Неандерталец. В поисках исчезнувших геномов - Сванте Пэабо

Как это часто бывает, процесс затянулся. До конца октября мы готовили библиотеки для Illumina, где ДНК были помечены специальными неандертальскими метками. Мы секвенировали небольшую порцию библиотек на нашей Illumina и определяли количество молекул – насчитали около миллиарда фрагментов. Вполне досточно, чтобы прочитать весь геном. Затем образцы посылались в Институт Брода для секвенирования. Полученные результаты поступали к Мартину Кирхеру, а его программы могли выстраивать последовательности с меньшим числом погрешностей, чем коммерческие программы Illumina. Его программы работали с таким колоссальным объемом информации, что перегонять данные по интернету фактически не было никакой возможности. Поэтому мы организовали пересылку жестких дисков с большим объемом памяти из Бостона в Лейпциг.

В середине января 2009 года мы получили из Бостона два диска с результатами нескольких первых запусков. И тогда проявилась вся польза специальных неандертальских меток. Мартин обнаружил, что все последовательности одного из запусков бродовской Illumina не имели таких меток. Все! Очевидно, что-то произошло с образцами уже в институте. Ситуация немного нас напугала. Я было решил вернуть все назад и начать секвенировать у нас в лаборатории, благо четыре Illumina уже доставили и отладили. Но результаты с двух других твердых дисков из Бостона выглядели вполне прилично, и мы остались с командой Эрика. Наконец 6 февраля мы получили от Эрика быстрой почтой 18 жестких дисков. Не сказать чтобы не вовремя. Через шесть дней, 12 февраля, начиналась конференция AAAS.

Мартин, Эд и Удо занялись данными из Института Брода. Распределение специфических меток, распределение по размерам фрагментов было таким же, как и при прогонах на нашей Illumina. То же получилось, когда Удо выстроил все последовательности в порядке друг относительно друга – опять-таки схожи с нашей Illumina. Вот радость-то! AAAS настаивала на пресс-конференции вдобавок к моему докладу, и я все боялся, что мне нечего будет на ней сказать. А теперь я мог объявить, что у нас имеются все составляющие полного генома, хоть и с однократным покрытием. И как самое первое заявление по проекту мне хотелось сделать именно в Лейпциге, городе, все еще не стряхнувшем до конца свое социалистическое прошлое, точно так же и пресс-конференцию AAAS хотелось устроить здесь. К тому же я хотел провести ее совместно с компанией 454 Life Sciences в знак признательности за поддержку проекта на первых порах. AAAS была не против, и мы вместе с 454 организовали пресс-конференцию в Лейпциге с видеотрансляцией в Чикаго, чтобы и оттуда участники заседания и журналисты могли задавать вопросы. А потом я полечу в Чикаго читать свой доклад, запланированный на 15 февраля.

На все приготовления у нас оставалось шесть дней. Я сосредоточился на своей речи для пресс-конференции и докладе в Чикаго – говорить я собирался в основном о технических трудностях, которые нам пришлось преодолеть на пути к первому геному вымершего человека. Я описал, как Томи Маричич метил радиоактивными метками наши вытяжки и как он потом определил и усовершенствовал методические приемы на тех этапах, где потеря ДНК оказалась максимальной; как мы придумали специфические метки, которые присоединялись к фрагментам ДНК в условиях “чистых комнат” и как это помогло устранить из последовательности фрагменты с загрязнениями, исказившими результаты пилотного эксперимента; как тщательный анализ Эдриана Бриггса и Филипа Джонсона выявил картину ошибок в последовательностях ДНК; и как потом Эд Грин и Удо Штенцель разработали программы для построения самой последовательности генома, обойдя множество подводных камней.

И еще я хотел сказать кое-что о самом неандертальце. У нас не было времени выстроить всю последовательность, еще меньше времени оставалось на анализ миллиарда фрагментов. Но к счастью, за прошедшие полгода Удо вместе с коллегами работал с данными, полученными по 454. А это все же больше ста миллионов фрагментов. И на их основе уже можно было немножко “пощупать” нашего неандертальца. Эд разобрал две гипотезы касательно якобы эволюционного наследия неандертальцев: некоторые ученые считали, что два определенных варианта генов могли появиться в современном человеческом геноме в результате генетического потока от неандертальцев. Один из этих генов занимает довольно большую область на 17- й хромосоме, его размер около 900 тысяч нуклеотидов, и у многих европейцев он перевернут (или развернут в обратном направлении, инверсирован). Полная генеалогическая летопись исландцев дает превосходное доказательство, что эта инверсия немного повышает плодовитость у женщин. Возможно ли, что она берет начало от неандертальского генома, как считают некоторые исследователи? Эд проверил этот участок на наших последовательностях, и ни у одного из трех неандертальских особей не нашлось ничего подобного. Естественно, из этого не следует, что у неандертальцев не было этой инверсии, но вероятность ее неандертальского происхождения все же несколько снизилась. Кроме того, исследовали еще один ген на 8- й хромосоме. Мутации в этом гене – а их известно несколько вариантов у современных людей – резко уменьшают размер мозга. Существовало предположение, что тот вариант мутантного гена, который встречается в Европе и Азии, достался нам от неандертальцев. Но и в этом случае Эд не нашел искомого варианта в наших неандертальских выборках. Так что, присмотревшись к деталям, мы заключили, что нет ни намека на неандертальский генетический вклад в геном современных европейцев. Меня этот вывод удовлетворил, он вполне соответствовал митохондриальным данным, которые мы получили десять лет назад. Но нас еще ждали удивительные открытия в самый последний момент.

Сидя в самолете из Чикаго обратно в Лейпциг, я пытался трезво оценить наши текущие дела по проекту. Да, мы получили всю требуемую последовательность ДНК, но работы оставалось еще много. Первое, что напрашивалось, – наложить неандертальскую последовательность с Illumina на геномную последовательность шимпанзе и на реконструированный геном общего предка шимпанзе и человека. Лейпцигской команде нужно было адаптировать компьютерные программы, написанные Удо и Эдом для 454, под обработку новых данных с Illumina.

И когда программы будут готовы, можно будет начать выяснять наши родственные связи с неандертальцами. Когда разошлись наши линии? Насколько мы отличаемся? Скрещивались ли люди с неандертальцами? Найдутся ли гены, которые у людей и неандертальцев изменялись в каком-нибудь интересном для нас направлении? Чтобы найти ответы, нам понадобится гораздо больше народу, чем у нас в лаборатории, – понадобится участие многих ученых со всего мира.

Еще в 2006 году я осознал исторический масштаб задуманного. И не только потому, что мы впервые прочтем геном доисторического человека, но и потому, что секвенирование полного генома млекопитающих будет выполняться силами небольшой лаборатории. Раньше за подобный проект мог взяться только крупный центр по секвенированию. Но даже и такие крупные центры работают в связке с научными институтами, где анализируются различные закономерности в полученных данных. Нам, очевидно, тоже требовалось собрать нечто вроде консорциума. Тогда, в 2006- м, я уже прикидывал, из каких областей нам понадобятся специалисты и с кем бы я хотел работать.