454 Life Sciences. У них были мамонты из вечной мерзлоты, и эти образцы дали 28 миллионов нуклеотидов[48]. Я, конечно, обрадовался, что мой бывший студент подхватил тему, хотя моя группа и выражала недовольство, что не мы первые опубликовали результаты секвенирования древней ДНК по новой методике. Да, результаты пиросеквенирования уже лежали у нас на столе, но мы не спешили с публикацией, так как считали необходимым — а статья в Science как раз не считала — ответить на два возникших вопроса. Нам важно было выяснить, как наилучшим образом соотнести прочитанные последовательности с эталонными геномами и как определить влияние ошибок в последовательностях на конечный результат. Но все равно статья Хендрика — это очко в пользу пиросеквенирования. И вдобавок она еще раз показала, как хорошо сохраняются ткани в вечной мерзлоте. В образцах Хендрика примерно половина ДНК принадлежала мамонту. С нашими неандертальцами мы и мечтать о таком не могли: и то счастье, если получалось 1–2 процента ДНК в вытяжках. Еще статья Хендрика высветила серьезную научную дилемму. Можно провести большую работу, затратить время и усилия, чтобы постараться представить картину полнее, а тем временем кто-то другой, не заботясь о деталях и сосредоточившись только на самом главном, обойдет вас с публикацией. И даже если после этого вы опубликуете лучшую работу, научная общественность все равно будет считать, что вы подбираете крохи за теми, кто сделал настоящее открытие. Наша группа очень серьезно обсуждала эту дилемму после выхода статьи Хендрика. Многие считали, что нужно было публиковать раньше. Наконец в сентябре 2006-го, в Proceedings, мы выпустили работу с анализом нуклеотидных последовательностей пещерного медведя и мамонта. В той работе мы — как назло! — сделали ошибочный вывод о потере аминогруппы аденинами и, соответственно, появлении ошибок в последовательностях[49].
Каждый год в мае в Колд-Спринг-Харбор на Лонг-Айленде проводится конференция по биологии генома. Эта встреча неофициально считается самой главной среди геномной братии. От выступающих ожидаются доклады о новейших, еще не опубликованных достижениях. Дискуссии там напряженные, часто пронизанные духом соперничества между исследовательскими центрами, подогретые конфликтами и ссорами на фоне гонки за прочтение генома человека.
Очередная встреча в 2006 году обещала быть даже более насыщенной, чем обычно. Мы получили результаты секвенирования и из 454 Life Sciences, и от Эдди Рубина и сделали предварительный анализ. Мой доклад преследовал две цели. Во-первых, я хотел представить сравнение двух методик по секвенированию древней ДНК. Во-вторых, мне предстояло разметить принципиальные пути по составлению полного генома неандертальцев и вообще полного генома вымерших организмов. Результаты наших экспериментов подтвердили, что будущее за пиросеквенированием, так что упор я делал именно на него.
В Колд-Спринг я приехал необычно нервным и взвинченным. Меня поселили в крошечную, по-спартански обставленную комнатку в общежитии; этой чести я удостоился как постоянный докладчик, тогда как остальные тряслись каждый день в автобусе, добираясь из дальних гостиниц. Весь путь в самолете из Нью-Йорка и потом весь вечер и ночь я готовился к докладу. На следующий день я собрал всех своих людей, приехавших на конференцию, в каком-то пустом зале, чтобы перед ними отрепетировать выступление. Меня не отпускало предчувствие, что этот доклад целиком определит нашу деятельность на следующие несколько лет.
Редко когда удается полностью завладеть вниманием на научной лекции. Конференция в Колд-Спринг ничем в этом смысле не отличается. Я прочитал здесь множество докладов и привык видеть со сцены, как большинство из шести сотен слушателей что-то такое делают в компьютерах — может быть, правят свои презентации или проверяют почту, — а то и просто дремлют, утомленные сменой часового пояса и множеством специальных подробностей. Но сегодня все было по-другому. Я постепенно вел рассказ от мамонтов и пещерных медведей к результатам по неандертальцам и физически чувствовал напряженное, безраздельное внимание всех и каждого в зале. Я показал последний слайд со схемой человеческих хромосом. Маленькие стрелочки на схеме указывали расположение тех десятков тысяч фрагментов неандертальской ДНК, которые мы прочитали. Когда этот слайд появился, зал ахнул. Мы составили всего 0,0003 процента от неандертальского генома, но каждому сидящему в зале стало ясно, что теперь возможно — хотя бы теоретически — прочитать геном целиком.
Глава 11Начало 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.