Присутствие Колвелл в комитете позволило установить очевидную дату, поскольку "видом, которым она занималась всю жизнь, была холера". Как вспоминает Крейг, "я подумал, что было бы интересно провести последовательность, потому что в холерном сообществе шли большие дебаты о том, есть ли у холеры одна или две хромосомы". Карл Уиз, был уверен, что нет необходимости использовать метод дробовика на холере, поскольку ее код 16S рРНК полностью совпадает с кодом другой бактерии, E. coli, у которой всего одна хромосома. Но "одна из вещей, которая мне больше всего нравится в дробовом секвенировании, - это то, что оно не требует гипотез", - продолжает Крейг. "Неважно, что вы считали раньше - одну хромосому или две хромосомы, или что ген 16S похож на E. coli. Это как машина правды, потому что если в ней есть независимые элементы, она собирает их независимо, как они есть на самом деле, а не как люди думают, что они могут быть".
Конечно, выяснилось, что у холеры две хромосомы.9"В одной из хромосом была метка 16S рРНК, и эта хромосома очень похожа на кишечную палочку", - говорит Крейг, а это значит, что в лучшем случае "Карл Вуз был прав наполовину, потому что вторая хромосома совсем не похожа на кишечную палочку и, скорее всего, произошла от слияния двух бактерий в древние времена". Размышляя о том, какой организм следует изучать следующим, Крейг хотел
чтобы сосредоточиться на одном из видов, существующем в экстремальных условиях, в надежде понять, как ему удается выживать. Позже он писал: "В 1996 году мы намеренно выбрали необычный вид для нашей третьей работы над геномом: Methanococcus jannaschii. Этот одноклеточный организм живет в необычной среде - гидротермальном жерле, где горячая, богатая минералами жидкость вырывается из глубины морского дна. В этих адских условиях клетки выдерживают давление более 245 атмосфер, что эквивалентно давлению 3 700 фунтов на квадратный дюйм, и температуру около 85 градусов по Цельсию (185 градусов по Фаренгейту). Это само по себе замечательно, поскольку большинство белков денатурируют при температуре от пятидесяти до шестидесяти градусов Цельсия, и именно поэтому яичный белок становится непрозрачным при приготовлении пищи".10 Крейг сотрудничал с Карлом Вузом в работе над Methanococcus, первым типом клеток архей, который когда-либо был секвенирован. "Последовательность не разочаровала", - пишет он. Геном метанококка расширил наше представление о биологии и генофонде нашей планеты". Почти 60 процентов генов Methanococcus были новыми для науки и неизвестными; только 44 процента генов были похожи на ранее охарактеризованные. Некоторые гены метанококка, в том числе связанные с основным энергетическим метаболизмом, действительно напоминали гены бактериальной ветви жизни. Однако, в отличие от них, многие гены, в том числе связанные с обработкой информации, а также с репликацией генов и хромосом, имели наилучшие совпадения с генами эукариот, в том числе с генами человека и дрожжей". Исследование генома Methanococcus появилось на первых страницах крупных газет "и вызвало несколько интересных заголовков", - отметил Крейг.
Этот процесс также вдохновил людей представить, как могла зародиться жизнь на ранней, вулканической Земле, и как жизнь могла существовать на других мирах, где температура и наличие едких химических веществ, как казалось ранее, исключали ее существование.
Следующим геном, секвенированным Крейгом и его командой, был другой экстремофил под названием Archaeoglobus, обитающий в нефтяных месторождениях и горячих источниках. "Этот организм использует сульфат в качестве источника энергии, но может питаться практически всем", - пишет Крейг. "Наш первый анализ более чем двух миллионов букв его генома показал, что четверть его генов имеют неизвестную функцию... а еще четверть кодируют новые белки". Раскрывая новые биологические механизмы получения энергии, Archaeoglobus также может предложить альтернативу использованию человеком ископаемого топлива.
Удивительный результат другого эксперимента, проведенного в это время, доказал, что секвенирование дробовика можно использовать для выделения и идентификации нескольких видов бактерий одновременно из одного и того же образца. Это открытие произошло, когда команду Крейга попросили идентифицировать стрептококковую бактерию, которая вызывала тяжелую пневмонию у пациента в Норвегии. Процесс дробного анализа показал, что на самом деле виновником были две разные бактерии. "Вероятно, именно поэтому инфекция была такой тяжелой", - говорит Крейг. Загадка была решена, когда "сборка выдала два независимых, тесно связанных друг с другом генома там, где люди думали, что был один. Именно это убедило меня в том, что геном каждого вида на этой планете имеет уникальное математическое решение". Вместе с этим убеждением пришло и другое. "Это также дало мне уверенность в том, что мы можем секвенировать смешанные популяции бактерий" - даже такие большие, как, скажем, в двухстах литрах морской воды из Саргассова моря.
Это, конечно, было прелюдией к возмутительной идее Крейга в 2003 году использовать секвенирование дробовика для анализа образцов, содержащих множество видов микробов. И как бы революционна ни была эта работа, Крейг и другие ученые еще в конце 1990-х годов поняли, что секвенирование дробовика может также позволить ученым секвенировать в одном образце все бактерии в Саргассовом море - или в глубоком колодце, вулканическом жерле или кишечнике человека.
Идея секвенировать ДНК всех микробов в определенной экосистеме или местности и изучить полученные результаты положила начало новой области под названием метагеномика. Этот термин используется для описания исследований всего - от отдельных участков океана до конечной цели метагеномики - секвенирования всей микробной ДНК на нашей планете, до последнего А, Г, С и Т в каждом микробе. Это позволило бы выявить базовый код огромной сети микробов, которые лежат в основе жизни на Земле. Однажды Крейг сказал репортеру, что хочет составить последовательность всех микробов на Земле. В основном он шутил, но не совсем.
4 марта 2004 года на пресс-конференции в Вашингтоне Крейг объявил о ключевых результатах, представленных в статье "Саргассово море", за месяц до того, как исследование было опубликовано в журнале Science 2 апреля, а ведущим биоинформатиком стала Карин Ремингтон.
К тому времени кругосветная экспедиция Крейга была уже далеко не в пути, и "Колдун II" достиг Галапагосских островов. Крейг, загорелый и подтянутый, вернулся в Вашингтон, чтобы рассказать. Он сообщил толпе репортеров, собравшихся в Национальном пресс-клубе, что его команда обнаружила почти две тысячи различных видов бактерий, в том числе 148 ранее не встречавшихся, и около 1,2 миллиона новых генов. По самым скромным подсчетам, это удвоило количество генов, ранее известных у всех видов, микро- и макроорганизмов, во всем мире.16 Это была ДНК-сборка, показавшая, что микробное разнообразие и огромное количество бактерий в Саргассовом море намного, намного больше, чем кто-либо мог себе представить. "Теперь, с помощью новых инструментов, - объявил он, - мы можем увидеть то, что все до сих пор упускали, а именно подавляющее большинство жизни".
Тони Кнап позже вспоминал о всеобщей реакции на эту новость: "Я бы сказал, что было немного зависти, потому что все хотели быть первыми, кто сделал это, а потом это сделал Крейг. Люди работали над похожими проектами, но никто не публиковал их. А потом эта статья как бы взорвала людей. Появилось множество слухов о том, что в океане не может быть такого разнообразия, что мы, должно быть, брали пробы сточных вод".
"Эта работа оказалась документом о микробиоме океана", - продолжает Кнап. "Сейчас люди признают ее как пионерскую работу в океанографии. Конечно, сегодня вы можете сделать это во много раз больше, используя более современное оборудование. Но тогда это было невероятно и очень дорого. Мы смогли это сделать, потому что у меня был доступ к морским образцам, а у него - к секвенаторам и науке. Когда я говорю с людьми об этой работе, неважно, в какой области океанографии, все знают об этой работе и о том, какое влияние она оказала на эту область".
"Общее количество найденных генов просто поражает воображение", - сказал Пол Фальковски, океанограф из Университета Ратгерса в Нью-Брансвике, штат Нью-Джерси, корреспонденту Genome News Network. Когда Эндрю Поллак из New York Times сообщил об этом исследовании, он связался со Стивеном Джованнони, профессором Ор-эгонского государственного университета, который изучал микробы в Саргассовом море. Джованнони сказал: "Он впервые позволил нам увидеть это разнообразие". В той же статье цитируется Дэвид М. Карл, профессор океанографии из Гавайского университета: "Это почти гипербола. Как можно представить, что в одном образце есть миллион новых генов и белков, о которых мы ничего не знаем?" Поллак побеседовал с несколькими океанографами, которые сказали, что не узнали ничего нового, хотя результаты исследования "подтвердили разнообразие океанической жизни и предоставили гигантский список деталей, которые будут изучаться еще долгие годы". Другие жаловались, что Крейг не собрал достаточно вспомогательных данных, таких как температура и соленость воды.
Бактерии, которые он обнаружил, могли появиться в результате загрязнения образца, хотя в статье в Science говорится, что исследователи предохранялись от загрязнения".
"Мы демонстрируем, - говорится в заключении исследования, написанного в обычном осторожном, сдержанном стиле научной журнальной статьи, - что секвенирование дробовика дает богатый набор филогенетических [эволюционно-родственных] маркеров, которые могут быть использованы для оценки филогенетического разнообразия образца с большей мощностью, чем позволяют обычные исследования рРНК на основе ПЦР. Мы обнаружили, что, хотя качественная картина, которая возникает, похожа на ту, что основана на анализе только генов рРНК, количественная картина значительно отличается для определенных таксономических групп. Кроме того, так же как дробовое се-квенирование обеспечивает относительно объективный способ изучения видового разнообразия, оно также может позволить относительно объективно определить разнообразие генов в определенных семействах генов".