14 апреля 2003 года ученые объявили об окончании одного из величайших достижений в истории: первого (почти) полного секвенирования генома человека. Это стало кульминацией более чем десятилетней работы, в которой участвовали тысячи ученых по всему миру. Многие надеялись, что это достижение изменит мир к лучшему. И вот как на самом деле этот проект генома человека повлиял на развитие науки.
Геном – это весь набор генетической информации, из которой состоит организм. Это информация в виде молекул, упакованная в последовательную нить, известную как ДНК. Лишь небольшая часть этих генов содержит инструкции по кодированию белков — молекул, которые в живых организмах выполняют почти все процессы. Большая часть генома все еще считается важной для нашего функционирования, хотя мы пока и не понимаем, какие функции она выполняет. Как впоследствии подтвердят ученые, одна копия генома человека содержит около 3 млрд пар оснований ДНК.
«Было много аналогий, которые люди выдвигали, например, мы были Льюисом и Кларком. У нас на самом деле не было карты», — сказал Ричард Гиббс, основатель и директор Центра секвенирования генома человека Бейлорского колледжа в Техасе, одного из главных учреждений, участвующих в проекте.
Гиббс и его многие коллеги знали, что им нужно идти на компромиссы. Несмотря на прогресс в технологии секвенирования с момента официального начала проекта в 1990 году, они не смогли восполнить все пробелы с помощью своих текущих инструментов. И первый геном человека являлся совокупностью нескольких доноров крови в США, а не одного человека. Попутно в картине появилась частная компания Celera, пообещавшая, что еще быстрее завершит отдельный проект генома, используя собственные методы. В конце концов обе группы закончили досрочно примерно в одно и то же время, с первыми черновиками, выпущенными в 2000 году, хотя Celera объявила о своем успехе несколькими месяцами ранее.
Независимо от победителя, этот подвиг, несомненно, положил начало новой эре генетических исследований — такой, в которой с 2003 года наблюдаются большие скачки в скорости и эффективности.
«Я считаю, что самым важным достижением за последние 20 лет стало появление секвенирования следующего поколения. Возможность выполнять секвенирование массово параллельно, чтобы вы могли делать это гораздо быстрее и дешевле», — сказала Стейси Габриэль, директор платформы геномики в Институте Броуда Массачусетского технологического института и Гарварди, еще одном крупном исследовательском центре, занимающемся исследованиями человека.
«И это пришло вместе со всем связанным прогрессом в наших вычислительных способностях, чтобы действительно иметь возможность брать эти данные и анализировать их в большом масштабе», — говорит он.
Оригинальный проект стоил 2,7 миллиарда долларов, причем большая часть генома была картографирована в течение двух лет. В настоящее время текущий рекорд скорости для секвенирования генома составляет около пяти часов (хотя чаще это занимает недели), и осенью прошлого года компания Illumina представила машину, стоимость работы которой будет стоить всего 200 долларов за последовательность, в то время как до этого типовая стоимость составляла 600 долларов.
Грег Финдли возглавляет лабораторию функции генома в Институте Фрэнсиса Крика в Великобритании. Его команда является одной из многих во всем мире, строящей работу над оригинальным проектом. Они пытаются определить и понять, как определенные варианты генов-супрессоров опухоли могут повысить наш риск рака.
«Итак, моя лаборатория пытается понять, как варианты влияют на геном. То есть мы хотим точно знать, какие варианты вызывают заболевание и почему они вызывают заболевание. Сейчас мы сосредоточены на определенных генетических изменениях, которые приводят к раку, и я считаю, что эта конкретная область действительно революционизировала проект «Геном человека», — сказал Финдли.
«Теперь мы знаем, что существует много, много разных генетических путей, с помощью которых клетки могут превращаться в рак. И мы знаем это, потому что нам удалось фактически секвенировать ДНК во многих разных опухолях неоднократно, во всех разных типах рака, чтобы увидеть, какие мутации действительно приводят к образованию рака», — говорит он.
Возможно, не менее важно влияние проекта на научное сотрудничество. Эти усилия непосредственно привели к международному соглашению, которое имело целью обеспечить открытый доступ к последовательностям ДНК. По словам Гиббса, это также ясно показало, что большие вещи могут быть возможны, когда большие группы ученых работают вместе.
«Это просто изменило то, как люди думали, что можно сделать биологию, — сказал он. – Это создало модель командной науки, которой раньше не было».
Однако даже тогда проект сознательно оставил некоторые вещи незавершенными. Ученые картографировали примерно 92% генома к 2003 году, но другим ученым понадобилось еще почти 20 лет, чтобы отследить оставшиеся 8%. Эта отсутствующая «темная материя» нашего генома вполне может дать новые подсказки о том, как эволюционировали люди или о нашей восприимчивости к разным заболеваниям.
Значительная часть генетической информации, собранной и проанализированной с момента завершения проекта, происходит от белого и европейского населения — это отличие мешает нашей способности по-настоящему понять влияние генетики на здоровье каждого. Но сегодня ученые работают над преодолением этого разрыва с помощью таких инициатив, как Проект пангенома человека, который позволит секвенировать и сделать доступными полные геномы более 300 человек, которые должны представлять все разнообразие человеческого рода по всему миру.
«Существуют генетические вариации, существующие во всех популяциях мира. И если вы используете только вариации из частей населения мира, и вы пытаетесь применить это ко всем остальным, это просто не очень хорошо сработает, потому что все мы имеем разное происхождение», – сказала Люсинда Антоначчи-Фултон, одна из координаторов проекта и директор из разработки проектов и новых инициатив Вашингтонского университета в Институте генома МакДоннелла в Сент-Луисе.
Как бы ни были важны генетические исследования, некоторые ожидания, которые подпитывались проектом генома человека, вероятно, были слишком высокими.
В 2000 году, например, президент Билл Клинтон заявил, что проект «совершит революцию в диагностике, профилактике и лечении большинства, если не всех, заболеваний человека».
Несмотря на то, что мы продолжаем открывать новые варианты генов, точно предусматривающие шансы развития конкретной болезни или признака, есть бесчисленное количество других, о которых мы все еще не знаем. Стало ясно, что наш геном часто играет незначительную или незначительную роль в том, почему мы болеем или переживаем что-то определенным образом.
Итак, хотя проект помог раскрыть некоторые тайны человека, существует еще много вопросов о том, почему мы такие, какие мы есть, и наши гены, вероятно, не ответят на многие из них.
«Я считаю, что иногда все переоценивается этой идеей, только потому, что человеческий геном готов, вы сможете прочитать его для какого-то детерминированного ответа, где поиск генов для болезней кажется проще простого, — отмечает Габриэль. — Но часто болезни человека, особенно болезни, наиболее влияющие на нас, это не простые генетические болезни. Они многофакторны. Это комбинации ваших генов, вашего поведения, влияния окружающей среды, иногда просто невезения».
Ничто из этого не означает, что потенциал генетики умаляется. Ганс Лерах, бывший директор Института молекулярной генетики Макса Планка в Германии, был одним из первых исследователей, участвовавших в проекте генома человека. Он также является одним из многих ученых, которые верят, что когда-нибудь мы сможем дешево и легко отсканировать геном человека мгновенно, и что эта информация вместе с другими аспектами нашей молекулярной структуры поможет направить конкретное лекарство или вмешательство, которое назначают врачи — концепция, известная как персонализированная медицина
Примечательно, что на лечение некоторых видов рака уже влияют генетические варианты, лежащие в основе их развития. Некоторые эксперты даже утверждают, что повсеместное секвенирование полного генома должно начинаться еще с рождения и уже существуют небольшие программы в США, Великобритании и других странах, которые проверяют его потенциальные преимущества и риски.
«Не знать о своем геноме — это все равно, что переходить улицу, закрыв глаза, потому что не хочешь видеть, как приближается автобус. Если мы не секвенируем наши геномы, автобусы будут продолжать поступать — это просто позволит нам открыть глаза и, возможно, увидеть ту опасность, от которой мы можем скрыться или что-то с ней сделать», — сказал Лерах.
Проект «Геном человека» действительно изменил научный ландшафт, но мы все еще только начинаем видеть мир, который мы не увидели бы без него.
По материалам: Gizmodo
