Неандерталец. В поисках исчезнувших геномов

Глава 17 Первые результаты

Через два дня по возвращении из Чикаго я снова сидел в самолете, теперь на пути в Загреб. Я должен был читать лекцию о нашем проекте в Хорватской академии наук и искусства. А на следующий день я уже летел на юг, в Дубровник, на встречу участников консорциума и хорватских коллег, которую организовали в гостинице за городом, на берегу моря. Нам предстояло не только воздать должное успехам и достижениям, но и утвердить порядок дальнейшей работы и публикаций по неандертальскому геному.

Но все произошло совсем не так, как планировалось. Аэропорт Дубровника зажат между горами и морем и печально известен сильными боковыми ветрами. Именно там в 1996 году погиб в авиакатастрофе американский министр торговли Рон Браун. Впоследствии американские военно-воздушные силы провели расследование и посчитали причиной катастрофы ошибку пилота и плохо организованный заход на посадку. Когда мы подлетали к Дубровнику, самолет швыряло из стороны в сторону. Хорватский пилот — скорее всего, к лучшему — решил не пытаться посадить самолет. Вместо этого мы поздно вечером приземлились в Сплите, в 230 километрах от Дубровника. Пассажиров упаковали в автобус и ночью отправили в Дубровник. В результате на первое заседание в 9 утра я попал совершенно вымотанным.

Но, увидев в конференц-зале почти всех из 25 членов консорциума, я, несмотря ни на что, почувствовал прилив сил (рис. 17.1). Сообща такая команда обязательно разберется в 40-тысячелетних нуклеотидных цепочках неандертальцев. Я выступал первым и обрисовал общую картину полученной на сегодняшний день информации. Затем следовал узкоспециальный доклад Томи о подготовке библиотек. Эд описал, как мы оценивали уровень занесенной современной ДНК в наших библиотеках, то есть вернулся к проблеме, с которой мы столкнулись после публикации в 2006 году. Те оценки, что проводились по “традиционной” митохондриальной ДНК, давали уровень 0,3 процента. К моменту нашей встречи мы разработали дополнительный метод анализа, не задействующий мтДНК. Он основывался на использовании большого количества фрагментов ДНК из определенных частей генома — а точнее, из половых хромосом.

^{Рис. 17.1. Члены консорциума на встрече в Дубровнике, в Хорватии, в феврале 2009 г. Фото: Сванте Пэабо, MPI-EVA}

Так как у женщин две Х-хромосомы, а у мужчин одна Х и одна Y-хромосома, то, если исследуется женская кость, мы обнаружим только фрагменты Х-хромосомы и никаких следов Y-хромосом. Таким образом, если в библиотеке, составленной из ткани женской кости, нашлись фрагменты Y-хромосомы, то можно с уверенностью говорить о загрязнении, и источник его — современная ДНК мужчин.

Подобный анализ, предложенный на одном из пятничных собраний в Лейпциге, на первый взгляд прост. Но простота эта кажущаяся, как, впрочем, почти во всем, чем занимался Эд. Загвоздка состояла вот в чем. Хотя строение Х- и Y-хромосомы отличается, некоторые их части эволюционно связаны. В результате этой общей истории появляются одинаковые нуклеотидные участки, которые путают сортировку и картирование коротких фрагментов. Чтобы избежать этого, Эд определил 111 132 нуклеотида в Y-хромосоме, не схожих ни с какими другими в геноме, даже если фрагменты для сравнения очень короткие, в 30 нуклеотидов длиной. Проверив все кусочки неандертальской ДНК, он обнаружил всего четыре фрагмента, в которых нашлись подобные специфические Y-хромосомные последовательности. Если бы кости принадлежали особи мужского пола, мы бы ожидали 666 таких кусочков. Эд сделал вывод, что все три исходных кости принадлежали женским особям и что четыре Y-хромосомных кусочка являются результатом современного загрязнения. Эта цифра дает 0,6 процента “мужского” загрязнения. Оценка, конечно, весьма приблизительная, так как включает только контаминацию от мужчин, но тем не менее она указывает на достаточно низкий уровень привнесенных современных ДНК и подтверждает цифры, полученные при работе с мтДНК.

Обсуждались и другие способы оценки уровня контаминации. Филип Джонсон из группы Монти из Беркли предложил подход, основанный на определении нуклеотидных позиций, в которых у большинства сегодняшних людей стоит продвинутый аллель, а у неандертальцев — предковый, как у обезьян. Схема его рассуждений была примерно такова. Возьмем фрагменты ДНК, где у неандертальцев не обнаруживался предковый аллель. Теперь смоделируем вероятности различных причин отсутствия этих предковых аллелей. Таких причин может быть три: это результат либо нормальной генетической изменчивости, либо загрязнения, либо ошибки секвенирования. Филип просчитал модели и получил вероятность загрязнений ниже одного процента. Наконец-то у нас в руках были оценки загрязнения, которым я доверял и которые доказывали великолепное качество отсеквенированных последовательностей!

Мартин доложил о данных, полученных от Illumina, но еще не собранных в единые цепочки. Illumina представила расшифровку более 80 процентов всех отсеквенированных фрагментов, а это почти миллиард. Дискуссия сосредоточилась в основном на трудностях, с которыми столкнулся Удо, переделывая алгоритмы для ускорения масштабного картирования компьютерным блоком в Германии. И хотя анализ полного генома откладывался до тех пор, пока Удо не закончит картирование всех фрагментов, но мы все равно обсуждали, как будем его проводить. Для начала следовало определить, насколько неандертальский геном отличается от человеческого. Ответить на этот простой вопрос (а на самом деле не простой) мешали ошибки. Часть их была вызвана посмертными модификациями нуклеотидов, другая часть происходила по вине технологий секвенирования. Illumina делала примерно одну ошибку на каждую сотню нуклеотидов. Чтобы скомпенсировать технологические ошибки, мы повторяли секвенирование каждой древней молекулы по многу раз. Но все равно, по нашим оценкам, ошибок в неандертальских ДНК-последовательностях получалось в пять раз больше, чем в “золотом стандарте”, в эталонном человеческом геноме. Так что если мы просто возьмемся считать, сколько у человека и неандертальца различающихся нуклеотидов, то на самом деле мы будем считать ошибки прочтения неандертальского генома.

Эд придумал, как обойти затруднение: не включать в базовый подсчет те позиции, по которым неандертальцы отличались от обезьян, а люди не отличались, но, напротив, учитывать только те, где человеческий геном претерпел изменения по сравнению с обезьянами. Чтобы это проделать, Эд составил список всех позиций, по которым человеческий геном отличается от генома шимпанзе и макак. Затем он проверил, какие стоят нуклеотиды в соответствующих позициях у неандертальцев: человеческие или обезьяньи. Если обнаруживался человеческий нуклеотид, то, значит, мутация старая и произошла до того, как разделились исследуемый неандертальский и человеческий геномы. Если же у неандертальца оказывался нуклеотид как у обезьян, значит, мутация произошла недавно и случилась в человеческой линии после отделения неандертальцев. Таким образом, доля мутационных изменений, по которым неандертальцы оказывались “обезьяноподобными”, относительно общего количества мутаций показывает, насколько давно разделились человеческая и неандертальская ветви. Наш подсчет дал цифру в 12,8 процента.

Если мы допустим, что наш общий с шимпанзе предок существовал 6,5 миллиона лет назад, то последние женская и мужская особь, передавшие свои ДНК и людям, и неандертальцам, жили 830 тысяч лет назад. Эд произвел подобные же вычисления для ныне живущих людей и получил время существования их общего предка по ДНК — 500 тысяч лет назад. Это с очевидностью показывает, что неандертальцы более дальние родственники людям, чем любые современные люди друг другу. Другими словами, неандерталец от меня на 65 процентов дальше, чем любой человек в том конференц-зале в Дубровнике. Так у меня в руках впервые появилась конкретная оценка моего генетического родства с неандертальцами.

Следующий волнующий вопрос: скрещивались неандертальцы с людьми или нет. Это был вопрос Дэвиду, и он, хотя и не смог приехать в Дубровник, представил свои выводы по громкой связи: да, скрещивались. Мы всякий раз возвращались к этому заключению — и на заседаниях, и в перерывах на кофе, и во время длинных, роскошных средиземноморских обедов и ужинов, на которые не поскупились организаторы. Мы обсуждали скрещивание даже во время утренних пробежек с Йоханнесом в окрестностях Дубровника, хотя вокруг было на что отвлечься — тут и красоты средневекового города, тут и картины разрушения, принесенные городу недавней войной. Забывались мы, правда, не настолько, чтобы нечаянно сойти с асфальтированной дорожки и легкомысленно бежать по заминированным полям. Наши разговоры неизменно возвращались к романтическим отношениям между неандертальцем и человеком, которые 30 тысяч лет назад вполне могли происходить прямо здесь, в тех местах, где мы сейчас упражнялись в беге трусцой.

В этом гипотетическом скрещивании кое-что вызывало беспокойство. Анализ примесей основывался на подсчете нуклеотидных совпадений между ДНК неандертальцев и представителей каждой из трех рас — африканской, европейской и китайской. Ник, проводивший анализ, сам первый требовал проверок и перепроверок своего компьютерного кода. Ведь любой просчет мог привести к ошибочному результату. Ошибка могла появиться, например, из-за какой-нибудь незначительной, но систематической разницы в технологиях секвенирования ДНК современных людей, или, например, Джим Малликин мог чуточку по-другому искать нуклеотидные замены (СНИПы), сравнивая конкретные человеческие геномы с эталонным. Малейший недосмотр имел бы огромные последствия; в конце концов, мы ведь обсуждали разницу в один-два процента.

На заседаниях мы составляли список, что надлежит сделать для проверки результатов Дэвида и Ника. Джиму теперь предстояло сравнивать последовательности ДНК современного человека с цепочками ДНК шимпанзе, а не людей. Таким способом мы хотели проверить, нет ли систематического отклонения из-за того, что референсный геном составлен частично из ДНК европейца и частично из ДНК африканца. К тому же мы все понимали, что назрела необходимость нам самим составить последовательности современных людей. Только так мы сможем быть уверены, что все нуклеотидные последовательности произведены и проанализированы одинаковым образом. Соответственно, если где-то в процессе допущены систематические просчеты, то во всех последовательностях будут присутствовать ошибки одинакового типа. Мы решили секвенировать геном одного человека из Европы и одного из Папуа — Новой Гвинеи. Выбор, казалось бы, необычен, но он был продиктован загадочным наблюдением: мы заметили сходный уровень неандертальских примесей в европейских и китайских ДНК. Согласно принятому мнению, неандертальцы никогда не бывали на территории современного Китая, но я никогда не стеснялся поставить под сомнение “принятое мнение” палеонтологов. Может быть, в Китае жил, так сказать, неандертальский Марко Поло? Ведь обнаружил же Йоханнес в 2007 году, что неандертальцы — или, по крайней мере, люди с неандертальскими мтДНК — обитали в Южной Сибири, на 2000 километров восточнее места, “принятого” палеонтологами. Может, некоторые добрались и до Китая? Зато мы могли быть уверены, что никакие неандертальцы никогда и ни за что не добрались бы до Новой Гвинеи, так что если мы и у папуасов найдем следы скрещивания, то это уж точно будет означать, что неандертальские гены достались предкам папуасов до того, как те поселились в Новой Гвинее, и, скорее всего, до того, как разделились расы китайцев и европейцев. Еще в наш список секвенирования мы включили человека из Западной Африки, из Южной Африки и китайца. Имея на руках геномы этих пятерых, мы еще раз проведем все анализы и посмотрим, изменятся ли наши выводы.

Окончание конференции в Дубровнике отмечалось многочасовым ужином, а лучше сказать — великолепным пиром, где нас и накормили, и, конечно же, напоили. За свою профессиональную жизнь я сотрудничал со многими людьми и организациями, но ни одно сотрудничество не было таким крепким и плодотворным, как это. И все же я чувствовал, что время подгоняет нас. За ужином я не уставал повторять всем и каждому, что у нас жесткий график, и не только потому, что мир ждет публично обещанных на конференции AAAS результатов, но и из-за Эдди Рубина: мы понятия не имеем, что он делает у себя в Беркли с полученными неандертальскими костями. Вообще-то мне почти никогда ничего не снится, но тут, за ужином, я ради красного словца рассказал всем, что меня мучают ночные кошмары, будто группа из Беркли публикует работу за неделю до выхода в свет нашей — и их открытия точь-в-точь как у нас.

На следующее утро в самолете до Лейпцига я спал. Вскоре после возвращения я свалился с простудой, потом поднялась температура, потом начались боли в груди при вдохах и выдохах. Пришлось отправляться в больницу, где у меня обнаружили пневмонию и прописали курс антибиотиков. Не успел я прийти домой, как телефонный звонок заставил меня срочно вернуться обратно в больницу. Анализы показали тромбы где-то у меня внутри. И вот я уже лежу на кровати и разглядываю результаты томографии: тромбы забили значительную часть легких. Эта картина потрясла меня. Если бы тромбы попали в легкие единым сгустком, а не отдельными кусочками, я бы умер на месте. Доктора винили слишком частые перелеты и, возможно, длительную поездку в переполненном автобусе из Сплита в Дубровник. Мне прописали антикоагулянты на шесть месяцев, и я принялся изучать альтернативные методы лечения с истовостью, какая бывает только у лично заинтересованных. К моему великому удивлению, я наткнулся на упоминание одной работы моего отца 1943 года. Он объяснил структуру гепарина, того самого лекарства, которое прописали мне доктора и которое, наверное, спасло мне жизнь. Это удивило и одновременно потрясло меня, заставило увидеть свое прошлое в новом свете. Я же внебрачный — тайный — сын Суне Бергстрёма, известного биохимика, разделившего в 1982 году Нобелевскую премию за открытие простагландинов, естественных веществ, выполняющих у нас в организме различные важные функции. Повзрослев, я очень редко с ним виделся, и работа над структурой гепарина оказалась одним из бесчисленных фактов его жизни, которых я не знал. Я не знал своего отца… Меня охватила грусть. Но с нею пришло и отчетливое понимание, что я хочу быть там, где подрастает мой собственный сын. Я хотел, чтобы мой сын меня знал. И я хотел завершить неандертальский проект. Умирать было слишком рано.