Но «книга» оказалась с сюрпризом. Содержательного текста в ней хватило всего на несколько «страниц». Ожидалось, что геном человека будет содержать сотни тысяч генов, а их в черновом варианте обнаружилось всего 20–30 тысяч — примерно 2 % генома: это похоже на длинную нитку бус с вкрапленными кое-где жемчужинами. И эти генные «жемчужины» разделяют нуклеотидные цепочки огромной длины, которые не кодируют никаких белков. Выходит, 98 % генома — набор элементов с совершенно непонятными функциями!
Сами гены — это сегменты ДНК со стоп- и старт-кодонами, обрамленные последовательностями, которые участвуют в регуляции активности генов. Их можно сравнить с акселераторами, которые в соответствии с потребностями клетки ускоряют или замедляют синтез РНК. Но регуляторные участки не настолько протяженны, чтобы заполнить все белые пятна в геноме, которые ученые образно прозвали «хламом», «мусором». Некоторые области «темной материи» — пожалуй, это более пристойное название для того, чего мы пока просто не знаем, — всего лишь «кладбище вирусов», останки пестрой толпы безбилетных пассажиров, которые в незапамятные времена проникли в клетки человека и утратили способность вызывать заболевания. На их долю приходится примерно 8 % генома.
Другая часть «мусора», однако, совсем не мусор и такого названия вообще-то не заслуживает. В полной мере ее функции пока не установлены, но по крайней мере часть ее элементов кодирует короткие одноцепочечные РНК, на которых белки не синтезируются, но которые играют важную роль в регуляции активности генов.
Итак, генетический материал от нескольких сотен анонимных добровольцев, сотни тысяч человеко-часов и 4 миллиарда долларов все вместе произвели на свет первую генетическую карту человечества. Технологический прогресс позволяет теперь многократно ускорить секвенирование и существенно удешевить его. Сегодня все происходит гораздо быстрее, чем предсказывает закон Мура, согласно которому число транзисторов, размещаемых на кристалле интегральной схемы, удваивается каждые полтора года. За период между 1999 и 2009 годами стоимость процедуры уменьшилась в целых 14 тысяч раз, и в 2010-м, почти через 10 лет после того, как был получен черновой вариант генома человека, такие компании, как Illumina или Complete Genomics, запрашивали за всё про всё 6 тысяч долларов. Работу выполнит за сутки один секвенатор.
Помимо всего прочего, проект «Геном человека» создал множество «точек роста» для генно-промышленных комплексов. Как только общие очертания новой области знаний стали ясны, в полную силу заработала международная «машина открытий». Сегодня интересы молекулярных генетиков сместились в сторону выявления индивидуальных особенностей геномов. Ученые намерены составить каталог всех различий в наших ДНК, потому что именно это и определяет нашу индивидуальность.
Компания HapMap специализируется на выявлении различий между большими популяциями, традиционно называемыми расами. Чтобы выяснить, коррелирует ли классифицирование их по группам с генетическими особенностями, HapMap картировал геномы членов пяти основных этнических групп. В результате на свет появился первый каталог локализации точковых мутаций — замена одного азотистого основания в геноме другим. Эти мутации распространены так широко, что за ними даже закрепилось особое сокращение — snip, от SNP — полиморфизм однонуклеотидных замен. По имеющимся оценкам, в геноме человека их примерно 15 миллионов, хотя достоверно идентифицировано и внесено в каталог всего 3 миллиона.
Следующим шагом будет составление детального каталога геномных вариантов по данным секвенирования в лабораториях максимально возможного на сегодняшний день числа геномов. К концу 2010 года в списке опубликованных общедоступных карт геномов человека было две дюжины, включая геномы таких знаменитостей, как выдающийся борец с апартеидом епископ Десмонд Туту и знаменитая актриса и певица Гленн Клоуз. Пока не обнародованы результаты секвенирования еще более 200 геномов. Но это только начало. В рамках проекта «1000 геномов» предполагается опубликовать исчерпывающие генетические данные более тысячи добровольцев; еще более амбициозные планы у участников проекта «Персональный геном»: в нем участвует 100 тысяч человек. Эти коллекции геномов охватят все типы вариантов.
Однако мутации в человеческом геноме не ограничиваются однонуклеотидными заменами. Мы являемся носителями гораздо более серьезных аберраций: у одних утрачиваются целые сегменты ДНК, у других какие-то сегменты повторяются два и более раз или оказываются совсем в другой области генома. Важным инструментом охотников за мутациями стал в последние годы метод полногеномного скрининга, или GWAS (Genome Wide Association Studies). Он позволяет выяснить, какие гены связаны с теми или иными заболеваниями или определяют те или иные признаки. Концептуально подход очень прост. Набирают группу добровольцев, страдающих данным недугом или обладающих конкретным признаком, и контрольную группу. И тех, и других тестируют на наличие четырех известных SNP, используя генный чип. Это удивительное устройство размером с почтовую марку вмещает множество коротких кусочков ДНК, беспорядочно колышущихся, как водоросли на дне моря. Современный чип позволяет тестировать от половины до одного миллиона SNP, разбросанных по всем хромосомным ДНК. Информацию загружают в компьютер, и с помощью специальной программы получают полную картину распределения точковых мутаций и их характеристики.