Відомо, що людський геном складається з чотирьох «букв». Вони умовно позначаються як А, Ц, Г і Т. тобто геном людини складається з молекул чотирьох типів – аденіну, цитозина, гуаніна і тиміну. Більше кількість хромосом в генах не є свідченням більшої розвиненості. Воно говорить лише про кількість загроз і потрясінь, через які вдалося пройти до того чи іншого біологічного виду. Яка інформація укладена 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 та захворювання серця – схильність до цих хвороб дозволяє виявити процедура 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 генома повинно входити в набір обов'язкових досліджень новонароджених.

Історія проекту

Проект розшифровки генома був запущений ще в початку 90-х років. Для того щоб відбулася повна розшифровка геному, потрібно 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 «чернетка» генома завершений. У 2006 році видавництво Nature опублікувало інформацію про те, що отримана послідовність останньої хромосоми. Також на ринку генетичних послуг з'явилося секвенування экзома – процес визначення пошкоджених ділянок у молекулі ДНК. Товариство вважало, що перебуває на порозі нової ери.

Що ж таке секвенування?

Секвенування – це заключна щабель аналізу геному людини. Перед цим слідують такі стадії: матеріал відбирається і клонується. А також відбувається попереднє тестування ділянки ДНК більш простими 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 одному основи. Є більш простий спосіб, який в практиці використовується частіше. Це так званий дидезокси-метод, або секвенування за Сэнгеру.

Стадії розшифровки генома по Сэнгеру

Останній метод включає в себе наступні стадії дослідження:

досліджуваний фрагмент молекули ДНК гибридизируется з праймером;

відбувається ферментативний синтез молекули;

на наступній стадії матеріал піддається електрофорез;

і, нарешті, отримані результати аналізуються вченими-генетиками на радиоавтографе.

Велика частина цих приладів здатна розпізнавати до 300 смуг в молекулі ДНК.

Процес розшифрування ДНК за Сэнгеру

Початковим способом секвенування, який науковці змогли використати з метою обробки геномів, стало секвенування за Сэнгеру (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 генома по Сэнгеру практично ідентична з процесом клонування ДНК людини. Відрізняються ці процеси тільки тим, що в нуклеотиди підмішуються помилкові компоненти.

Процес розшифрування сьогодні

Зараз метод секвенування за Сэнгеру є повністю автоматизованим. Він проводиться на спеціальному обладнанні – ці машини називаються секвенаторами. Хімічні реакції проводяться в одній пробірці. Результати, отримані в результаті розшифровки по Сэнгеру, аналізуються за допомогою комп'ютерної техніки. Сучасні секвенатори можуть «зчитувати» інформацію з 600-1000 нуклеотидів одночасно. З допомогою автоматизації процес секвенування зараз відбувається набагато швидше, ніж раніше.

Чи це стане 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 супротивник 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 послуг секвенування генома. Але, по-перше, ці прилади стали неминуче застарівати, а, по-друге, послуга з розшифрування 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 боротьбі за лідерство – покаже майбутнє. Але вже сьогодні розшифровка генома в окремих випадках варто не більше 600 доларів.

Дійсно розшифрування генів корисна?

Втім, не все так просто в цьому питанні. Деякі дослідники наполягають на тому, що секвенування генів приносить не стільки на користь, скільки шкоду. Чи може цей процес дійсно щось дати окремого індивіда або бути внеском у науку? Чому частина фахівців відноситься до розшифровки ДНК більш ніж критично? Справа в тому, що методи секвенування, з їх точки зору, є не більш ніж суперсучасним способом ворожіння на кавовій гущі. Відповідальність за отримання інформації про своєму геномі людина несе сам. Різні мотиви штовхають людей на відповіді на запитання про своє 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, у подальшому 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 усе більше поширюється хвиля істерії. Все це призвело до того, що деякі влади, наприклад, у Сполучених Штатах, серйозно взялися за обмеження діяльності медичних компаній.

Генетичний паспорт – так чи ні?

У вітчизняній середовищі більш популярним є вислів «генетичний паспорт». Але, як це часто трапляється, наука не змогла передбачити всіх наслідків своїх досягнень. Адже розшифровка «літер» 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 запитань без відповіді. Вартість розшифровки генома 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 різних генах. 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 можна уникнути помилок. Причому їх 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 більш точними, їх знімають «з запасом», щоб додаткові відрізки перекривали один одного. З розшифровкою людського геному все ще складніше – адже довжина людської хромосоми складає десятки і сотні мільярдів літер. Завдання зібрати людський геном була досить амбітною для багатьох країн. Однак зараз висновок можна зробити тільки один – геном зібраний з великою кількістю помилок. Можливо, в майбутньому вчені зможуть збирати дані більш точно. А сьогодні потрібно миритися з такою ситуацією.