Відомо, що людський геном складається з чотирьох «букв». Вони умовно позначаються як А, Ц, Г і Т. Тобто геном людини повністю складається з молекул чотирьох типів - аденіну, цитозину, гуаніну і тиміну. Більша кількість хромосом у генах не є свідченням більшої розвиненості. Воно лише говорить про кількість погроз і потрясінь, через які вдалося пройти тому чи іншому біологічному виду. Яка інформація міститься в ДНК і за допомогою яких методів стало можливим розшифрувати вміст людського геному?
Цілі генетичних досліджень
Повне секвенування генома дозволяє прочитати всі послідовності цих «букв». Воно дозволяє визначити невідомі гени і зробити медичну терапію максимально ефективною. Саме тому однією з найпопулярніших медичних послуг (звичайно, серед тих, хто може собі це дозволити) є секвенування. Діабет, злоякісні пухлини і захворювання серця - схильність до цих хвороб дозволяє виявити процедуру розшифровки ДНК. На основі отриманих прогнозів людина має можливість скорегувати свій спосіб життя, знизити несприятливі фактори навколишнього середовища. Тому деякі дослідники переконані, що повне секвенування геному має входити в набір обов'язкових досліджень новонароджених.
Історія проекту
Проект розшифровки геному запустили ще на початку 90-х років. Для того щоб відбулася повна розшифровка геному, знадобилося близько півтора десятка років. Цей науковий проект об'єднав навколо себе вчених з різних країн - Китаю, Німеччини, Франції, Японії. На початку нового тисячоліття Білл Клінтон і Тоні Блер офіційно заявили про те, що «чернетку» генома завершено. У 2006 році видавництво Nature опублікувало інформацію про те, що отримано послідовність останньої хромосоми. Також на ринку генетичних послуг з'явилося секвенування екзома - процес визначення пошкоджених ділянок у молекулі ДНК. Суспільство вважало, що знаходиться на порозі нової ери.
Що ж таке секвенування?
Секвенування - це заключний щабель аналізу геному людини. Перед цим йдуть такі стадії: матеріал відбирається і хилюється. А також відбувається попереднє тестування ділянки ДНК простішими методами. Секвенування - це заключне визначення нуклеотидного ряду молекули ДНК. Всього існує два способи цього генетичного дослідження: по-перше, використовується метод Максама-Гілберта. Він базується на способах розщеплення молекули ДНК по одній основі. Є більш простий спосіб, який в практиці використовується частіше. Це так званий дідезоксі-метод, або секвенування по Сенгеру.
Стадії розшифровки геному по Сенгеру
Останній метод включає в себе наступні стадії дослідження:
- фрагмент молекули ДНК гібридизується з праймером;
- відбувається ферментативний синтез молекули;
- на наступній стадії матеріал піддається електрофорезу;
- і, нарешті, отримані результати аналізуються дослідниками-генетиками на радіоавтографі.
Велика частина цих приладів здатна розпізнавати до 300 смуг в молекулі ДНК.
Процес дешифрування ДНК по Сенгеру
Початковим способом секвенування, який науковці змогли використати з метою обробки геномів, стало секвенування за Сенгером (Sanger sequencing). Суть його полягає в наступному: ДНК клонується, а потім отримана суміш ділиться на чотири частини. Кожна з них поміщається в спеціальний розчин, в якому присутні наступні речовини:
- молекули ДНК-полімерази;
- праймери, які сприяють процесу реплікації;
- суміш з чотирьох копій нуклеотидів;
- окремі варіації оного з нуклеотидів.
Таким чином, розшифровка геному по Сенгеру практично ідентична з процесом клонування ДНК людини. Відрізняються ці процеси тільки тим, що в нуклеотиди підмішуються помилкові компоненти.
Процес розшифрування сьогодні
Зараз метод секвенування по Сенгеру повністю є автоматизованим. Він проводиться на спеціальному обладнанні - ці машини називаються секвенаторами. Хімічні реакції проводяться в одній пробірці. Результати, отримані в результаті розшифровки по Сенгеру, аналізуються за допомогою комп'ютерної техніки. Сучасні секвенатори можуть «зчитувати» інформацію з 600-1000 нуклеотидів одночасно. За допомогою автоматизації процес секвенування зараз відбувається набагато швидше, ніж раніше.
Чи стане це доступним?
Зараз провідними країнами, які виробляють секвенування ДНК, є Китай і Сполучені Штати Америки. Вони знаходяться в ситуації конкуренції - переможе та країна, яка першою зможе розшифрувати людський геном, витративши на це менше сотні доларів. Американська дослідницька компанія під назвою Ilumina - ось головний противник Китаю в цьому питанні. Китайськими вченими ще в 2010 році було закуплено першокласне обладнання, яке дозволяло їм займати всі ці роки лідируючі позиції на ринку з послуг секвенування геному. Але, по-перше, ці прилади стали неминуче застарівати, а, по-друге, послуга з розшифровки ДНК стає все більш і більш дешевою. Зараз Китай не хоче витрачати і без того відсутні фінансові кошти на обладнання з-за кордону - вчені вирішили розробити власну апаратуру. Хто переможе в сутичці за лідерство - покаже майбутнє. Але вже сьогодні розшифровка геному в окремих випадках коштує не більше 600 доларів.
Чи дійсно розшифровка генів корисна
Втім, не все так просто в цьому питанні. Деякі дослідники наполягають на тому, що секвенування генів приносить не стільки користь, скільки шкоди. Чи може цей процес дійсно щось дати окремому індивіду або бути внеском у науку? Чому частина фахівців ставиться до розшифровки ДНК більш ніж критично?
Справа в тому, що методи секвенування, з їхньої точки зору, є не більш ніж суперсучасним способом ворожіння на кавовій гущі. Відповідальність за отримання інформації про свій геном людина несе сама. Різні мотиви штовхають людей на відповіді на питання про свою ДНК. Хтось прагне таким чином краще пізнати себе. Хтось намагається себе убезпечити від захворювань - і робить все, щоб перестрахуватися. Однак такий підхід може бути вкрай негативним.
Наприклад, люди, які дізнаються, що мають ризик захворіти на онкологію, надалі починають страждати від серйозних депресій і без кінця бігати по лікарях. І це при тому, що навіть повне секвенування дає результати, які прогнозують розвиток страшних захворювань з ризиком 50%. Однак серед клієнтів цих послуг все більше поширюється хвиля істерії. Все це призвело до того, що деякі влади, наприклад, у Сполучених Штатах Америки, серйозно взялися за обмеження діяльності медичних компаній.
Генетичний паспорт - так чи ні
У вітчизняному середовищі більш популярним є вираз «генетичний паспорт». Але, як це часто трапляється, наука не змогла передбачити всіх наслідків своїх досягнень. Адже розшифровка «букв» ще не дає гарантії того, що правильно будуть зрозумілі написані «слова». Наприклад, генетики досі не можуть однозначно відповісти на питання, скільки генів міститься в людському геномі. Раніше вважалося, що ця кількість коливається від 10 тисяч до 40 тисяч. Тепер дослідники висувають припущення про те, що це число коливається в межах 10 - 25 тисяч. Точніше сказати неможливо. І секвенування геному є лише одним прикладом того, як наукове відкриття стає причиною ще більшої кількості питань без відповіді.
Вартість розшифровки геному зараз становить близько 1 тис. доларів. Однак прочитання генів для багатьох є лише джерелом додаткового стресу. За свої ж гроші клієнти отримують такі результати, від яких потім не можуть заснути ночами. Секвенування - це дослідження, в яке включається отримання інформації про різні гени. У тому числі в «генетичний паспорт» входять гени, які беруть участь у розвитку різних хвороб - діабету, ожиріння, серцево-судинних захворювань. Не потрібно бути генетиком міжнародного класу, щоб зрозуміти: до цих хвороб можуть бути генні передумови, однак і спосіб життя, який веде людина, відіграє значну роль.
Можливі помилки
Зараз багато вчених вказують на той факт, що в процесі секвенування часто не можна уникнути помилок. Причому їхня ймовірність вимірюється не десятими частками, а цілими відсотками. Їх виникнення пов'язане з особливостями технології розшифровки. Секвенування - це процес, який можна порівняти зі зняттям копії з величезного фільму довжиною кілька тисяч кадрів. При цьому дозволяється знімати копії, які будуть довжиною не більше 20 кадрів. Щоб вони були якомога точнішими, їх знімають «із запасом», щоб додаткові відрізки один одного перекривали. З розшифровкою людського геному все ще складніше - адже довжина людської хромосоми становить десятки і сотні мільярдів літер. Завдання зібрати людський геном було досить амбітним для багатьох країн. Однак зараз висновок можна зробити тільки один - геном зібрано з великою кількістю помилок. Можливо, в майбутньому вчені зможуть збирати дані більш точно. А сьогодні потрібно миритися з такою ситуацією.
