Известно, что человеческий геном состоит из четырех «букв». Они условно обозначаются как А, Ц, Г и Т. То есть геном человека полностью складывается из молекул четырех типов – аденина, цитозина, гуанина и тимина. Большее количество хромосом в генах не является свидетельством большей развитости. Оно лишь говорит о количестве угроз и потрясений, через которые удалось пройти тому или иному биологическому виду. Какая информация заключена в ДНК и с помощью каких методов стало возможным расшифровать содержимое человеческого генома?
Цели генетических исследований
Полное секвенирование генома позволяет прочесть все последовательности этих «букв». Оно позволяет определить неизвестные гены и сделать медицинскую терапию максимально эффективной. Именно поэтому одной из самых популярных медицинских услуг (конечно, среди тех, кто может себе это позволить) является секвенирование. Диабет, злокачественные опухоли и заболевания сердца – предрасположенность к этим болезням позволяет выявить процедура расшифровки ДНК. На основе полученных прогнозов человек имеет возможность скорректировать свой образ жизни, снизить неблагоприятные факторы окружающей среды. Поэтому некоторые исследователи убеждены, что полное секвенирование генома должно входить в набор обязательных исследований новорожденных.
История проекта
Проект расшифровки генома был запущен еще в начале 90-х годов. Для того чтобы произошла полная расшифровка генома, потребовалось порядка полутора десятка лет. Этот научный проект объединил вокруг себя ученых из самых разных стран – Китая, Германии, Франции, Японии. В начале нового тысячелетия Билл Клинтон и Тони Блэр официально заявили о том, что «черновик» генома завершен. В 2006 году издательство Nature опубликовало информацию о том, что получена последовательность последней хромосомы. Также на рынке генетических услуг появилось секвенирование экзома – процесс определения поврежденных участков в молекуле ДНК. Общество считало, что находится на пороге новой эры.
Что же такое секвенирование?
Секвенирование – это заключительная ступень анализа генома человека. Перед этим следуют такие стадии: материал отбирается и клонируется. А также происходит предварительное тестирование участка ДНК более простыми методами. Секвенирование – это заключительное определение нуклеотидного ряда молекулы ДНК. Всего существует два способа этого генетического исследования: во-первых, используется метод Максама-Гилберта. Он базируется на способах расщепления молекулы ДНК по одному основанию. Есть более простой способ, который в практике используется чаще. Это так называемый дидезокси-метод, или секвенирование по Сэнгеру.
Стадии расшифровки генома по Сэнгеру
Последний метод включает в себя следующие стадии исследования:
- изучаемый фрагмент молекулы ДНК гибридизируется с праймером;
- происходит ферментативный синтез молекулы;
- на следующей стадии материал подвергается электрофорезу;
- и, наконец, полученные результаты анализируются исследователями-генетиками на радиоавтографе.
Большая часть этих приборов способна распознавать до 300 полос в молекуле ДНК.
Процесс дешифровки ДНК по Сэнгеру
Первоначальным способом секвенирования, который научные работники смогли использовать с целью обработки геномов, стало секвенирование по Сэнгеру (Sanger sequencing). Суть его состоит в следующем: ДНК клонируется, а затем полученная смесь делится на четыре части. Каждая из них помещается в специальный раствор, в котором присутствуют следующие вещества:
- молекулы ДНК-полимеразы;
- праймеры, которые способствуют процессу репликации;
- смесь из четырех копий нуклеотидов;
- отдельные вариации оного из нуклеотидов.
Таким образом, расшифровка генома по Сэнгеру практически идентична с процессом клонирования ДНК человека. Отличаются эти процессы только тем, что в нуклеотиды подмешиваются ложные компоненты.
Процесс расшифровки сегодня
Сейчас метод секвенирования по Сэнгеру полностью является автоматизированным. Он проводится на специальном оборудовании – эти машины называются секвенаторами. Химические реакции проводятся в одной пробирке. Результаты, полученные в результате расшифровки по Сэнгеру, анализируются с помощью компьютерной техники. Современные секвенаторы могут «считывать» информацию с 600-1000 нуклеотидов одновременно. С помощью автоматизации процесс секвенирования сейчас происходит намного быстрее, чем раньше.
Станет ли это доступным?
Сейчас ведущими странами, которые производят секвенирование ДНК, являются Китай и Соединенные Штаты Америки. Они находятся в ситуации конкуренции – победит та страна, которая первой сможет расшифровать человеческий геном, потратив на это менее сотни долларов. Американская исследовательская компания под названием Ilumina – вот главный противник Китая в этом вопросе. Китайскими учеными еще в 2010 году было закуплено первоклассное оборудование, которое позволяло им занимать все эти годы лидирующие позиции на рынке по услугам секвенирования генома. Но, во-первых, эти приборы стали неизбежно устаревать, а, во-вторых, услуга по расшифровке ДНК становится все более и более дешевой. Сейчас Китай не хочет тратить и без того недостающие финансовые средства на оборудование из-за рубежа – ученые решили разработать собственную аппаратуру. Кто победит в схватке за лидерство – покажет будущее. Но уже сегодня расшифровка генома в отдельных случаях стоит не более 600 долларов.
Действительно ли расшифровка генов полезна?
Впрочем, не все так просто в этом вопросе. Некоторые исследователи настаивают на том, что секвенирование генов приносит не столько пользу, сколько вред. Может ли этот процесс действительно что-то дать отдельному индивиду или быть вкладом в науку? Почему часть специалистов относится к расшифровке ДНК более чем критически?
Дело в том, что методы секвенирования, с их точки зрения, являются не более чем суперсовременным способом гадания на кофейной гуще. Ответственность за получение информации о своем геноме человек несет сам. Разные мотивы толкают людей на ответы на вопросы о своем ДНК. Кто-то стремится таким образом лучше узнать себя. Кто-то пытается себя обезопасить от заболеваний – и делает все, чтобы перестраховаться. Однако такой подход может быть крайне негативным.
Например, люди, которые узнают, что имеют риск заболеть онкологией, в дальнейшем начинают страдать от серьезных депрессий и без конца бегать по врачам. И это при том, что даже полное секвенирование дает результаты, которые прогнозируют развитие страшных заболеваний с риском 50%. Однако среди клиентов этих услуг все больше распространяется волна истерии. Все это привело к тому, что некоторые власти, например, в Соединенных Штатах, серьезно взялись за ограничение деятельности медицинских компаний.
Генетический паспорт – да или нет?
В отечественной среде более популярным является выражение «генетический паспорт». Но, как это часто случается, наука не смогла предугадать всех последствий своих достижений. Ведь расшифровка «букв» еще не дает гарантии того, что правильно будут поняты написанные «слова». Например, генетики до сих пор не могут однозначно ответить на вопрос, сколько генов содержится в человеческом геноме. Раньше считалось, что это количество колеблется от 10 тысяч до 40 тысяч. Теперь исследователи выдвигают предположение о том, что это число колеблется в пределах 10 – 25 тысяч. Точнее сказать невозможно. И секвенирование генома является лишь одним примером того, как научное открытие становится причиной еще большего количества вопросов без ответа.
Стоимость расшифровки генома сейчас составляет порядка 1 тыс. долларов. Однако прочтение генов для многих является лишь источником дополнительного стресса. За свои же деньги клиенты получают такие результаты, от которых потом не могут заснуть по ночам. Секвенирование – это исследование, в которое включается получение информации о различных генах. В том числе в «генетический паспорт» входят гены, которые принимают участие в развитии различных болезней – диабета, ожирения, сердечно-сосудистых заболеваний. Не нужно быть генетиком международного класса, чтобы понять: к этим болезням могут быть генные предпосылки, однако и образ жизни, который ведет человек, играет значительную роль.
Возможные ошибки
Сейчас многие ученые указывают на тот факт, что в процессе секвенирования часто нельзя избежать ошибок. Причем их вероятность измеряется не десятыми долями, а целыми процентами. Их возникновение связано с особенностями технологии расшифровки. Секвенирование – это процесс, который можно сравнить со снятием копии с огромного фильма длиной несколько тысяч кадров. При этом позволяется снимать копии, которые будут длиной не более 20 кадров. Чтобы они были как можно более точными, их снимают «с запасом», чтобы дополнительные отрезки друг друга перекрывали. С расшифровкой человеческого генома все еще сложнее – ведь длина человеческой хромосомы составляет десятки и сотни миллиардов букв. Задача собрать человеческий геном была достаточно амбициозной для многих стран. Однако сейчас вывод можно сделать только один – геном собран с большим количеством ошибок. Возможно, в будущем ученые смогут собирать данные более точно. А сегодня нужно мириться с такой ситуацией.
