Когда это впервые проделывали с человеческим геномом, обе соревновавшиеся группы пользовались разными методами расшифровки. Группа Коллинза терпеливо атаковала проблему «в лоб»: секвенировала молекулу ДНК и анализировала последовательность нуклеотидов в каждом фрагменте (сразу проанализировать целую молекулу практически невозможно из-за ее огромной длины). Вентеру, имевшему куда меньше возможностей и сотрудников, удалось успешно состязаться с Консорциумом потому, что он использовал другой, намного более быстрый (хотя и менее достоверный) способ «шрапнельной» расшифровки. По этому методу молекула ДНК дробится сразу на множество мелких фрагментов, каждый из которых потом дешифруется, а затем они «сшиваются» друг с другом. Как же узнать, какой именно фрагмент сшить с каким? Для этого процедура повторяется несколько раз, с целью получения ряда вариантов перекрываний, а потом с помощью специальной компьютерной программы находят наиболее непротиворечивый вариант сшивания всех таких концов.
В метагеномике используется именно «шрапнельный» метод, правда, в усовершенствованной форме. Да и применяют его к тем объектам, которые не растут в культуре. И это главное. Даже из приведенного ранее результата плавания Вентера следует, что в окружающей среде, в различных экологических нишах: в воде, почве и т. п. — существуют тысячи и тысячи видов микроорганизмов, неизвестных науке, и, как оказалось, подавляющее их большинство в культуре не растет. Например, было показано, что в каждом килограмме отложений на дне океанов и морей живут около миллиона разных видов вирусов, и даже в человеческом кале, прошу прощения за упоминание, преспокойно существуют около тысячи (!) их разновидностей.
Метагеномическое исследование таких организмов, как правило, начинается с «шрапнельного» раздробления их ДНК, затем во всех этих (перекрывающихся) фрагментах распознается последовательность нуклеотидов, эта процедура повторяется несколько раз и по ее результатам с помощью компьютера делается попытка «сшить» фрагменты в какое-то подобие целого. В отличие от геномных исследований, где такое «сшивание» всегда удается (потому что все фрагменты в конечном счете принадлежат геному одного и того же объекта), в метагеномике объект — просто «зачерпнутая ложка» множества микроорганизмов, и «сшивка» удается далеко не всегда. Чаще всего исследователи получают «на выходе» части геномов различных организмов, живущих в исследуемом образце, но иногда — и цельные геномы каких-то доселе неизвестных науке существ. Но даже подобное приблизительное исследование дает то, чего не может дать обычная геномика — знание о микроорганизмах реальной среды в их живом взаимодействии.
Не стоит, пожалуй, объяснять, какое значение для науки — да и для практики — имеет открытие новых видов микроорганизмов и изучение особенностей сосуществования в природных экологических сообществах. Вентер надеется таким путем найти еще микроорганизмы (или их гены), которые откроют путь к альтернативным источникам энергии.
Группа микробиолога Джойнта исследует влияние, которое может оказать предлагаемая некоторыми учеными закачка углекислого газа в океаническое дно, на живущие там донные сообщества микроорганизмов — ведь на самом деле они составляют одно из важнейших звеньев планетарной экологической цепи.
Все эти непрерывно увеличивающиеся по размаху и задачам исследования в совокупности и составляют современную метагеномику, которая выросла из работ, начатых более двадцати лет назад американским микробиологом Норманном Пэйсом в университете штата Индиана. Пэйс тогда предложил изучать геномы не в культурах, а прямо в среде существования исследуемых организмов и первым разработал методы подобных исследований.
Эти идеи были развиты другими учеными, а сам термин «метагеномика» впервые появился в печати в 1998 году, где был строго научно определен как «приложение методов современной геномики к исследованию сообществ микроорганизмов непосредственно в среде их обитания, минуя необходимость изолировать и культивировать в лабораторных условиях каждый отдельный их вид». Так что метагеномика отнюдь не новинка, просто раньше ее затмевала обычная геномика с сенсационными прочтениями отдельных геномов — человека, шимпанзе, кошки, собаки и так далее вплоть до (едва ли не самой недавней) лобковой вши, которая, кстати, рассказала о некоторых подробностях взаимоотношений древних людей и горилл. Теперь же метагеномика взяла реванш даже у геномики, потому что одним из ее последних по времени приложений стала своя сенсация — первая расшифровка геномов вымерших существ. В том числе и неандертальцев.