Неандерталец. В поисках исчезнувших геномов - Сванте Пэабо

Перво-наперво следовало получить доступ к аппаратам секвенирования в 454 Life Sciences. Очевидно, я должен поехать в Брэнфорд, в Коннектикут, к Джонатану Ротбергу. От Колд-Спринг-Харбор это не очень далеко. На следующее утро я собрал за завтраком всех основных участников неандертальской работы, все они как раз были на конференции: Эд Грин, Эдриан Бриггс и Йоханнес Краузе. Мы загрузились во взятую напрокат машину и направились в Брэнфорд. А надо сказать, что у меня есть прискорбная манера брать на себя слишком много и считать, что я все успею, и в результате я везде опаздываю: и на собрания, и на самолеты, и вообще не укладываюсь в расписание. Теперешняя поездка не была исключением. Мы неслись по дороге к Порт-Джефферсону на севере Лонг-Айленда и точно знали, что опоздаем на паром в Бриджпорт. Но… успели! Пристроились самыми последними, но успели! (Задняя часть нашей машины даже немножечко свисала над водой, пока паром пыхтел через пролив.) И я думал: как символично – удача буквально балансирует на нашей стороне, раз нам так повезло с паромом.

После этого мы несколько раз бывали в 454 Life Sciences, но тогда приехали впервые. Вживую Джонатан Ротберг производил такое же впечатление, как и по телефону: напористый, с массой авантюрных научных идей. И тут же, как будто для равновесия, присутствовал датчанин Майкл Эгхольм, приземленно-практичный и каждое дело доводивший до конца. За время нашей совместной деятельности оба они заслужили мое глубочайшее уважение. Вместе они составляли потрясающую пару: Джонатан давал общее направление и напор, а Майкл претворял дело в жизнь. В тот день мы обсуждали главное – что потребуется, чтобы прочитать неандертальский геном. Мы собирались применить технику шотган, или, по-другому, метод дробовика: ее ввел в обиход Крейг Вентер в своей компании Celera, когда работал над прочтением человеческого генома. Этот подход заключался в том, что сначала секвенируют фрагменты ДНК вразбивку, случайным образом, а потом с помощью компьютерных программ составляют из них длинные цепочки, ориентируясь на наложение одинаковых кусочков, то есть раскладывают кусочки внахлест. Главная трудность такой техники – распознать нуклеотидные повторы; в геноме человека и обезьяны такие повторы составляют примерно половину всего объема. Большинство повторов имеют длину сотни или даже тысячи нуклеотидов, многие повторы встречаются в геноме в сотнях или тысячах копий. Поэтому при использовании метода дробовика нужно ориентироваться не только на короткие, а скорее на длинные фрагменты, захватывающие “мостики” между повторами. Тогда повтор можно заякорить с двух сторон штучными (неповторяющимися) фрагментами и, таким образом, получить представление, между чем и чем этот повтор протягивается. Но наша древняя ДНК уже сама разбилась на короткие фрагменты. Так что мы собирались построить неандертальский геном, приняв в качестве матрицы эталонный человеческий геном (эталонный – то есть первый составленный геном человека). Понятно, что таким способом определяется набор фрагментов, представленных одной копией в геноме, повторы же мы и не надеялись выстроить. Но по-моему, жертва эта не слишком серьезная: штучные или уникальные последовательности составляют самую интересную часть генома, ту, которая содержит значительную долю генов с известными функциями.

Еще нам предстояло решить, какую часть генома мы возьмем в оборот. До приезда в 454 я держал в голове цифру в 3 миллиарда неандертальских нуклеотидов. Эта цифра диктовалась, во-первых, тем, что я считал в принципе достижимой целью, и, во-вторых, примерным размером человеческого генома. Из-за фрагментации древней ДНК мы вынуждены будем иметь дело с такой ситуацией, когда множество кусочков прочитаются только один раз, другие прочитаются дважды, некоторые трижды и т. д. А какие-то участки генома не попадут в наш список совсем, просто потому, что не окажутся ни в одном из прочитанных фрагментов. Согласно статистике, около двух третей всех нуклеотидов должно хотя бы один раз найтись в наших прочтениях, а одна треть так и не объявится. Генетики называют это “однократной глубиной покрытия”, так как каждый нуклеотид имеет вероятность высветиться один раз. Я считал, что с однократной глубиной покрытия прочтение в нашем случае вполне достижимо и вдобавок даст неплохую прикидку неандертальского генома. И еще важно помнить, что этот геном станет определенным этапом исследований. Пусть потом другие секвенируют неандертальские кости, появятся прочтения новых геномов, их можно будет наложить на наш, увеличивая глубину покрытия еще и еще, пока неандертальский геном не предстанет в полном объеме, почти полном, пусть и без повторов.

Конечно, задача, которую я поставил перед нашей группой, была несколько расплывчатой, да и смотрелась жалковато на фоне других современных геномов, которые читались с двадцатикратной глубиной покрытия. Но с другой стороны, до чего же это была монументальная задача! В самых лучших из наших образцов мы выявляли примерно 4 процента неандертальской ДНК. Я рассчитывал найти еще такие образцы, а может, нам попадутся и получше, с чуточку большей долей сохранившейся ДНК. Если взять среднее для них в 4 процента, то для составления генома в 3 миллиарда нуклеотидов потребуется прочитать порядка 75 миллиардов нуклеотидов. Так как наши фрагменты очень коротенькие, всего по 40–60 нуклеотидов, для прочтения такого объема новым секвенаторам потребуется примерно от 3000 до 4000 перезагрузок. Получается, что компании 454 придется отставить в сторону все остальные задачи и заниматься только неандертальцами в течение нескольких месяцев – и если все это будет оплачиваться по обычным расценкам, то о таких суммах я даже не решался заикнуться.

Об этом мы – Эдриан, Эд, Йоханнес и я – тоже говорили с Джонатаном. Наши неандертальцы определенно интересовали не только самого Джонатана, но и всю команду 454. И не только из-за огромного научного потенциала и уникальной возможности узнать побольше о человеческой эволюции, но и с чисто прагматической целью: обеспечить технологиям 454 еще более широкое признание. Я с готовностью согласился, чтобы работники компании выступали как полноправные научные партнеры и соавторы будущих публикаций. Только все это вовсе не означало, что технологии 454 достанутся нам бесплатно. В результате мы договорились о цене: пять миллионов долларов. Я не понимал, пять миллионов – это хорошо или плохо в нашей ситуации. С одной стороны, я рассчитывал на меньшую сумму, но с другой – сумма была не запредельной. Мы попросили время на размышление.

После переговоров Джонатан угостил нас бутербродами и лимонадом из соседнего магазина и предложил показать свой дом, пока мы не уехали обратно в Колд-Спринг-Харбор. Мы согласились. Съели бутерброды и последовали за ним на машине в его поместье. Я сам вырос в скромном достатке. Моя мать, бежавшая из Эстонии от советской оккупации в конце Второй мировой войны, передала мне чрезвычайно прагматичный взгляд на вещи. Так что роскошью меня не впечатлить. Но визит в поместье Джонатана остался в памяти, хотя самого дома мы так и не видели, а только прошлись по его угодьям на полуострове в проливе Лонг-Айленд. На берегу Джонатан выстроил точную копию Стоунхенджа, только из норвежского гранита, который тяжелее песчаника оригинала. И еще Джонатан немного модифицировал Стоунхендж, то есть сориентировал его так, чтобы солнце светило между камнями в дни рождения членов его семьи. Мы стояли и смотрели на огромные каменные глыбы, и Джонатан сказал: “Теперь вы, наверное, считаете меня сумасшедшим”. Я, конечно, сказал, что нет, и это “нет” не было простой вежливостью. Я действительно не считал его сумасшедшим. Его завораживала история, он мыслил масштабно и стремился обращать мечты в реальность. Его Стоунхендж я воспринял как еще один добрый знак – к удаче.