Ложка дёгтя

Во-первых, деньги. Прибор для секвенирования по Ротбергу стоит 500 000 долларов — не знаем, как для зарубежных лабораторий, а для россиян это сумма солидная. Да и реактивы требуются недешёвые, и методика не самая простая. Хотя, конечно, с затратами на „Геном человека“ не сравнить.

Сравнение секвенирования по Сэнгеру и параллельного пиросеквенирования по Маргулису — Эгхольму — Ротбергу. Впрочем, на этой впечатляющей схеме не отражены недостатки нового метода…

Во-вторых, секвенирование по Ротбергу позволяет читать только очень короткие фрагменты, максимум 120 нуклеотидов. При чтении более длинных кусков точность стремительно падает. А составлять из мелких кусочков огромный текст, например последовательность хромосомы млекопитающего, — удовольствие ниже среднего, особенно если учесть, что для высших организмов характерно обилие повторов. Вдобавок для пиросеквенирования нужны однонитевые кусочки ДНК, а не двунитевые, как при секвенировании по Сэнгеру, и, значит, можно забыть о комплементарных „липких концах“, которые помогают состыковывать фрагменты. Придётся повторять чтение по нескольку раз, с различными наборами перекрывающихся небольших кусочков, и потом собирать этот паззл с помощью хитроумных компьютерных программ.

В-третьих, у пиросеквенирования есть трудноустранимый дефект, причина которого лежит в самом принципе метода: когда в последовательности несколько раз повторяется одна и та же буква, не всегда получается определить, сколько же там Т подряд: семь или восемь. Об этом приходится судить по интенсивности вспышки, но здесь легко ошибиться. При секвенировании по Сэнгеру всё гораздо понятнее: семь тиминов подряд — семь полосочек на соответствующей дорожке.

Однако всё это, конечно, не отменяет несомненных достоинств метода(взгляните ещё раз на таблицу, где он сравнивается с секвенированиемпо Сэнгеру). Скорее всего, оптимисты правы, и в самом деле уже настала эпоха быстрого чтения ДНК. Будущее покажет, победит ли этот метод или другой.

И немного о конкурентах

Не будем забывать, что у команды из Коннектикута есть серьёзные соперники. Рядом с секвенированием по Ротбергу как бумажные, так и электронные издания регулярно упоминают полони-секвенирование(polony sequencing), которое придумала группа исследователей Гарвардской медицинской школы во главе с Джорджем Черчем (GeorgeChurch). Исследователи обещают снизить стоимость чтения генома человека до 2,2 миллионов долларов, а в перспективе — даже до 1000 долларов.

Метод использует очень маленькие фрагменты ДНК, следовательно, лучше подходит для повторного чтения. Ничего обидного здесь нет: это означает, что метод Черча может быть применён и при секвенировании ДНК пациентов для медицинских целей (ведь геном человека ужепрочитан), и, например, при изучении новых штаммов микробов. Золотое дно! Кстати, в Гарварде как раз и отсеквенировали геном новой линии кишечной палочки. Из оборудования потребовался обычный микроскоп с цифровой камерой. Название метода не связано ни с Польшей, ни с элементом полонием, а происходит от слов „polymerase colony“ — „полимеразная колония“. Десятки миллионов индивидуальных ДНК-фрагментов амплифицируются в тонком слое полиакриламидного геля. Поскольку гель ограничивает диффузию, образуются сферические колонии ДНК — полонии, говоря языком разработчиков. Они действительно напоминают бактериальные колонии в чашке Петри. (Опять ассоциации с искусственно созданной жизнью! Может, и вправду приближается время „полуживых механизмов“?) Затем двунитевую ДНК денатурируют, а на оставшихся однонитевых матрицах начинают сиквенс в реальном времени. Но по-другому, чем у Ротберга: к растущей цепи присоединяются флуоресцирующие аналоги нуклеотидов. Колония, присоединившая очередной нуклеотид, начинает светиться. Затем свечение нового нуклеотида гасят, отрывая и отмывая флуоресцентную группу. Повторяя циклы, фиксируя картинку камерой и передавая на компьютер, можно считывать последовательность сразу во всех этих миллионах точек. Правда, в каждой точке безошибочно прочитывается лишь очень короткий кусок, но точек-то миллионы! Так что поставленная задача — много, быстро, и дёшево — выполняется неплохо.

Читая о ДНК в геле под микроскопом, светящихся метках и компьютерном анализе изображения, многие, наверное, вспомнили про аналогичные работы с ДНК-микрочипами академика А.Д. Мирзабекова и его коллег из Института молекулярной биологии в Москве. Спешу успокоить патриотов российской науки: разработчики полони-сиквенса в своих статьях на эти работы ссылаются. Конечно, всё равно обидно — опять американцы в первых строчках новостей, а наши в середине списка цитируемой литературы. Но хочется верить, что ещё не всё потеряно.

„Химия и жизнь — XXI век “

Статьи близкой тематики: Каждому — по геному!  Джордж Черч. Как увидеть ДНК.  В. Артамонова. Дезоксирибону... и так далее.  Е. Котина. Гены брата.  Е. Клещенко.

ФизикаАстрономияНауки о ЗемлеХимияБиологияМедицинаИсторияСоциальные наукиТехнологияПсихологияЭкономикаРазноеНа главную страницу

          

Френсис Крик

Английский специалист в области молекулярной биологии Фрэнсис Харри Комптон Крик родился в Нортхемптоне и был старшим из двух сыновей Харри Комптона Крика, зажиточного обувного фабриканта, и Анны Элизабет (Вилкинс) Крик. Проведя свое детство в Нортхемптоне, он посещал среднюю классическую школу. Во время экономического кризиса, наступившего после первой мировой войны, коммерческие дела семьи пришли в упадок, и родители Крика переехали в Лондон. Будучи студентом школы Милл-Хилл, Крик проявил большой интерес к физике, химии и математике. В 1934 г. он поступил в Университетский колледж в Лондоне для изучения физики и окончил его через три года, получив звание бакалавра естественных наук. Завершая образование в Университетском колледже, Крик рассматривал вопросы вязкости воды при высоких температурах; эта работа была прервана в 1939 г. разразившейся второй мировой войной.

В военные годы К. занимался созданием мин в научно-исследовательской лаборатории Военно-морского министерства Великобритании. В течение двух лет после окончания войны он продолжал работать в этом министерстве и именно тогда прочитал известную книгу Эрвина Шрёдингера «Что такое жизнь? Физические аспекты живой клетки» («What Is Life? The Physical Aspects of the Living Cell»), вышедшую в свет в 1944 г. В книге Шрёдингер задается вопросом: «Как можно пространственно-временные события, происходящие в живом организме, объяснить с позиции физики и химии?»

Идеи, изложенные в книге, настолько повлияли на К., что он, намереваясь заняться физикой частиц, переключился на биологию. При поддержке Арчибалда В. Хилла К. получил стипендию Совета по медицинским исследованиям и в 1947 г. начал работать в Стрэнджвейской лаборатории в Кембридже. Здесь он изучал биологию, органическую химию и методы рентгеновской дифракции, используемые для определения пространственной структуры молекул. Его познания в биологии значительно расширились после перехода в 1949 г. в Кавендишскую лабораторию в Кембридже – один из мировых центров молекулярной биологии.

Под руководством Макса Перуца К. исследовал молекулярную структуру белков, в связи с чем у него возник интерес к генетическому коду последовательности аминокислот в белковых молекулах. Изучая вопрос, определенный им как «граница между живым и неживым», Крик пытался найти химическую основу генетики, которая, как он предполагал, могла быть заложена в дезоксирибонуклеиновой кислоте (ДНК).

Когда К. начал работать над докторской диссертацией в Кембридже, уже было известно, что нуклеиновые кислоты состоят из ДНК и РНК (рибонуклеиновой кислоты), каждая из которых образована молекулами моносахарида группы пентоз (дезоксирибозы или рибозы), фосфатом и четырьмя азотистыми основаниями – аденином, тимином, гуанином и цитозином (в РНК вместо тимина содержится урацил). В 1950 г. Эрвин Чаргафф из Колумбийского университета показал, что ДНК включает равные количества этих азотистых оснований. Морис Х.Ф. Уилкинс и его коллега Розалинда Франклин из Королевского колледжа Лондонского университета провели рентгеновские дифракционные исследования молекул ДНК и сделали вывод, что ДНК имеет форму двойной спирали, напоминающей винтовую лестницу.

В 1951 г. двадцатитрехлетний американский биолог Джеймс Д. Уотсон пригласил К. на работу в Кавендишскую лабораторию. Впоследствии у них установились тесные творческие контакты. Основываясь на ранних исследованиях Чаргаффа, Уилкинса и Франклин, К. и Уотсон намеревались определить химическую структуру ДНК. В течение двух лет они разработали пространственную структуру молекулы ДНК, сконструировав ее модель из шариков, кусков проволоки и картона. Согласно их модели, ДНК представляет собой двойную спираль, состоящую из двух цепей моносахарида и фосфата (дезоксирибозофосфата), соединенных парами оснований внутри спирали, причем аденин соединяется с тимином, а гуанин – с цитозином, а основания друг с другом – водородными связями.

Модель позволила другим исследователям отчетливо представить репликацию ДНК. Две цепи молекулы разделяются в местах водородных связей наподобие открытия застежки-молнии, после чего на каждой половине прежней молекулы ДНК происходит синтез новой. Последовательность оснований действует как матрица, или образец, для новой молекулы.

В 1953 г. К. и Уотсон завершили создание модели ДНК. В этом же году К. получил степень доктора философии в Кембридже, защитив диссертацию, посвященную рентгеновскому дифракционному анализу структуры белка. В течение следующего года он изучал структуру белка в Бруклинском политехническом институте в Нью-Йорке и читал лекции в разных университетах США. Возвратившись в Кембридж в 1954 г., он продолжил свои исследования в Кавендишской лаборатории, сконцентрировав внимание на расшифровке генетического кода. Будучи изначально теоретиком, К. начал совместно с Сиднеем Бреннером изучение генетических мутаций в бактериофагах (вирусах, инфицирующих бактериальные клетки).

К 1961 г. были открыты три типа РНК: информационная, рибосомальная и транспортная. К. и его коллеги предложили способ считывания генетического кода. Согласно теории К., информационная РНК получает генетическую информацию с ДНК в ядре клетки и переносит ее к рибосомам (местам синтеза белков) в цитоплазме клетки. Транспортная РНК переносит в рибосомы аминокислоты.

Информационная и рибосомная РНК, взаимодействуя друг с другом, обеспечивают соединение аминокислот для образования молекул белка в правильной последовательности. Генетический код составляют триплеты азотистых оснований ДНК и РНК для каждой из 20 аминокислот. Гены состоят из многочисленных основных триплетов, которые К. назвал кодонами; кодоны одинаковы у различных видов.

К., Уилкинс и Уотсон разделили Нобелевскую премию по физиологии и медицине 1962 г. «за открытия, касающиеся молекулярной структуры нуклеиновых кислот и их значения для передачи информации в живых системах». А.В. Энгстрём из Каролинского института сказал на церемонии вручения премии: «Открытие пространственной молекулярной структуры... ДНК является крайне важным, т. к. намечает возможности для понимания в мельчайших деталях общих и индивидуальных особенностей всего живого». Энгстрём отметил, что «расшифровка двойной спиральной структуры дезоксирибонуклеиновой кислоты со специфическим парным соединением азотистых оснований открывает фантастические возможности для разгадывания деталей контроля и передачи генетической информации».

В год получения Нобелевской премии К. стал заведующим биологической лаборатории Кембриджского университета и иностранным членом Совета Солковского института в Сан-Диего (штат Калифорния). В 1977 г. он переехал в Сан-Диего, получив приглашение на должность профессора. В Солковском институте К. проводил исследования в области нейробиологии, в частности изучал механизмы зрения и сновидений. В 1983 г. совместно с английским математиком Грэмом Митчисоном он предположил, что сновидения являются побочным эффектом процесса, посредством которого человеческий мозг освобождается от чрезмерных или бесполезных ассоциаций, накопленных во время бодрствования. Ученые выдвинули гипотезу, что эта форма «обратного учения» существует для предупреждения перегрузки нервных процессов.

В книге «Жизнь как она есть: ее происхождение и природа» («Life Itself: Its Origin and Nature», 1981) К. отметил удивительное сходство всех форм жизни. «За исключением митохондрий, – писал он, – генетический код идентичен во всех живых объектах, изученных в настоящее время». Ссылаясь на открытия в молекулярной биологии, палеонтологии и космологии, он предположил, что жизнь на Земле могла произойти от микроорганизмов, которые были рассеяны по всему пространству с другой планеты; эту теорию он и его коллега Лесли Оргел назвали «непосредственной панспермией».

В 1940 г. К. женился на Рут Дорин Додд; у них родился сын. Они развелись в 1947 г., и через два года К. женился на Одиль Спид. У них было две дочери.

Многочисленные награды К. включают премию Шарля Леопольда Майера Французской академии наук (1961), научную премию Американского исследовательского общества (1962), Королевскую медаль (1972), медаль Копли Королевского общества (1976). К. – почетный член Лондонского королевского общества, Королевского общества Эдинбурга, Королевской ирландской академии, Американской ассоциации содействия развитию наук, Американской академии наук и искусств и американской Национальной академии наук.

Фрэнсис Крик умер 29 июля 2004 г.

Джеймс Дью́и Уо́тсон (англ. James Dewey Watson, род. 6 апреля 1928, Чикаго, Иллинойс) — американский биолог. Лауреат Нобелевской премии по физиологии и медицине1962 г. — совместно с Фрэнсисом Криком и Морисом Х. Ф. Уилкинсом за открытие структуры молекулы ДНК.