Журнал "Вокруг Света" №7 за 2001 год

Pro et contra: Кто быстрее?

Специалисты из частной научно-исследовательской фирмы Целера (Celera Genomics, США) составили генетическую карту мыши. Однако радоваться этой новости научная общественность не спешит. Как заявил президент фирмы Крейг Вентер, результаты исследования будут предоставлены только тем, кто заплатит за их использование. Желающим предлагается оформить разрешение на работу в фирменной интернет-библиотеке, в базе данных которой — генетические карты человека, дрозофиллы, а теперь и мыши.

«Многие ведущие в нашей области институты и организации уже стали клиентами Целеры, — сказал Вентер. — Мы собираемся издавать собственный online-журнал. Примерная стоимость годовой подписки — 15 миллионов долларов». Такое решение обескуражило и возмутило генетиков. Далеко не каждой компании, не говоря уж об отдельных ученых, окажется по карману знакомиться с тем, что и как делается в Целере. Впрочем, ей вовсе не гарантировано вечное лидерство. К завершению создания генетической карты мыши близки и в некоторых других американских лабораториях. Соревнование продолжается.

Во имя чего?

Чтобы хоть отчасти понять суть расшифровки человеческого генотипа, прикоснемся к основам генетики. Каждая клетка любого организма (от человека до бактерии) содержит копию управляющего им механизма, записанную в химическом коде двойной спирали ДНК (спираль, которая, в свою очередь, закручена еще в несколько спиралей), образуя хроматидную нить, на которой располагаются гены.

Хроматидная нить в совокупности с определенными структурными белками образует хромосому. В каждую клетку человека, за исключением эритроцитов и тромбоцитов, входят 46 хромосом (23 хромосомные пары).

Гены — отрезки ДНК, несущие информацию о протекании определенных процессов в клетках организма. Первая трехмерная модель ДНК была создана учеными Уотсоном и Криком в 1953 году.

ДНК (дезоксирибонуклеиновая кислота) является основным составным элементом хромосом и химическим носителем наследственной информации, которая кодируется четырьмя аминокислотами: А (Аденин), Т (Тимин), Г (Гуанин) и Ц (Цитозин). Последовательность этих аминокислот у каждого человека уникальна, что и придает каждому из нас характерные отличительные черты. Обнаружить и установить закономерность в последовательности этих букв — цель исследователей генотипа.

У человека около трех миллиардов таких элементов-букв. Только на два процента генотип построен из настоящих генов, которые содержат инструкцию по производству протеина — хозяина клеточных молекул.

По последним оценкам, в нашем генотипе возможно содержится до 120 000 генов, довольно успешно управляющих сложным человеческим телом. Остальное — "бракованные" ДНК (генетики называют их "отбросами"), назначение которых еще не изучено.

Возможность "прочитать" гены, содержащиеся в каждой клетке нашего тела, позволит не только ответить на вопрос, что за существо человек, но и разгадать природу рака, болезни Альцгеймера, шизофрении и прочих трудно поддающихся лечению недугов. Так что достижения генетики сулят открыть новую эру в развитии медицины.

Международные исследования по Проекту человеческого генотипа (HUGO) проводятся в США, Англии, Франции, Германии, Японии и Китае. Лаборатории работают параллельно, каждая "обсчитывает" свою значительную часть последовательности элементов генотипа, ежедневно обмениваясь информацией через Интернет.

Работы по Проекту человеческого генотипа набрали небывалую скорость. Более того, получить полную версию генотипа обещают не к 2010-му, как предполагалось ранее, а к 2003 году! Согласитесь, для общественного проекта темпы стремительные.

Причина такого ускорения одна — Крейг Вентер и его "патентная агрессивность". Открывая независимый центр — Институт исследования генотипа, а затем в мае 1998-го и уже известную нам частную фирму Celera Genomics (кстати, по-латыни "celer" означает "быстрый"), Вентер пообещал первым расшифровать человеческий генотип. Создалась ситуация, аналогичная той, при которой НАСА внезапно узнало бы о частном проекте покорения Луны.

Стремление Вентера обогнать HUGO и "запатентовать" каждый ген, который он откроет, шокировало научную общественность. Более того, она была оскорблена тем, что глава Целеры намерен регулировать доступ к такой фундаментальной информации о человеке.

Вентер объявил, что уже обладает "сырой" схемой генотипа, а окончательно расшифрует его уже в нынешнем году. Для этого он приобрел 300 суперкомпьютеров (стоимостью около 80 миллионов долларов). Эта могучая электроника круглосуточно обрабатывает огромные объемы данных.

Единственный для HUGO ответ на такой вызов — приобретение подобных машин. Общественный проект сейчас идет с Вентером буквально ноздря в ноздрю. Однако методы анализа, применяемые сторонами, разнятся. Только время покажет, какая из компаний — общественная или частная — победит.

На сегодняшний момент выведена последовательность двух миллиардов знаков генотипа. На установление последовательности первого миллиарда ушло четыре года, на второй миллиард — меньше четырех месяцев. Дело ускорило применение высоких технологий (таких, как роботы).

Вентер доказал эффективность пулеметной последовательности, когда Celera воспроизвела последовательность генотипа микроба Haemophilus influenza, ответственного за такие серьезные инфекции, как менингит, а также закончила расшифровку генотипа фруктовой мухи (120 миллионов знаков).

Впечатляющие достижения!

Но, как мы уже знаем, Celera намерена хранить данные по человеческому генотипу в частной базе, сделав доступ к ней платным. И это, безусловно, беспокоит ученых HUGO больше всего.

Вентер попытался было заглушить это беспокойство, пообещав, что не станет брать деньги с академических исследователей. Однако Celera уже обратилась за патентами на более чем 20 000 человеческих генов, открытых ею. Вряд ли такие патенты будут выданы, но подобная ситуация все же настораживает.

Расшифрована полная цепочка генного кода двух штаммов одной из самых опасных для человека бактерии стафилококка — Staphylococcus aureus.

Это открытие сделано японскими учеными из токийского университета Ютендо, обеспокоенными тем, что отдельные штаммы бактерий достигли поразительной устойчивости к любым, даже очень сильным, антибиотикам. Одним из самых устойчивых признан штамм MRSA, который ученые назвали супербактерией. Он устойчив практически ко всем известным антибиотикам. Но еще опаснее другой вид штамма, ставший особенно интересным для ученых тем, что в результате мутации не поддается абсолютно никакому антибиотическому воздействию.

Кроме того, в результате исследований в его геноме были обнаружены так называемые заимствованные участки. Японскими учеными было высказано предположение, что среди этих участков могут присутствовать отдельные части генома человека.

Если это подтвердится, ключ к разгадке фантастической устойчивости смертоносной бактерии будет найден.

Все начинается с изучения образцов крови, взятых у добровольцев. Они подвергаются химической обработке и глубокой заморозке. Полученная последовательность длиной около 150 000 букв явно недостаточна для

анализа ДНК. Поэтому следующий шаг — клонирование каждого фрагмента в бактерии и создание множества копий. Роботы передают бактериальные колонии в машины, в которых идет так называемая полиме-разная цепная реакция (принесшая американскому химику Кэри Мюллис Нобелевскую премию 1993 года). Затем фрагменты дешифруются (по методике английского Нобелевского лауреата Фреда Сангера). Каждая буква прочитывается лазером. Компьютер анализирует лазерный результат для фрагмента, а потом собирает всю последовательность, чтобы составить генотип образца.

Большинство ученых согласны: патенты необходимы, они защищают оригинальную работу, позволяют накопить средства для последующих исследований. Но патенты выдаются обычно на нововведения, а не на открытия, то есть не на то, что происходит в природе и имеет конкретное применение. Никому ведь не приходило в голову запатентовать последовательность элементов ДНК, тем более"сырую". Претендовать на подобный патент сродни попытке зафиксировать авторское право на буквы, из которых состоит поэма или пьеса, а не на само литературное произведение. Некоторые общественные организации (такие, как фонд Wellcome, HUGO) заявили, что будут категорически возражать против выдачи патентов на человеческие гены. К ним присоединились многие влиятельные общественные деятели, которые высказались за беспрепятственный доступ к информации о генотипе. Ответ на вопрос, кто первым прочитает генотип человека, судя по всему, не за горами. А вот на то, чтобы дождаться, когда эти знания дадут коструктивные результаты в медицине, потребуется терпение. И все же некоторые исследователи уже сейчас пытаются извлечь практическую пользу из "горяченьких" генетических знаний. Например, новый строящий кости протеин (полученный из связанного с ним гена) уже проходит тесты для лечения остеопороза и других костных заболеваний. По мнению специалистов, на очереди — препараты против раковых клеток.

Всего лишь на 1,5 процента отличаются ДНК человека и шимпанзе. Не этим ли объясняется, почему наш мозг в два раза больше, чем у родственников-приматов, и то, что они очень редко болеют раком? Мы узнаем ответ, только когда сравним последовательность генотипа человека и обезьяны.

Как бы то ни было, Крейг Вентер, которого и боятся, и даже ненавидят, все-таки заслуживает доброго слова. Если бы не он, и получение фундаментальной генетической информации, и медицинское приложение генетики существенно отсрочились бы. Будем надеяться, что попытки "запатентовать" гены встретят надежный отпор, но соревновательный принцип, присущий частной инициативе, пойдет науке на пользу. Ведь для достижения результата нет ничего лучше, чем соперничество.

Сенсационное открытие сделали недавно канадские ученые из Королевского Госпиталя в Оттаве. Оказывается, склонность некоторых людей к суициду обусловлена особенностью их генов. Одним из виновников суицидальной предрасположенности назван ген серотонинового рецептора.

Десятилетние исследования канадцев выявили, что среди носителей мутаций в гене серотонинового рецептора попытки совершить суицид фиксировались в два раза чаще, чем у тех, кто обладает нормальной структурой этого гена. Ведь серотонин — это вещество, отвечающее за психоэмоциональные и волевые проявления человеческой личности. А потому дефект гена, кодирующего рецептор серотонина, неизбежно приводит к нарушению обмена этого вещества в тканях головного мозга и служит биохимической базой для суицидального поведения.

Это открытие дает возможность в самом ближайшем времени разработать эффективные методы лечения и профилактики суицида.

Люди по-разному реагируют на лекарства. До половины принимающих специфические препараты не находят их эффективными или страдают от вредных побочных эффектов. Действительно, мы вовсе не одинаковы в плане восприимчивости к заболеваниям: кто-то ведет здоровый образ жизни и умирает от сердечного приступа молодым, кто-то выкуривает по пачке сигарет в день, ест жареное не только по утрам и полон сил в свои 93. Почему? Объяснение этому во многом скрыто в генотипе.

Оказывается, 99,9 процента последовательности ДНК идентичны у всех людей. Только оставшаяся 0,1 процента в ответе за индивидуальную реакцию на лекарства и болезни. Различия встречаются в каждой тысяче букв в генотипе (скажем, вы можете иметь А там, где у вашего знакомого Г). Специалистам видится недалекая перспектива применения индивидуальных карт генотипа. Выглядеть это будет примерно так: вы приходите к своему терапевту с такой индивидуальной картой, и врач точно определяет по ней, какие вам нужны лекарства, какая диета. В будущем медицине предстоит заниматься в основном генотипом.

Британские ученые уже разработали структуру индивидуальных программ, направленных на оздоровление и базирующихся на особенностях строения ДНК. И пусть практическая реализация этой услуги стоит недешево — около 120 фунтов стерлингов ежегодно, — в дальнейшем она позволит каждому пациенту получить в соответствии с его ДНК-профилем самую исчерпывающую информацию о необходимом лечении — от медикаментозного до конкретного типа диеты и комплекса специальных физических упражнений.

Анатолий Коновалов