь. Будет прекрасно, если удешевление сиквенса изменит это положение вещей. Лично я был бы рад узнать, что' создает наследуемые различия в способностях к музыке. Слова родного языка понимают все, но есть значительная часть популяции, которая совсем не воспринимает музыку: для этих людей нет разницы между Бахом, Бетховеном, "Битлз" и белым шумом. Какие варианты отвечают за это? Могут ли это быть те же гены, которые связаны с языком?.. Дешевый (и, надеюсь, точный) сиквенс поможет нам найти иголочки спонтанных мутаций в геномном стоге сена... Дешевое секвенирование, надеюсь, также поможет переопределить стандарты анализа экспрессии генов благодаря получению полного транскриптома через прямой РНК-сиквенс. И наконец, почему бы нам не секвенировать геномы исчезающих видов? Если какую-нибудь кошку сейчас губят, нам следовало бы прочесть ее геном.

Элен Острендер, Национальный исследовательский институт человеческого генома, США

Я бы вернулась на 15 лет назад, к тому вопросу, который побудил меня заняться сравнительной геномикой: какие генетические механизмы контролируют специфическое поведение различных пород собак? Почему питбуль так отличается от золотистого ретривера, а терьер — от бассета? Если принять во внимание, что эти различия передаются из поколения в поколение, независимо от среды или воспитания, мы должны признать, что они контролируются, по крайней мере частично, на генетическом уровне. Я бы сперва подобрала породы, демонстрирующие крайние формы поведения, и попыталась бы понять генетические основы "пастушеского" поведения колли или стойки у охотничьих собак... Во вторую очередь я хотела бы разобраться, что делало собаку лучшим другом человека на протяжении тысячелетий, подвергнуть генетическому исследованию такие традиционно "собачьи" качества, как "верность", "доверие" и самое мое любимое — "слепое обожание". Может быть, мы наконец выявим молекулярные основы способности прощать и чувства долга — двух уникальных поведенческих особенностей, общих для собаки и человека? И еще я бы изучила семьи собак, в которых проявляется аномальное поведение — агрессивность, компульсивные расстройства — и попробовала бы понять генетику той малой части психических расстройств, которые являются общими для человека и его лучшего друга. Хм-м-м... похоже, это будет большая работа. Как насчет 500 долларов за геном?

Аксель Мейер, Констанцский университет

На самом деле секвенирование геномов сейчас все более заметно — и все менее демократично — собирается в центрах геномики. Надеюсь, технология "геном за 1000 долларов" переломит эту тенденцию. Для ученых с более широкими интересами удешевление сиквенса означает, что будут прочтены геномы более разнообразных видов. Может быть, окажется полезным изучение популяций иных видов, чем Homo sapiens? Предсказание Жака Моно, "что верно для кишечной палочки, то верно и для слона", в конце концов может оказаться неверным... Новорожденная научная дисциплина, геномика, пока находится в фазе по преимуществу описательной, естественно-исторической, и скорее следует за техническими возможностями, чем поверяет теории. Геномика все еще ждет своего Дарвина, того момента, когда все кажущиеся бессвязными описания геномов найдут себе место в осмысленной картине мира. Рискну предположить, что это тоже может быть как-то связано с эволюцией.

Лес Бисекер и Эрик Грин, Национальный исследовательский институт человеческого генома, США

Вот важный вопрос, который необходимо тщательно обдумать: "Как будет строиться общение врача и пациента, когда индивидуальный геномный сиквенс станет рутинной медицинской процедурой?" Возможно, полногеномный сиквенс будет нести избыточную информацию, в которой окажется слишком много неопределенного и слишком много потенциальных "плохих новостей". В этом случае технология "геном за тысячу" будет использоваться преимущественно в клинических исследованиях. В то же время, быть может, некоторые пациенты захотят знать, насколько велик для них риск болезни с выраженной генетической компонентой, какие медикаменты им полезны, какие вредны и не следует ли им изменить свою жизнь, чтобы уменьшить риск. Тогда врачам и другим работникам здравоохранения придется создать методы для получения такой информации в подходящей форме. Нам нужно понять, как исследовать пациентов с учетом того, что они хотят или не хотят знать о своих геномах. Какую информацию они желают получить? Насколько надежной должна быть информация, которую доводят до сведения пациента? Нужно ли сообщать человеку, что медицинские генетики установили новые факты, которые имеют прямое отношение к его случаю?.. Только когда мы всесторонне исследуем эти вопросы, то сможем быть уверены, что используем с максимальной выгодой преимущества нового инструмента.

Труди Маккэй, университет штата Северная Каролина

Первое, что я сделала бы, — полный сиквенс 500 чистых линий Drosophila melanogaster, которые недавно получены от дикого типа и подробно охарактеризованы по фенотипу. Поскольку один геном человека — это примерно 25 геномов дрозофилы, общая стоимость составит всего 20 000 долларов. Природные популяции дрозофилы — это настоящий кладезь генных вариаций, прошедших через сито естественного отбора, и эту изменчивость уместно связать и с проблемами здоровья человека, и с адаптивной эволюцией...

Джордж Черч, Гарвардская медицинская школа

Если эквивалент полноразмерного генома можно будет секвенировать за 1000 долларов, то все экзоны — кодирующие области (иначе говоря, экзом) обойдутся нам всего в 10 долларов. Это выгода, мимо которой невозможно пройти. Для 6 миллионов людей понадобится всего 60 миллионов долларов. Экзом — это всего 1% генома, который легче всего интерпретируется и с наибольшей вероятностью влияет на фенотип. Даже если цена никогда не упадет до 10 долларов, экзом уже сейчас, в 2006 году вполне по карману среднему классу: он стоит порядка 4000 долларов (например, если использовать полонисиквенс)... (Черч с коллегами придумал так называемое полонисеквенирование, и не исключено, что именно этот метод или его производные решат задачу "генома за 1000", так что "самореклама" Черча в каком-то смысле оправданна. — Примеч. ред.)

Стивен О'Брайен, Национальный институт рака, США

Прежде всего я взял бы 38 000 тысяч долларов у какого-нибудь благотворителя и получил бы сиквенсы каждого из 38 видов семейства кошачьих. Это обеспечит две вещи. Во-первых, мы получим практически безграничную коллекцию SNP и STR (мононуклеотидные полиморфизмы и короткие тандемные повторы используют для изучения внутривидовых индивидуальных вариаций. — Примеч. ред.), чтобы исследовать прошлое, настоящее и будущее геномного разнообразия внутри каждого вида (а это важно, поскольку все кошки, кроме домашних мурок, относятся к охраняемым или исчезающим видам). Во-вторых, это позволит выявить изменения, которые произошли при расхождении эволюционных путей внутри семейства Felidae — возможно, наиболее четко дифференцированного в молекулярном отношении семейства млекопитающих. Затем я взял бы сто видов млекопитающих, которым угрожает наибольшая опасность, и секвенировал бы их геномы: во-первых, чтобы попытаться замедлить их надвигающееся уничтожение, а во-вторых, чтобы сохранить генетическую информацию видов, которым мы позволяем исчезнуть, на случай если у наших потомков появятся технологии, которые помогут им лучше использовать эту информацию. Наконец, я взял бы 375 000 долларов (может, у Национального исследовательского института человеческого генома?) и секвенировал бы геномы 375 ныне живущих видов приматов, чтобы сравнительная геномика получила в неограниченном количестве материалы по группе, к которой принадлежит и человек.

Итак, какие можно подвести итоги? Может быть, главное, что бросается в глаза, — это расширение познаваемого мира, которое нам принесет новый сиквенс. Конечно, и метилом, и экзом, и транскриптом (последние два слова — по идее, не синонимы, так как не все транскрипты кодируются экзонами), и вариом человека еще непривычны нашему слуху, но ведь и геном когда-то был почти абстрактным понятием. Ясно также, что и облик медицины изменится очень заметно: вкладные листы с результатами генотипирования могут появиться в историях болезни скорее, чем мы предполагаем.

И напоследок: хотелось бы верить, что идея Элен Острендер рано или поздно найдет отклик у исследователей и спонсоров. И в самом деле, где мы возьмем другую такую замечательную модель, чтобы изучить вклад генетики в психику? Ведь и павловское путешествие во Внутренний Космос началось с собаки...