Расшифрованная жизнь. Мой геном, моя жизнь - [154]

Секвенирование и онкология

В будущем врачи несомненно будут использовать методы «персонализированной» медицины. В одном недавнем исследовании секвенаторы ДНК нового поколения сумели предсказать, какие именно пациенты с раком легких могут быть вылечены определенными препаратами нового типа. Крупноклеточный рак легкого – сегодня одна из основных причин смерти от онкологических заболеваний. Ранее было установлено, что опухолевые клетки примерно у четверти пациентов содержат лишнюю копию гена EGFR (рецептор эпидермального фактора роста), в результате чего они более восприимчивы к действию таких лекарств класса ингибиторов, как гефитиниб и эрлотиниб. Корпорация 454 Life Sciences (штат Коннектикут) в сотрудничестве с учеными Онкологического института Даны Фарбер и Института Броуда (под Бостоном) использовали метод секвенирования, разработанный этой корпорацией и определяющий сотни тысяч последовательностей ДНК за один проход для анализа мутаций гена EGFR в опухолях 22 пациентов, страдавших раком легких. Это позволило выявить больных, которым лечение ингибиторами EGFR принесло бы наибольшую пользу.

Пока секвенаторы в моем новом институте выдавали новые и новые фрагменты моего генома, я переключился на проект, в котором сочетались обе великих любви моей жизни: наука и мореплавание. Концепция проекта была несложной. Из образца морской воды с помощью микрофильтров выделяются все плавающие в нем микроорганизмы, из которых одновременно извлекается ДНК для получения библиотек секвенирования методом дробовика. За один проход получаются тысячи и миллионы последовательностей, которые затем собираются обратно в хромосомы и фрагменты хромосом. Наконец, анализируются последовательности генов и пути метаболизма, что позволяет точно уяснить, какие формы жизни присутствуют на данном участке океана. Вместо того, чтобы заниматься поисками одного конкретного биологического вида, мы получили бы мгновенный снимок всего разнообразия микрофлоры в капле морской воды – геном самого океана. Это представлялось мне закономерным продолжением работы, которая началась с использования метода EST, привела к созданию полного анализа генома методом дробовика, затем – к получению первого генома живого организма, и наконец – к расшифровке генома человека. Новый мой проект, как и все его предшественники, был встречен с недоверием. Многие относились к секвенированию морской воды методом дробовика крайне скептически, поскольку речь шла об анализе «бульона», содержащего огромное число биологических видов. Возвращаясь к аналогии с пазлом, можно сказать, что задача состояла в перемешивании фрагментов от нескольких тысяч пазлов, а затем – в их одновременной сборке. Тем не менее из первых опытов по сборке генома в TIGR я уже знал, что наша вычислительная техника способна точно собрать не один полный геном из подобной сложной смеси. В 1996 году нам прислали полученный от пациента образец, предположительно содержавший бактерию Streptococcus pneumonia.

При секвенировании генома бактерии программа сборки установила присутствие в образце не одного, а двух геномов, принадлежавших родственным, но различным видам. И этот случай, и многие другие (не в последнюю очередь сборка 27 миллионов фрагментов ДНК человека обратно в хромосомы) убедили меня в том, что любая уникальная последовательность генома позволяет осуществить его уникальную математическую сборку. Дабы убедить комиссию Министерства энергетики выделить средства на опытный проект исследования океана, я провел простой демонстрационный опыт. Я взял все известные на тот момент геномы микроорганизмов (около ста) и разбил их на небольшие участки, содержавшие менее тысячи пар оснований. Смешав все эти фрагменты, я пропустил их через программу сборки. Результаты оказались весьма убедительными. Наши алгоритмы обеспечили правильную сборку каждого индивидуального генома без единой ошибки. Членов комиссии по рассмотрению заявок на получение грантов это впечатлило, однако они по-прежнему считали, что мои методы непригодны для работы с океаном. Тогда я решил разработать методику экспериментального проекта для реальных условий, вновь профинансировав его из своего собственного фонда, и связался с Энтони Кнаппом, директором Бермудской биостанции, который организовал отбор проб воды из Саргассова моря, куда я направил моего сотрудника Джеффа Хоффмана. Мы намеренно выбрали Саргассово море, известное ранее как океанская «пустыня», бедная питательными веществами и не отличающаяся особым разнообразием бактериальной жизни. В этих водах было обнаружено лишь считанное число микроорганизмов. После обработки фильтров, содержащих микроорганизмы из первых проб в лаборатории секвенирования, мы проанализировали результаты. Итак, я был прав! Мы раскрыли двери в мир, почти неизвестный современной науке. От освещенной солнцем поверхности до мрачных подводных каньонов простирается океан жизни, содержащий порядка 10³⁰ одноклеточных организмов и 10³¹ вирусов! Это означает 1 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 организмов, представленных миллионами уникальных видов, или миллиард триллионов организмов на каждого жителя Земли.