И вдруг, на высоте 11,5 тысяч метров над Тихим океаном, меня осенило: я использовал правильную методику секвенирования, но не той ДНК! Что, если применить быстрый метод случайного секвенирования (метод дробовика) к клонам кДНК? Что произойдет, если просто случайно выбрать клон кДНК и секвенировать его за один проход? Мои секвенаторы одновременно прочитывали около 400 пар оснований генетического кода – более чем достаточно, чтобы найти соответствие в геномной базе данных. Это было подобно открытию алфавитного указателя к каталогу генов человека.
Если данная последовательность получена из клона кДНК, изготовленного из нестойких мРНК мозга человека, то в ней содержится ключевая информация: (а) эта последовательность является частью реального, экспрессивного гена, и (б) этот ген имеет важное значение для функции мозга. Для сравнения – последовательности из генома практически неинформативны. Если бы я перешел на секвенирование тысячи случайно выбранных клонов кДНК, то смог бы обнаружить сотни генов для каждого клона, определенного методом традиционного геномного секвенирования. Я так воодушевился этой идеей, что с трудом дождался возвращения домой и постановки решающего эксперимента.
Уже на следующее утро я собрал в лаборатории своих ведущих сотрудников. Я был уверен, что они разделят мой энтузиазм по поводу новой идеи, но меня встретила стена скепсиса и сомнений. В итоге Маккомби и все остальные заявили, что из моей «сенсационной» идеи, скорее всего, ничего не получится и все кончится тем, что ее придется финансировать из средств на секвенирование генома. Они приводили те же аргументы, что и другие критики метода кДНК.
Согласно современной теории, для подавления любого сигнала генов с низким уровнем экспрессии достаточно лишь небольшого количества генов с высоким уровнем экспрессии. Любая обнаруженная нами матричная РНК, скорее всего, будет соответствовать этим доминантным генам. Но хотя этот аргумент имеет смысл для некоторых тканей, его вряд ли можно отнести к человеческому мозгу, функционирование которого и сама мыслительная деятельность зависит от огромного количества генов, причем некоторых с очень низким уровнем экспрессии. Исследования ученых из Клиники имени Скрипса показали, что до половины всех генов человека действуют в головном мозге.
Я вспомнил совет Ната Каплана: никогда не отговаривай себя от проведения эксперимента; в конечном счете, все зависит от реального устройства мира, а не от наших представлений о нем сегодня. К счастью, в лаборатории нашелся один заинтересовавшийся моей идеей сотрудник. Марк Адамс пришел к нам из Мичиганского университета всего неделей раньше, и нам еще предстояло выяснить, чем он захочет заниматься. Мы обсудили с ним использование библиотеки кДНК мозга для реализации идеи случайного выбора кДНК в процессе секвенирования, и он согласился незамедлительно начать работу. Потом я узнал, каким нападкам за моей спиной подвергся Марк со стороны Маккомби и других сотрудников, страшно озабоченных возможным уменьшением финансирования, хотя у нас не было никаких оснований для беспокойства. Да даже если бы нам понадобилось еще больше денег, я бы их как-нибудь раздобыл.
К тому времени был практически закончен последний вариант заявки на грант Уотсона, предназначенный для финансирования секвенирования участков хромосомы с высоким содержанием генов, а не всей хромосомы. В октябре того же года мы встретились с Уотсоном в городе Хилтон-Хед-Айленд в Калифорнии, где я проводил конференцию по секвенированию. Я изложил ему свой план исследования участка хромосомы 4, ответственного за болезнь Хантингтона, участка хромосомы 19, ответственного за миотоническую дистрофию, и участка хромосомы 15, ответственного за синдром Прадера – Вилли. Он согласился, что мой план весьма убедителен и понравится специалистам, занимающимся «охотой» на определяющие эти болезни гены.
Уотсон заверил меня, что на этот раз я могу рассчитывать на благоприятный исход дела, так как членов Комитета по рассмотрению заявок отбирали с учетом их неподдельной заинтересованности в развитии исследований генома. Как бы я ни злился на него за трижды невыполненные обещания, мы все же сохраняли хорошие отношения. Я чувствовал, что он искренне желает получить финансирование для моей программы, и мы оба искренне верили в успех геномики и определения генома человека.
На этой конференции произошло еще одно запомнившееся мне событие, которому предстояло сыграть важную роль в будущем. Во время нашего однодневного семинара Уотсон затеял громкий скандал с представителями фармацевтической компании по поводу того, кто будет обладать патентами на идентифицированные гены. Он также потребовал согласовать стратегию выдачи результатов секвенирования и выразил желание, чтобы это делалось сразу после подтверждения полученных результатов. Этот инцидент будет преследовать меня еще долгие годы.
Внезапно я обнаружил, что направление исследований резко изменилось. Результаты моей лаборатории показали, что методику секвенирования случайно выбранных клонов кДНК ожидает большой успех. Я ликовал, хотя предстояло еще проделать колоссальную работу и убедиться, что мы не оказались в плену полученных данных и не совершили никаких ошибок. Трудность состояла в необходимости подтвердить, что, имея всего лишь 300–400 пар оснований кода кДНК, мы располагаем достаточной информацией для идентификации соответствующего гена. Мы собирались продемонстрировать эффективность метода путем картирования последовательностей кДНК обратно в геном. А еще мы пытались манипулировать библиотеками кДНК и выяснить, существуют ли эффективные способы уменьшить активность обычных генов, чтобы обнаружить более редкие гены.
По мере исследования все большего числа клонов кДНК волнение в лаборатории нарастало. В 1990 году мы определили и секвенировали около 2000 генов человека, из которых только 10 % – например, адреналинового рецептора – были получены из мозга человека. За каждый день работы наших устройств мы обнаруживали от 20 до 60 новых человеческих генов. Каждый день! Мне трудно было осознать эту цифры, так как это на порядок превышало количество генов человека, которое мы декодировали за многие месяцы геномного секвенирования, и в 60 раз было больше, чем мне удалось получить с помощью традиционных методов за десяток лет невероятно упорного и утомительного поиска адреналинового рецептора. Мы стояли на пороге настоящего переворота в биологии.
Прогресс в науке зависит от новых методик, новых открытий и новых идей, и вероятно, именно в таком порядке.
Сидни Бреннер, лауреат Нобелевской премии 2002 года по физиологии и медицине
В науке знаменитым становится тот, кто способен убедить мир в правоте своей идеи, а не тот, у кого она впервые возникает. Не тот, кто первым нашел новое и драгоценное зерно, но тот, кто его посеет, пожнет, перемелет и накормит им весь мир.
Фрэнсис Дарвин (сын Чарлза Дарвина), 1914 год
Казалось, все было так ясно, так логично и просто. Я знал, как раскрыть тайны генома человека. Я знал, как сделать это, сосредоточив все усилия на тех нескольких процентах генома, которые производят белки. И не стоит отвлекаться, по крайней мере сейчас, на 97 % генов, содержащих регуляторные участки, ископаемые ДНК, испорченные остовы старых генов, повторяющиеся последовательности, паразитарные ДНК, вирусы и таинственные участки бог знает чего еще. Конечно, очень важно понять геном во всей его головокружительной сложности, но таким путем я сумею узнать о нем нечто весьма существенное. Я и не предполагал, что мой путь «напрямую к генам» будет воспринят политиканами от науки как угроза самой идее геномного проекта.
В конце 1990 года я, решив рассказать всему миру, как у нас хорошо идут дела с методом кДНК, позвонил в редакцию Science. Редактор заинтересовался и попросил меня написать большую статью о нашем новом методе обнаружения генов. Я прекрасно понимал, что первая статья о методе секвенирования ДНК должна быть как можно более подробной. К тому времени все в моей лаборатории уже убедились, что мы на верном пути. Пока Марк Адамс работал над новыми способами составления коллекции кДНК, я обратился к своему коллеге, заведующему лабораторией НИЗ Карлу Мериллу, с просьбой помочь картировать гены обратно в геном. Остальные сотрудники лаборатории работали над разработкой нового программного обеспечения для идентификации генов.
Я стал обсуждать наши результаты с другими учеными и прочитал несколько публичных лекций о наших исследованиях. Вскоре я обнаружил, что молекулярный биолог из Кембриджа Сидни Бреннер также планировал секвенировать случайно выбранные клоны в кДНК. Сидни – сын неграмотного еврейского сапожника из Южной Африки. Этот словоохотливый, изобретательный человек – по моему мнению, самый яркий из нынешних молекулярных биологов. (В 2002 году он был удостоен Нобелевской премии.) Поскольку я испытывал к нему огромное уважение, то позвонил ему и сообщил о наших исследованиях. Я объяснил, что мы готовим статью для публикации в Science, и предложил выступить с параллельной статьей. Мы могли бы даже обменяться результатами и проверить, не найдется ли совпадений среди обнаруженных нами генов. Сидни ответил, что он еще не настолько далеко продвинулся в своих исследованиях, но согласился, что в моем предложении есть смысл. Мы решили вернуться к этому разговору в ближайшее время.
