14 квітня 2003 року вчені оголосили про закінчення одного з найвидатніших досягнень в історії: першого (майже) повного секвенування генома людини. Це стало кульмінацією понад десятирічної роботи, в якій брали участь тисячі вчених у всьому світі. Багато хто сподівався, що це досягнення змінить світ на краще. І ось як насправді цей проєкт генома людини вплинув на розвиток науки.
Геном — це весь набір генетичної інформації, з якої складається організм. Це інформація у вигляді молекул, яка упакована в послідовну нитку, відому як ДНК. Лише невелика частина цих генів містить інструкції для кодування білків – молекул, які в живих організмах виконують майже усі процеси. Велика частина генома все ще вважається важливою для нашого функціонування, хоча ми поки й не розуміємо, які саме функції вона виконує. Як згодом підтвердять вчені, одна копія генома людини містить близько 3 мільярдів пар основ ДНК.
«Було багато аналогій, які люди висували, наприклад, ми були Льюїсом і Кларк. У нас насправді не було карти», — сказав Річард Гіббс, засновник і директор Центру секвенування генома людини Бейлорського коледжу в Техасі, однієї з головних установ, які беруть участь у проєкті.
Гіббс і його численні колеги знали, що їм потрібно йти на компроміси. Незважаючи на прогрес у технології секвенування з моменту офіційного початку проєкту в 1990 році, вони не змогли заповнити всі прогалини за допомогою своїх поточних інструментів. І перший геном людини був сукупністю кількох донорів крові в США, а не однієї людини. Попутно в картині з’явилася приватна компанія Celera, яка пообіцяла, що ще швидше завершить окремий проєкт генома, використовуючи власні методи. Зрештою, обидві групи закінчили достроково приблизно в один і той же час, з першими чернетками, випущеними в 2000 році, хоча Celera оголосила про свій успіх кількома місяцями раніше.
Незалежно від переможця, цей подвиг, безсумнівно, започаткував нову еру генетичних досліджень — таку, у якій з 2003 року спостерігаються великі стрибки в швидкості та ефективності.
«Я вважаю, що найважливішим досягненням за останні 20 років стала поява секвенування наступного покоління. Можливість виконувати секвенування масово паралельно, щоб ви могли робити це набагато швидше та дешевше», — сказала Стейсі Габріель, директор платформи геноміки в Інституті Броуда Массачусетського технологічного інституту та Гарварді, ще одному великому дослідницькому центрі, який займається дослідженнями людини.
«І це прийшло разом із усім пов’язаним прогресом у наших обчислювальних здібностях, щоб справді мати можливість брати ці дані й аналізувати їх у великому масштабі», – каже він.
Оригінальний проєкт коштував 2,7 мільярда доларів, причому більша частина генома була картографована протягом двох років. Нині поточний рекорд швидкості для секвенування генома становить близько п’яти годин (хоча частіше це займає тижні), і восени минулого року компанія Illumina представила машину, вартість роботи якої коштуватиме лише 200 доларів за послідовність, тоді як до цього типова вартість складала 600 доларів.
Грег Фіндлі очолює лабораторію функції генома в Інституті Френсіса Кріка у Великобританії. Його команда є однією з багатьох у всьому світі, яка будує роботу над оригінальним проєктом. Наразі вони намагаються визначити та зрозуміти, як певні варіанти генів-супресорів пухлини можуть підвищити наш ризик раку.
«Тож моя лабораторія намагається зрозуміти, як варіанти впливають на геном. Тобто ми хочемо точно знати, які варіанти викликають захворювання і чому вони викликають захворювання. Зараз ми зосереджені на певних генетичних змінах, які призводять до раку, і я вважаю, що ця конкретна сфера справді революціонізувала проєкт «Геном людини», — сказав Фіндлі.
«Тепер ми знаємо, що існує багато, багато різних генетичних шляхів, за допомогою яких клітини можуть перетворюватися на рак. І ми знаємо це, тому що нам вдалося фактично секвенувати ДНК у багатьох різних пухлинах неодноразово, у всіх різних типах раку, щоб побачити, які мутації насправді призводять до утворення раку», – каже він.
Можливо, не менш важливим був вплив проєкту на наукову співпрацю. Ці зусилля безпосередньо привели до міжнародної угоди , яка мала на меті забезпечити відкритий доступ до послідовностей ДНК. За словами Гіббса, це також ясно показало, що великі речі можуть бути можливими, коли великі групи вчених працюють разом.
«Це просто змінило те, як люди думали, що біологію можна зробити, — сказав він. – Це створило модель командної науки, якої раніше не було».
Однак навіть у той час проєкт свідомо залишив деякі речі незавершеними. Вчені картографували приблизно 92% генома до 2003 року, але іншим вченим знадобилося ще майже 20 років, щоб відстежити решту 8%. Ця відсутня «темна матерія» нашого генома цілком може дати нові підказки про те, як еволюціонували люди або про нашу сприйнятливість до різних захворювань.
Значна частина генетичної інформації, зібраної та проаналізованої з моменту завершення проєкту, походить від білого та європейського населення — ця відмінність заважає нашій здатності по-справжньому зрозуміти вплив генетики на здоров’я кожного. Але сьогодні вчені працюють над подоланням цього розриву за допомогою таких ініціатив, як « Проєкт пангенома людини» , який дозволить секвенувати та зробити доступними повні геноми понад 300 людей, які мають представляти всю різноманітність людського роду по всьому світу.
«Існують генетичні варіації, які існують у всіх популяціях світу. І якщо ви використовуєте лише варіації з частин населення світу, і ви намагаєтеся застосувати це до всіх інших, це просто не дуже добре спрацює, тому що всі ми маємо різне походження», – сказала Люсінда Антоначчі-Фултон, одна з координатори проєкту та директор із розробки проєктів і нових ініціатив Вашингтонського університету в Інституті генома МакДоннелла в Сент-Луїсі.
Якими б важливими не були генетичні дослідження, деякі очікування, які підживлювалися проєктом генома людини, ймовірно, були занадто високими.
У 2000 році, наприклад, президент Білл Клінтон заявив, що проєкт «зробить революцію в діагностиці, профілактиці та лікуванні більшості, якщо не всіх, захворювань людини».
Незважаючи на те, що ми продовжуємо відкривати нові варіанти генів, які точно передбачають шанси розвитку конкретної хвороби чи ознаки, є незліченна кількість інших, про які ми все ще не знаємо. Стало зрозуміло, що наш геном часто відіграє незначну або незначну роль у тому, чому ми хворіємо чи переживаємо щось певним чином.
Отже, хоча проєкт допоміг розкрити деякі таємниці людиини, існує ще багато запитань про те, чому ми такі, які ми є, і наші гени, ймовірно, не дадуть чіткої відповіді на багато з них.
«Я вважаю, що інколи все переоцінюється цією ідеєю, що тільки тому, що людський геном готовий, ви зможете прочитати його для якоїсь детермінованої відповіді, де пошук генів для хвороб видається простіше простого, — зазначає Габріель. — Але часто хвороби людини, особливо хвороби, які найбільше впливають на нас, це не прості генетичні хвороби. Вони багатофакторні. Це комбінації ваших генів, вашої поведінки, впливу навколишнього середовища, іноді просто невезіння».
Ніщо з цього не означає, що потенціал генетики применшується. Ганс Лерах, колишній директор Інституту молекулярної генетики Макса Планка в Німеччині, був одним із перших дослідників, які брали участь у проєкті генома людини. Він також є одним із багатьох учених, які вірять, що колись ми зможемо дешево та легко відсканувати геном людини миттєво, і що ця інформація, разом з іншими аспектами нашої молекулярної структури, допоможе скерувати конкретні ліки чи втручання, які призначають лікарі — концепція, відома як персоналізована медицина.
Примітно, що на лікування деяких видів раку вже впливають генетисні варіанти, які лежать в основі їхнього розвитку. Деякі експерти навіть стверджують, що повсюдне секвенування повного генома має починатися ще з народження , і вже існують невеликі програми в США, Великобританії та інших країнах, які перевіряють його потенційні переваги та ризики.
«Не знати про свій геном — це все одно, що переходити вулицю, заплющивши очі, бо не хочеш бачити, як наближається автобус. Якщо ми не секвенуємо наші геноми, автобуси продовжуватимуть надходити — це просто дозволить нам відкрити очі і, можливо, побачити ту небезпеку, від якої ми можемо втекти або щось з нею зробити», — сказав Лерах.
Проєкт «Геном людини» справді змінив науковий ландшафт, але ми все ще тільки починаємо бачити світ, який ми б не побачили без нього.
За матеріалами: Gizmodo
