Неандерталец. В поисках исчезнувших геномов - Сванте Пэабо

Достижения достижениями, но моей голубой мечтой оставалась история человечества, и я все обдумывал, как бы с помощью ПЦР заглянуть в наше собственное прошлое. Пока я работал в Упсале, ко мне в руки попал с виду неаппетитный, но знаменательный образец из флоридской карстовой воронки. Там в водном резервуаре в щелочных породах нашли останки индейцев; внутри черепной коробки сохранился мозг. Хотя он и усох немного, в нем удивительным образом различимы были даже детали. Действуя старыми методами, я показал присутствие в образцах человеческой ДНК и, наряду с мумиями, включил результаты исследований в тот памятный доклад в Колд-Спринг-Харбор. Теперь же Алан помог раздобыть образцы мозга 7000– летнего возраста из близких местонахождений во Флориде. Из них я тоже выделил ДНК и получил необычные, короткие фрагменты цепочек мтДНК. Они были похожи на аналоги из Азии, но никак не на индейские мтДНК. И хотя я получил один и тот же результат в двух независимых экспериментах, мне стало понятно, насколько легко можно занести и потом перепутать современную ДНК с ДНК из древних человеческих образцов. Предостерегая от этой опасности, я написал в статье, что “секвенированные цепочки, бесспорно, принадлежат человеку, однако представленные доказательства требуют более развернутого изучения выявленных фрагментов”[12].

Тем не менее изыскания мои казались многообещающими. Похоже, мне предстояло узнать побольше о генетике человеческих рас. Как раз в это время с Аланом связался Рик Уорд, новозеландец, теоретик популяционной генетики, работавший в Солт-Лейк-Сити. Он хотел освоить методы ПЦР, и я вызвался поработать в его лаборатории. Для этого я месяц катался туда-сюда, в Юту и обратно. Рик, великолепный специалист в своей области, слыл благодушным эксцентриком. Он всегда, даже в мороз, носил шорты и гольфы, брался за все и ничего не заканчивал – ни научных, ни бумажных дел. Из-за этого ему не приходилось рассчитывать на звание университетского любимчика, но зато он обожал обсуждать науку и мог с бесконечным терпением объяснять сложные алгоритмы таким неучам, как я: у меня, к сожалению, не было систематического математического образования. Мы с Риком занялись изучением вариабельности мтДНК у небольшого коренного канадского племени нуу-ча-нульт, живущего на острове Ванкувер. К тому времени Рик работал с их ДНК уже много лет. К своему удивлению, мы обнаружили, что у населения в несколько тысяч человек в генах нашлась почти половина вариантов мтДНК всех остальных коренных жителей Северной Америки. Для меня это означало, что общепринятая гипотеза о генетической гомогенности (однородности) подобных коренных племен оказалась попросту мифом и что люди всегда жили в группах со значительным генетическим разнообразием.

А в Беркли работа спорилась, как никогда. За что бы мы ни брались, все получалось. В лаборатории появился молодой канадский специалист Ричард Томас. Он хотел освоить ПЦР, и я предложил ему взять у меня эстафету в исследовании сумчатого волка, Thylacinus cynocephalus , того самого, что так подвел меня в цюрихской лаборатории. Тилацин проживал в Австралии, Тасмании, Новой Гвинее и очень напоминал обычного волка, только был сумчатым, как кенгуру и другие австралийские животные. Таким образом, у нас в руках появлялась прямо-таки иллюстрация из учебника по конвергентной эволюции. Конвергентная эволюция – это процесс, при котором неродственные животные формируют схожие морфологические и поведенческие черты, если оказываются перед сходной адаптивной задачей. С помощью секвенирования небольших фрагментов мтДНК сумчатого волка мы показали, что он приходился близким родственником другим сумчатым хищникам из этого региона, например тасманийскому дьяволу. При этом он мало связан с южноамериканскими сумчатыми, хотя некоторые из вымерших форм были внешне очень похожи на тилацинов. Таким образом, эволюция выводила волкоподобных животных даже не два, а целых три раза: один раз среди плацентарных млекопитающих и дважды среди сумчатых. Эволюция в некотором смысле повторялась – это явление известно и наверняка будет подтверждено еще не раз на самых разных организмах. Свои результаты мы оформили в статью для Nature , и Алан любезно предложил поставить мое имя последним, что в научных кругах обозначало ведущего исследователя[13]. Такое произошло со мной впервые, и я понял, что мое видение себя в научном процессе меняется. До сих пор я трудился день и – часто – ночь у пробирок и реторт, сам ставил эксперименты и добивался результатов. Даже если идеи были моими собственными, за мной всегда стоял научный руководитель, консультируя и направляя процесс. Теперь же мне самому помогали ставить эксперименты. А значит, я должен постепенно учиться вдохновлять и направлять других. И если поначалу сама мысль об этом пугала меня, то в реальной жизни все получилось само собой.

Будучи участником множества проектов по использованию ПЦР для изучения древних ДНК, я сосредоточился на технических тонкостях их выделения. Я обобщил и подытожил опыт, накопленный за годы работы в Упсале, Цюрихе, Лондоне, и опубликовал рукопись в PNAS (Proceedings of the National Academy of Sciences) [14]. По сути, в статье было написано, что фрагменты ДНК из древних образцов получаются обычно короткими, содержат множество химических повреждений, часто соединяются друг с другом. Степень разложения ДНК так или иначе ограничивает возможности ПЦР. Самое главное, оказалось невозможно получить сколько-нибудь длинные фрагменты древних ДНК. Больше 100–200 нуклеотидов не удавалось собрать в цепочку. Еще я обнаружил, что если у меня было очень мало относительно длинных молекул или же все молекулы были короткими, так что ДНК-полимераза не могла без перерывов переходить от одного праймера к другому, то “сшивались” вместе короткие случайные отрезки ДНК. В результате выходили Франкенштейновы комбинации, никогда не существовавшие в изначальном геноме древнего организма. Формирование такой химерной молекулы – я назвал ее “прыжок ПЦР” – представляет значительное техническое осложнение и может запутать результат секвенирования. Я описал “прыжок” в двух статьях, но совершенно не учел возможного размаха его последствий. Как это часто случается, сам процесс “сшивания” использовал несколько лет спустя Карл Штеттер для вполне практического применения: он соединил фрагменты разных генов и получил новые “мозаичные” гены со способностью создавать белки с заданными свойствами. Именно это приложение моих работ – о котором я даже не подумал, будучи полностью погруженным в прошлое – стало основой для целой области биотехнологии.

В лаборатории все было прекрасно, работа шла своим чередом, и для меня стали постепенно вырисовываться и границы возможностей новых методов, и ограничения, налагаемые сохранностью ископаемой ДНК. Во-первых, не в каждых древних остатках есть ДНК, пригодные для выделения и исследования даже с помощью ПЦР. И больше того, совсем немногие образцы содержат подходящие для амплификации и секвенирования ДНК, если только образец не приготовили сразу после смерти животного. Во-вторых, в сохранных ДНК из-за разложения удается выделить только цепочки длиной в 100 или 200 нуклеотидов. В-третьих, амплифицировать ядерную ДНК оказалось практически невозможно. Так что мои грезы упсальских времен, как я отыскиваю длинную цепочку ядерной ДНК, оставались несбывшейся мечтой.