Джеймс Д. Уотсън, Андрю Бери
ДНК: Тайната на живота (10)

Седма глава
Човешкият геном: Сценарият на живота

Човешкото тяло е изумително сложно. По традиция биолозите се фокусират върху една малка част и се стараят да я разберат детайлно. Този подход не се промени и с раждането на молекулярната биология. В по-голямата си част учените се специализират върху даден ген или върху гените, участващи в дадена биохимична пътека. Но нито една част на която и да било машина не действа независимо от другите части. Дори да изуча с най-големи подробности карбуратора на колата си, пак няма да добия представа от цялостната функция на двигателя, още по-малко — на целия автомобил. За да разбера за какво служи даден двигател и как работи, трябва да го изуча целия — трябва да поставя карбуратора на мястото му, като една от многото функциониращи части. Същото се отнася и за гените. За да разберем генетичните процеси в основата на живота, ние се нуждаем от нещо повече от подробното познаване на определен ген или пътека; трябва да поставим това знание в контекста на цялата система — генома.

Геномът е целият комплект от генетични указания в ядрото на всяка клетка. (Всъщност всяка клетка има два генома, по един от всеки родител: двете копия от всяка хромозома, която наследяваме, ни подсигуряват с две копия от всеки ген и следователно — с две копия от генома.) Размерите на генома варират при различните видове. От измерването на количеството ДНК в една-единствена клетка успяхме да преценим, че човешкият геном (половината съдържание на ДНК в едно ядро) съдържа около 3 100 000 000 базови двойки: 3 100 000 000 А-та, Т-та, Г-та и Ц-та.

Гените присъстват във всеки наш успех и неволя, дори във върховната: причисляват ги до известна степен към причините за смъртността, освен когато става въпрос за злополука. Най-очевидните случаи, като кистозна фиброза и болест на Тей-Сакс, се причиняват директно от мутации. Съществуват обаче още много гени, чиято работа е също толкова смъртоносна, макар и по-прикрита; те влияят върху податливостта ни към разпространени убийци като рак и сърдечни заболявания, които могат да бъдат характерни за представителите на някои семейства. Дори реакцията ни към заразни болести като морбили и обикновената настинка имат генетичен компонент, защото имунната система се управлява от нашата ДНК. Остаряването също е в голяма степен генетичен феномен: последиците, които свързваме с остаряването, са в голяма степен отражение на мутациите на нашите гени по време на живота. Затова, ако искаме да разберем напълно и най-после да се справим с тези генетични фактори на живота и смъртта, трябва да направим пълен опис на всички генетични играчи в човешкото тяло.

Ключът към човешката ни същност се крие най-вече в човешкия геном. Току-що оплодената клетка от човек и от шимпанзе външно не могат да се различат, но едната съдържа човешкия геном, а другата — генома на шимпанзето. И в двете именно ДНК наглежда невероятната трансформация от една-единствена клетка до изумително сложния възрастен представител и на двата вида, като човека например се състои от сто трилиона клетки. Но само геномът на шимпанзето е в състояние да създаде шимпанзе и само човешкият геном може да сътвори човек. Човешкият геном е огромен сборник от инструкции, управляващ развитието на всеки един от нас. Човешката природа е записана в тази книга.

За осъзналия какъв е залогът, застъпването за проекта, чиято цел е секвенционирането на цялата ДНК в човешкия геном, не би било по-спорно, отколкото да се застъпиш за майка си или за ябълковия пай. Кой здравомислещ човек би се противопоставил? В средата на осемдесетте години обаче, когато се обсъждаше за първи път възможността да се секвенционира геномът, тази идея се стори на някои определено съмнителна. Други пък решиха, че е прекалено, абсурдно амбициозна. Същият би бил ефектът, ако пред някой викториански майстор на балони се загатне за възможността човекът да стъпи на Луната.

 

 

Стана така, че именно телескопът помогна неволно за стартирането на Проекта за изучаване на човешкия геном. В началото на осемдесетте години астрономите от Калифорнийския университет предложиха да изградят най-големия, най-мощния телескоп на света с предполагаема цена 75 000 000 $. Когато фондация „Макс Хофман“ даде 36 000 000 $, благодарният университет се съгласи да кръсти проекта на името на щедрия си благодетел. За нещастие този начин за изразяване на благодарността затрудни набирането на останалите средства. Другите потенциални дарители не искаха да дадат средства за телескоп, вече наречен на името на някой друг, и проектът се оказа в задънена улица. В крайна сметка втори, много богат калифорнийски филантроп, фондация „У. М. Кек“, се намеси с обещанието да подсигури целия проект. Калифорнийският университет бе щастлив от това предложение, със или без „Хофман“. (Новият телескоп „Кек“ на връх Мона Кий на Хаваите бе напълно готов през май 1993 година.) Неподготвена да свири втора цигулка на „Кек“, фондация „Хофман“ оттегли помощта си и администраторите на Калифорнийския университет усетиха възможността да се сдобият с тези 36 000 000 $. Робърт Синшаймър, ректор на Калифорнийския университет в Санта Круз си дава сметка, че парите на „Хофман“ могат да финансират голям проект, който да „постави Санта Круз на картата“.

Биолог по образование, Синшаймър гори от желание биологията също да влезе в списъка на боравещите с големи пари науки. Физиците имаха своите скъпоструващи суперускорители на частици, астрономите — телескопи и сателити за 75 000 000 $, защо тогава и биолозите да нямат свой проект за много пари? Затова предлага в Санта Круз да се създаде институт, който да се занимава със секвенционирането на човешкия геном. През май 1985 година се свиква конференция, за да бъде обсъдена идеята на Синшаймър. Преобладаващото мнение е, че е прекалено амбициозна, и участниците решават първоначално ударението да се постави върху изследването на определен, важен от медицинска гледна точка участък от генома. В крайна сметка се оказа, че конференцията е била безполезна, защото парите на „Хофман“ не отиват в Калифорнийския университет. Срещата в Санта Круз обаче е посяла семето.

Следващата стъпка към Проекта за изучаване на човешкия геном идва от Министерството на енергетиката на САЩ (МЕ). Макар и, естествено, концентрирана върху енергийните нужди на нацията, програмата на МЕ има поне един биологичен мандат: да се изследва рискът за здравето от ядрената енергия. Във връзка с това се финансира проследяването на дългосрочното генетично увреждане на оцелелите при атомния взрив в Нагасаки и Хирошима и техните потомци. Какво би било по-полезно при идентифицирането на мутациите, причинени от радиацията, от пълното еталонно секвенциониране на човешкия геном? През есента на 1985 година министърът на енергетиката Чарлз Делизи свиква среща за обсъждането на геномната инициатива на своето министерство. Биологичните институции проявяват, меко казано, скептицизъм: станфордският генетик Дейвид Ботщейн заклеймява проекта като „програмата на МЕ за безработните създатели на бомби“, а Джеймс Уайнгардън, по онова време глава на Националните здравни институции (НЗИ), оприличава идеята на „предложение на Националното бюро по стандартите да се произведе бомбардировач B-2“. Не е учудващо, че НЗИ в крайна сметка става най-видният член на коалицията за Проекта за изучаване на човешкия геном; въпреки всичко МЕ играе важна роля в цялото развитие на проекта и отговаря за около 11% от секвенционирането.

През 1986 година шумът около генома стана още по-силен. През юни същата година организирах при лабораторията на Колд Спринг Харбър специална сесия за обсъждане на проекта по време на голямата среща, посветена на човешката генетика. Уоли Гилбърт, присъствал на срещата на Синшаймър предишната година в Калифорния, направи обезсърчаващи предположения за разходите: три милиарда базови двойки, три милиарда долара. Определено бяха големи пари. Осигуряването им беше немислимо без включването на обществените фондове и някои от присъстващите на срещата естествено се опасяваха, че мегапроектът, чийто успех съвсем не беше сигурен, щеше да изсмуче средствата за други критично важни изследвания. Притеснението беше Проектът за изучаване на човешкия геном да не се превърне в бездънна научноизследователска яма за пари. А на нивото на индивидуалното научно его, дори в най-добрия случай тези пари нямаше да осигурят кой знае какъв напредък в кариерата. Макар да обещаваше предостатъчно технически предизвикателства, Проектът за изучаване на човешкия геном не предлагаше особена интелектуална възбуда или слава за справилите се с тях. Дори важните пробиви щяха да бъдат омаловажени от мащабите на начинанието като цяло, а и кой щеше да се съгласи да посвети живота си на безкрайното еднообразно секвенциониране, секвенциониране и пак секвенциониране? Дейвид Ботщейн от Станфорд призова да бъдем особено внимателни: „Това означава структурата на науката да се промени така, че да обвърже всички ни, особено младите хора, към това огромно нещо с мащабите на Космическа совалка“.

 

Въпреки не особено големия ентусиазъм, срещата при лабораторията на Колд Спринг Харбър ме убеди, че секвенционирането на човешкия геном скоро щеше да се превърне в международен научен приоритет и тогава НЗИ щеше да стане основен играч. Убедих фондация „Джеймс С. Макдонъл“ да финансира изследването в дълбочина на свързаните с това въпроси под егидата на Националната академия на науките. Тъй като председател на комитета беше Брус Албъртс, бях сигурен, че всички идеи ще бъдат подложени на най-подробно оглеждане. Малко преди това Албърт бе публикувал статия, предупреждаваща, че надигането на „голямата наука“ заплашва да потопи обширния архипелаг на традиционната изследователска дейност в морето от новаторски принос от отделните лаборатории по целия свят. Без да знам със сигурност какво ще открие нашата група, аз заех мястото си заедно с Уоли Гилбърт, Сидни Бренър и Дейвид Ботщейн в петнайсетчленния комитет, който през 1987 година щеше да изяснява подробностите около евентуалния Проект за изучаване на човешкия геном.

В тези ранни дни Гилбърт беше най-пламенният защитник на Проекта за изучаване на човешкия геном. Основателно го наричаше „несравнимо средство за изследване на всеки аспект от човешките функции“. Но тъй като вече бе открил главозамайващата биотехнологична смес от наука и бизнес в Biogen — компанията, за чието създаване бе спомогнал — Гилбърт виждаше в генома невероятна нова бизнес възможност. Затова не след дълго отстъпи мястото си в комитета на Мейнард Олсън от Вашингтонския университет, за да избегне несъмнения конфликт на интересите. Молекулярната биология вече бе доказала потенциала си като голям бизнес и Гилбърт не виждаше причина да ходи да се моли за подаяния. Според него тази работа можеше да свърши частна компания с огромна лаборатория за секвенциониране и след това да продаде информацията за генома на фармацевтичните производители и другите заинтересовани страни. През пролетта на 1987 година Гилбърт обяви намерението си да създаде корпорация „Джиноум“. Оглушал за нададения вой в знак на несъгласие информацията за генома да се притежава от частно лице или организация (защото това най-вероятно щеше да ограничи приложението й за общото благо), Гилбърт се зае да набира начален капитал. За нещастие планът му беше осуетен от самото начало от собствената му не особено ласкателна автобиография като главен изпълнителен директор. След като през 1982 година подаде оставка и напусна Харвардския университет, за да поеме юздите на Biogen, компанията изгуби 11 600 000 $ през 1983 година и 13 000 000 $ през 1984 година. Напълно разбираемо, Гилбърт потърси подслон отново в Харвард, където се върна през декември 1984 година, но Biogen продължи да губи пари и след неговото напускане. Грандиозният план на Гилбърт надали изглеждаше особено обещаваща инвестиция за друг, освен за него самия, но в крайна сметка се провали окончателно най-вече поради независещи от него обстоятелства: крахът на фондовата борса през октомври 1987 година сложи рязък край на раждането на корпорация „Джиноум“.

Всъщност единствената вина на Гилбърт беше, че е изпреварил времето си. Планът му не се различаваше особено от плана, който „Силера Джиноумикс“ щеше да осъществи десет години след провала на „Джиноум“. А притесненията, породени от бизнес начинанието му за частното притежание на информацията за ДНК последователностите, щяха да се изострят още повече успоредно с прогреса на Проекта за изучаване на човешкия геном.

Планът, който създаде нашият комитет под егидата на НАН и под председателството на Албъртс, тогава имаше смисъл; и наистина Проектът за изучаване на човешкия геном се осъществяваше повече или по-малко в съответствие с неговите предписания. Предположенията ни за стойността и темпото също се оказаха доста точни. Тъй като, подобно на всеки притежател на компютър, знаехме, че с времето технологиите стават все по-добри и по-евтини, препоръчахме лъвският пай от работата по самото секвенциониране да се отложи, докато техниките достигнат сравнително ефективно спрямо цената ниво. Междувременно получаваше приоритет усъвършенстването на технологиите за секвенциониране. Отчасти и с тази цел препоръчахме да се секвенционират също така (по-малките) геноми на по-прости организми. Получените по този начин знания щяха да бъдат безценни както като база за сравнение с евентуалното секвенциониране на човешкия геном, така и като средство за усъвършенстване на нашите методи, преди да атакуваме сложния проблем. (Разбира се, очевидните по-прости кандидати бяха старите любимци на генетиците: E.coli, хлебната мая, C.elegans (нематодния червей, популяризиран в света на изследванията от Сидни Бренър) и плодовата мушица.)

Междувременно щяхме да се концентрираме върху възможно най-точното картиране на генома. Картирането щеше да бъде както генетично, така и физическо. Генетичното картиране включва определяне на относителното положение, реда на генетичните крайъгълни камъни в хромозомите, както бяха направили в началото момчетата на Морган за хромозомите на плодовата мушица. Физическото картиране всъщност представлява идентифициране на абсолютното местоположение на тези генетични крайъгълни камъни в хромозомата. (Генетичното картиране ни казва, че ген 2 например, се намира между ген 1 и ген 3; физическото картиране ни осведомява, че ген 2 отстои на един милион базови двойки от ген 1, а ген 3 е разположен на два милиона базови двойки по-нататък на хромозомата.) Генетичното картиране представя базовия строеж на генома; физическото картиране запознава с последователностите, когато най-после бъдат пуснати върху генома, с фиксирани позиционни котви по хромозомите. Тогава разположението върху дадена хромозома на всяка отделна част от последователността може да се определи в зависимост от котвите.

Според нашите предположения целият проект щеше да отнеме около петнайсет години и да струва около двеста милиона долара годишно. Не можехме да избягаме от приблизителните изчисления на Гилбърт, според които за всяка база щеше да отиде около един долар. Всяка мисия с космическа совалка струва около 470 000 000 $. Проектът за изучаване на човешкия геном щеше да струва колкото шест изстрелвания на космически совалки. Докладът ни беше публикуван през февруари 1988 година. Черновата на генома беше публикувана през 2001 година. Сега, докато пиша тези редове, празнините продължават да се запълват от занимаващите се със секвенциониране лаборатории по света, а през 2003 година, петдесетата година от откриването на двойната спирала и петнайсетата от публикуването на доклада на комитета — ще станем свидетели на довършването на последователността.

Докато комитетът към НАН все още обмисляше проекта, аз отидох да се срещна с ключови фигури в здравните субкомитети при Белия дом и Сената, които определят бюджета на НЗИ. Джеймс Уайнгардън, главата на НАН, беше настроен благосклонно към проекта от самото начало, но невиждащите в толкова далечна перспектива членове на НАН се противопоставяха. Наблегнах върху значението за медицината, което имаше откриването на последователността на генома. Както всички останали, и тези, които правят законите, са губили любими хора от болести като рак, които имат генетични корени, и си даваха сметка, че познаването на последователността на човешкия геном би улеснила борбата ни с подобни болести. В крайна сметка получихме 18 000 000 $.

Междувременно Министерството на енергетиката успя да осигури 12 000 000 $, предимно представяйки проекта като технологичен подвиг. Това бе периодът на доминиране на Япония в областта на производствените технологии; Детройт бе в опасност да бъде изместен от японската автомобилна индустрия и мнозина се опасяваха, че следващото, в което САЩ щеше да изгуби първенството си, бяха технологиите. Носеха се слухове, че три гигантски японски конгломерата („Мацуи“, „Фуджи“ и „Сейко“) са обединили силите си да произведат машина, способна да секвенционира един милион базови двойки дневно. Това се оказа лъжлива тревога, но именно подобни притеснения станаха причина инициативата за генома да се преследва със същия плам, който отведе американците на Луната преди руснаците.

През май 1988 Уайнгардън ме помоли да ръководя страната на НАН в проекта. Когато изразих неохотата си да се откажа от директорството на лабораторията в Колд Спринг Харбър, той успя да уреди да изпълнявам задълженията към НАН през свободното си време. Не можах да откажа. Осемнайсет месеца по-късно, през които Проектът за изучаване на човешкия геном се превърна в неустоима сила, офисът по въпросите на генома към НАН стана Национален център за изследване на човешкия геном, а аз бях назначен за неговия първи директор.

Моята работа включваше както осигуряване на средства от Конгреса, така и контрол на разумното им изразходване. Една от големите ми грижи беше бюджетът на Проекта за изучаване на човешкия геном да бъде отделен от бюджета на останалата част на НАН. За мен беше жизненоважно Проектът за изучаване на човешкия геном да не изложи на опасност съществуването на несвързаната с него наука; нямахме право да успеем, ако другите учени можеха справедливо да ни обвинят, че с нашия успех сме пожертвали техните изследвания на олтара на мегапроекта. Същевременно чувствах, че ние, заели се с това първо по рода си начинание, трябваше да дадем да се разбере някак си колко дълбоко е по същина. Проектът за изучаване на човешкия геном е много повече от огромна верига от А-та, Т-та, Г-та и Ц-та: човешкият род не би могъл да се сдобие с по-ценни знания от тези, с потенциала да говорят на най-основните ни философски въпроси за човешката природа, свързани както с благото, така и със злото. Реших 3% от общия ни бюджет (малка част, но въпреки това голяма сума) да се посветят на изследване на етичните, правните и обществените последствия от Проекта за изучаване на човешкия геном. По-късно, по настояване на сенатор Ал Гор, сумата бе увеличена на 5%.

През тези ранни дни на проекта бе съставена схемата на международното сътрудничество. Съединените щати ръководеха общите усилия и осъществяваха повече от половината работа; останалото щеше да се извърши предимно във Великобритания, Франция, Германия и Япония. Въпреки традицията си в генетиката и молекулярната биология, Медицинският научен съвет на Великобритания допринесе съвсем малко за това начинание. Подобно на науката като цяло във Великобритания, той също страдаше от късогледата скъперническа политика на мисис Тачър, когато ставаше дума за финансиране. За щастие тръстът „Уелкъм“, частна благотворителна организация за биомедицински цели, се притече на помощ: през 1992 година тя построи край Кеймбридж и оборудва специално за целта центъра „Санджър“, наречен, както видяхме, на Фред Санджър. Като ръководител на международните усилия, аз реших да разпределя секвенционирането на различните части на генома между различните нации. Така всяка нация щеше да знае, че инвестира в нещо конкретно, например в конкретна част от хромозомата, а не в безименна колекция от анонимни клонинги. Японците например се фокусираха предимно върху хромозома 21. Тъжната истина е, че в надпреварването към финала, този ред бе нарушен; оказа се, че не е толкова лесно картата на генома да се наложи върху картата на света.

От самото начало бях убеден, че Проектът за изучаване на човешкия геном не може да се осъществи чрез много на брой малки усилия — съчетание от много, много допринасящи за общата цел лаборатории. Пресмятанията щяха да се объркат безнадеждно и нямаше да остане и следа от ползата от таблиците и автоматизирането. Затова още в самото начало бяха създадени центрове за картиране на генома във Вашингтонския университет в Сейнт Луис, в Станфорд, в Калифорнийския университет в Сан Франциско, в Мичиганския университет в Ан Арбър, в Масачузетския технологичен институт в Кеймбридж и в „Бейлър колидж“ по медицина в Хюстън. Операциите на Министерството на енергетиката, първоначално концентрирани в неговите национални лаборатории в Лос Аламос и Ливърмор, след време се преместиха предимно в Уолнът Крийк, Калифорния.

Следващата крачка за въвеждане на ред в цялото това начинание бе да се изучат и разработят алтернативни технологии за секвенциониране с цел да се намалят разходите с около 50 цента на базова двойка. Стартираха няколко пилотни проекта. По ирония на съдбата методът, от който в крайна сметка имахме най-голяма полза, флуоресцентното автоматизирано секвенциониране на базата на бои, не се представи особено добре по време на тази фаза. Работата с него трябваше да бъде осъществена от Крейг Вентър, щатен изследовател от НЗИ, който вече бе доказал умението си да извлече максималното от въпросната процедура. И той кандидатства за тази роля, но предпочетоха Ли Худ, който бе разработил технологията. Така отхвърлянето на кандидатурата на Вентър в началото щеше да доведе по-късно до съответните неприятни последствия.

 

 

В крайна сметка Проектът за изучаване на човешкия геном не включи всички новоизобретени методи за анализ на ДНК; това, което позволи прогресивно да се увеличи броят на базовите двойки от стотици до хиляди и след това — до милиони, бе усъвършенстването и автоматизирането на познатите методи. Жизненоважна за проекта обаче, беше една революционна техника за генериране на големи количества определени сегменти ДНК (нужно е голямо количество от даден сегмент или ген, за да може да се секвенционира). До средата на осемдесетте години умножаването на определена част от ДНК зависеше от метода на Бойър-Коен за молекулярно клониране: първо нужното парче ДНК се изрязва, вкарва се в плазмид и после модифицираният плазмид се вкарва в бактериална клетка. Клетката започва да се възпроизвежда и всеки път да умножава и вкарания в нея сегмент ДНК. След като популацията от бактерии се разрасне достатъчно, нужният сегмент ДНК се пречиства от общата маса ДНК в нея. Макар и усъвършенствана след първоначалните опити на Бойър и Коен, тази процедура бе все още обременяваща и изискваше много време. Разработването на полимеразната верижна реакция бе голям скок напред: тя постигаше същата цел — селективно умножаваше избраната част ДНК само за няколко часа и без да се налага да се разправяш с бактерии.

Полимеразната верижна реакция бе изобретена от Кери Мълнс, по това време служител в корпорация Cetus. Според неговите думи: „Прозрението ме осени една петъчна нощ през април 1983 година, докато стисках кормилото на колата си и пъплех по осветения от луната планински път с много завои в залесената със секвои северна част на Калифорния“. Забележително е, че вдъхновението го е завладяло пред лицето на подобна опасност. Не че пътищата в Северна Калифорния са толкова несигурни, но както обясни пред „Ню Йорк Таймс“ един приятел, видял как смелият до безразсъдство Мълнс кара ски по средата на заледен път насред забързаното двупосочно движение, „Мълнс бе имал видение, че ще умре, като си разбие главата в секвоя. Затова е безстрашен, когато наоколо няма секвои.“ Мълнс получи за своето изобретение Нобелова награда по химия през 1993 година и оттогава стана още по-ексцентричен. Като поддържа ревизионистичната теория, че СПИН не се причинява от вируса на HIV, той навреди както на своето реноме, така и на усилията в областта на общественото здраве.

Полимеразната верижна реакция е изключително прост процес. Чрез химически методи синтезираме primers — две поредици едноверижна ДНК, обикновено с дължина двайсет базови двойки — които отговарят на последователността на участъците около интересуващата ни ДНК. Тези поредици обхващат като в скоби нашия ген. Добавяме ги към нашия модел ДНК, извлечен от проба тъкан. Шаблонът включва целия геном и задачата е нашата мостра да бъде обогатена за целевия участък. Когато ДНК се загрее до 95°C, двете вериги се отделят. Това позволява всеки primer да се свърже с поредиците от двайсет базови двойки от шаблона, чиито последователности се допълват взаимно с тези на primer-а. Така образуваме две малки островчета двуверижна ДНК от двайсет базови двойки по дължината на единичната верига шаблонна ДНК. ДНК полимеразата (ензимът, който копира ДНК, като вкарва нови базови двойки на взаимно допълващи се позиции по дължината на ДНК) ще започне само от място, където ДНК е с двойна верига. Полимеразата прави допълващо копие на шаблона ДНК, започвайки от всеки primer, следователно като копира целевия участък. В края на този процес общото количество целева ДНК се удвоява. Повтаряме стъпката с нагряването и целият процес протича отново, и отново копието на ДНК, хваната като в скоби от двата primer-а, се удвоява. Всеки цикъл от този процес води до удвояване на целевия участък. След двайсет и пет цикъла полимеразна верижна реакция — което става за по-малко от два часа — количеството на целевата ДНК се е увеличило 2²⁵ (около 34 000 000 пъти). Полученият в резултат разтвор, започнал като смес от шаблонната ДНК, primer-и, ензима ДНК полимераза и свободни А-та, Т-та, Ц-та и Г-та, е концентриран разтвор от участъка от целевата ДНК.

Голям проблем в началото при полимеразната верижна реакция е, че ДНК полимеразата, вършещият работата ензим, се унищожава при 95°C. Затова се налага да се добавя отново при всеки един от двайсет и петте цикъла. Полимеразата е скъпа и скоро става ясно, че полимеразната верижна реакция, въпреки големия си потенциал, няма да бъде практично в икономическо отношение средство, ако при нея изгарят огромни количества от въпросното вещество. За щастие майката Природа се притече на помощ. Много организми живеят при много по-висока от 37°C температура, оптималната за E.coli, първоначалният източник на ензима; и протеините на тези същества, включително и ензимите, към които спада ДНК полимераза, са се адаптирали в продължение на милиарди години естествен подбор да се справят с доста сериозни горещини. Днес полимеразната верижна реакция се осъществява предимно с ДНК полимераза, извлечена от Thermus aquaticus, бактерия, обитаваща горещите извори в Йелоустоунския национален парк.

Полимеразната верижна реакция бързо се превръща в основна конска сила в Проекта за изучаване на човешкия геном. Процесът е в основата си същият, както е разработен от Мълнс, но е автоматизиран. Без да бъде вече зависима от легиони специализанти със сълзящи очи, които да прехвърлят миниатюрни количества течност в пластмасови тръбички, модерната геномна лаборатория разполага с контролирани от роботи производствени линии. Роботите за полимеразната верижна реакция се включват в проектите, свързани със секвенционирането на човешкия геном, неизбежно преливат огромни количества устойчив на горещината полимеразен ензим. Участващите в Проекта за изучаване на човешкия геном учени са особено недоволни от ненужно високите такси, добавяни към стойността на ензима от собственика на патента за полимеразната верижна реакция, европейския индустриално фармацевтичен гигант „Хофман-Ларош“.

Другата конска сила е методът за секвенциониране на ДНК. И отново намиращата се в основата му химия не е нова: Проектът за изучаване на човешкия геном използва същия метод, разработен от Фред Санджър в средата на седемдесетте години. Нововъведението идва като мащабност, чрез механизирането на секвенционирането.

Автоматизирането на секвенционирането се разработва първо в лабораторията в „Калтек“ на Ли Худ. Като преден защитник ръгбист в Монтана, Худ извежда отбора си от гимназията до няколко последователни щатски шампионски титли. Уроците от екипната работа пренася и в академичната си кариера. Неговата лаборатория, населена от еклектична смес от химици, биолози и инженери, се превръща в лидер в технологичните нововъведения.

Автоматизираното секвенциониране е всъщност идея на Лойд Смит и Майк Хънкейпилър. Тогава, в лабораторията на Худ, Хънкейпилър споделя със Смит идеята си да се използва различен цвят боя за всеки базов тип. Принципно това обещава да направи четири пъти по-ефикасен процеса на Санджър, вместо да се използват четирите отделни поредици секвенциониращи реакции, всяка извършвана в отделна гелоподобна среда. Цветовото кодиране прави възможно всичко да се осъществява с една-единствена поредица от реакции и резултатът да се получава в една гелоподобна среда. Първоначално Смит е песимистично настроен, опасявайки се, че количеството оцветител, използвано при метода, ще бъде прекалено малко, за да бъде установено. Но като експерт в приложението на лазера, скоро открива решение, като използва специални бои, които придобиват флуоресцентни свойства при въздействие с лазер.

Чрез стандартния метод на Санджър се създава цяла процесия фрагменти ДНК и се сортират от пихтиестата среда в зависимост от размерите. Всеки фрагмент се маркира с флуоресцентна боя, отговаряща на дидезоксинуклеотида, с който завършва веригата му; излъчваният от фрагмента цвят показва идентичността на базата. После дъното на пихтиестата утайка се сканира с лазер, активиращ флуоресцентните свойства на боите, и поставеното специално за тази цел електрическо око улавя излъчвания от всяка част ДНК цвят. Тази информация отива направо в компютъра и така се избягва изключително трудоемкия процес на вкарване на информация, характерен за ръчното секвенциониране.

Хънкейпилър напуска лабораторията на Худ през 1983 година, за да се присъедини към наскоро създадения производител на инструменти, корпорация „Приложни биосистеми“. Именно корпорация „Приложни биосистеми“ произвежда първата комерсиална секвенционираща машина на Смит-Хънкейпилър. Оттогава ефективността на процеса е подобрена извънредно много: пихтиестите утайки, тромави и бавни, са заменени със системи от тънки тръбички, в които фрагментите ДНК се сортират много бързо. Последното поколение на секвенциониращите машини на корпорация „Приложни биосистеми“ е феноменално бързо, около хиляда пъти по-бързо от своя прототип. При минимална човешка намеса (около петнайсет минути на всеки двайсет и четири часа), те могат да произвеждат последователности от половин милион базови двойки на ден. Именно тази технология направи осъществим Проекта за изучаване на човешкия геном.

Докато стратегиите за секвенциониране на ДНК се оптимизираха през първата фаза на Проекта за изучаване на човешкия геном, фазата на картирането напредваше. Първата цел беше създаването на приблизителна схема на целия геном, която да ни ориентира за местоположението на всеки блок на евентуалната последователност. Геномът трябваше да бъде разделен на части, с които е възможно да се борави, и след това тези части щяха да бъдат картирани. В началото опитвахме да осъществим тази цел, използвайки изкуствени дрождени хромозоми (ИДХ), метод, създаден от Мейнард Олсън, при който в дрождените клетки се вкарват големи части човешка ДНК. Веднъж имплантирани, ИДХ се възпроизвеждат с нормалните дрождени хромозоми. Но опитите в един ИДХ да се вкарат до един милион базови двойки от човешка ДНК, ни изправиха пред методологични проблеми. Установи се, че фрагментите се разбъркват, а тъй като картирането има за цел да даде реда на гените в хромозомите, това разбъркване на последователностите бе най-лошото, което можеше да стане. На помощ се притекоха изкуствените бактериални хромозоми (ИБХ), разработени от Питър де Жонг в Бъфало. Те са по-малки, дълги само 100 000 до 200 000 базови двойки, и съвсем не са така податливи на разбъркване.

За тези, които атакуваха директно човешкия геном, групи в Бостън, Айова, Юта и Франция, една от най-важните първи стъпки бе откриването на генетични маркери — местата, където един и същ участък от ДНК, извлечен от два различни индивида, се различават с една или повече базови двойки. Местоположението на тези варианти щеше да служи като ориентир за нашата работа по генома. Много скоро усилията на френската страна, под ръководството на Даниел Коен и Жан Вайсенбах, доведоха до създаване на великолепни карти в „Женетон“ — подобен на фабрика институт за изследване на генома, финансиран от Френската асоциация за мускулна дистрофия. Почти като тръста „Уелкъм“ от другата страна на Ламанша, френските благотворителни организации компенсираха в голяма степен недостатъчната подкрепа от страна на правителството. Когато настъпи моментът за последния напън, подробното физическо картиране на ИБХ, най-голям принос даде програмата „Джон Макферсън“ в Центъра за изучаване на генома във Вашингтонския университет.

 

 

Проектът за изучаване на човешкия геном започваше да набира скорост, но продължаваха дебатите за това кой е най-добрият начин на действие. Едни посочваха, че голяма част от човешкия геном се състои от тъй наречената „калпава ДНК“, която очевидно не кодира нищо. Кодиращите белтъците откъслеци, гените, са всъщност съвсем малка част от цялото. Защо тогава, питаха тези критици, да секвенционираме целия геном, защо да си правим труда да се занимаваме с калпавата ДНК? Съществува изключително „бърз и мръсен“ начин за заснемане на всички кодиращи гени в генома, като се използва описаната в Пета глава обратна транскриптаза. Чрез обратна транскриптаза могат да се създадат ДНК копия на тези гени и после получените копия да се секвенционират.

Този бърз и мръсен подход обаче, не може да замести извършването на цялата работа. Както знаем вече, много от най-интересните части на генома се намират извън гените и представляват контролните механизми, които включват и изключват гените. И тогава, при току-що описания случай на анализиране чрез ДНК копия на мозъчна тъкан, ще добиете общ поглед върху включените в мозъка гени, но няма да имате представа как се осъществява това включване: извънредно важните регулаторни участъци на ДНК не се преписват върху РНК от ензима РНК полимераза, който копира веригите ДНК върху информационната РНК.

Сидни Бренър, който по това време работи в Медицинския научен съвет на Великобритания, пръв използва този основаващ се върху ДНК копията подход за мащабни генни открития. Но си дава сметка, че секвенционирането на ДНК копия е най-скъпоструващият начин да изразходи малкото средства, които му се полагат от ограничените изследователски фондове. В желанието си да пожъне комерсиалната полза от последователностите, Медицинският научен съвет на Великобритания възпрепятства Бренър да публикува своите резултати преди английските фармацевтични компании да бъдат поставени в положение да печелят от тях.

При едно посещение в лабораторията на Бренър, Крейг Вентър остава впечатлен от тази стратегия за произвеждане на ДНК копия. Едва дочаква да се върне в своята лаборатория към Националните здравни институции край Вашингтон, за да приложи сам техниката за производството на случайно открити нови гени. При секвенционирането дори на малка част от всеки един от тях, Вентър е в състояние да определи дали е нов за науката. През юни 1991 година официален представител на Националните здравни институции го подтиква да кандидатства за патенти върху 337 от тези нови гени, макар в много случаи да няма представа каква функция изпълняват. Година по-късно, след като прилага по-широкомащабно техниката, Вентър добавя 2 421 последователности към представения пред патентните служби списък. Според мен дори мисълта да се патентоват сляпо последователности, без представа какво правят, е възмутителна; какво точно защитава в такъв случай с патента? Това не е нищо повече освен бързане да се предявят финансови изисквания за едно наистина смислено откритие, което някой друг може да направи впоследствие. Изложих възгледите си по въпроса пред високопоставените лица в Националните здравни институции, но без резултат. А твърдата решимост на агенцията да подкрепя тази практика, политика, която по-късно бе отменена, постави началото на края на кариерата ми като държавен бюрократ. Чувствата ми бяха смесени, когато Бърнадайн Хийли, ръководител на Националните здравни институции, ме принуди да си подам оставката през 1992 година. Четири години във Вашингтонската тенджера под налягане ми бяха предостатъчни. Но онова, което имаше значение, бе фактът, че Проектът за изучаване на човешкия геном бе наистина стартиран.

 

 

Вкусът на Вентър към комерсиалните възможности, давани от патентоването на части от генома, пробудиха апетита му за още. Но той искаше хем да остане част от академичната общност, където информацията се споделяше безплатно, а заплатите бяха малки, хем да излезе на бизнес арената, където откритията му щяха да се пазят до издаването на патент, от който щеше да получава средства. С помощта на кръстник — вълшебник, предприемача Уолъс Щайнберг (изобретател на четката за зъби „Рийч“), Вентър осъществява желанието си през 1992 година. Щайнберг осигурява 70 000 000 $ за създаването на две организации: Института за изследване на генома (ИИГ), организация с идеална цел, която ще се ръководи от Вентър, и нейната сестра, компанията Науки за човешкия геном (НЧГ), поверена на ръководството на имащия комерсиални склонности молекулярен биолог Уилям Хейзълтайн. Те ще работят по следния начин: ИИГ, изследователската машина, ще осигурява последователности ДНК копия, а НЧГ, бизнес придавката, ще предлага на пазара откритията. НЧГ винаги ще разполага с шест месеца за преглеждането на информацията от ИИГ преди публикацията, освен в случаите, когато откритията имат потенциал за разработване на лекарство, и в такъв случай НЧГ ще разполага с една година.

Израсналият в Калифорния Вентър първоначално избира уиндсърфинга пред висшето образование. Но травмиращата година, която прекарва във Виетнам по време на войната като помощен медицински персонал, променя първоначалното му решение и след завръщането си в Съединените щати става доктор по физиология и фармакология в Калифорнийския университет в Сан Диего. Миграцията му от академичния към комерсиалния сектор се обяснява от личното му финансово състояние: според собствените му признания, когато основава ИИГ, има 2 000 $ в банката. Но бързо коригира това положение; в началото на 1993 година фармацевтичната компания „СмитКлайн Бийчам“, изгаряща от желание да не пропусне надбягването в златната треска, предизвикана от търсенето на генома, плаща 125 000 000 $ за изключителните търговски права върху непрекъснато увеличаващия се списък с нови гени на Вентър. А година по-късно „Ню Йорк Таймс“ разкрива, че само 10% дял от НЧГ на Вентър струва 13 400 000 $. Без да се страхува от разходите, той си купува дълга двайсет и четири метра яхта, върху чието платно слага шестметрово изображение на самия себе си.

През седемдесетте години Уилям Хейзълтайн изкара следдипломната си специализация в Харвард под ръководството на двама ни с Уоли Гилбърт. По-късно стана ръководител на новаторски център за изследване на HIV към Центъра за борба с рака „Дейна Фарбър“ при медицинското училище. Но именно бракът му с видната представителка на хайлайфа Гейл Хеймън (създателка на направилия голям бум през осемдесетте години парфюм „Джорджо Бевърли Хилс“) го прави забележима фигура и му осигурява доста повече от 2 000 $ в банката, когато учредява НЧГ. Дори преди да навлезе в корпоративния свят, ориентираният му към получаване на максимални удоволствия начин на живот започва да поражда следния коментар от страна на членове на лабораторията към Харвардското медицинско училище. „Каква е разликата между Бил Хейзълтайн и Господ?“ Отговор: „Господ е навсякъде; Хейзълтайн е навсякъде освен в Бостън, където би трябвало да бъде.“

Изключително малко умения или изобретателност са нужни за боричкането на Вентър и Хейзълтайн да патентоват всеки човешки ген, който успяват да открият на базата на секвенционирането на ДНК копия. НЧГ и ИИГ бяха просто биотехнологичният еквивалент на децата, които прибират всички играчки на площадката, за да не може никое друго дете да си играе с тях.

През 1995 година ИИГ кандидатства за патент за гена, наречен CCR5. Предварителният анализ на последователността на ИИГ навежда на мисълта, че генът кодира намиращ се на повърхността на клетката белтък в имунната система и следователно си заслужава да бъде „притежаван“, тъй като е потенциално възможно такива протеини да станат цел за лекарствата, свързани с имунната система. CCR5 е само един от партидата от 140 патента за подобни гени, за които кандидатства ИИГ. Но през 1996 година изследователите откриха ролята на CCR5 по пътеката, по която HIV, вирусът на СПИН, нахлува в Т-клетките на имунната система. Те откриха също така, че мутациите в CCR5 са отговорни за резистентността на СПИН: оказа се, че някои от хомосексуалистите, които имат мутирали гени CCR5, не са се разболявали, макар да са излагани многократно на контакт с HIV. И така, CCR5 се оказа действително предназначен да изиграе важна роля в атаката ни срещу HIV. Макар да не допринесе по никакъв начин за къртовския труд и научната работа, определили и доказали централната роля на CCR5 в заразяването със СПИН, ИИГ печели огромни суми, само защото пръв откри гена; а като изисква такса за всеки опит да се прилага знанието, патентът му върху CCR5 се отразява много зле върху област от медицинските проучвания, която се нуждае от всяко пени. Реакцията на Хейзълтайн е ту извинителна: „Ако някой използва този ген в програма за откриване на лекарство след издаването на патента… и го направи с комерсиални цели, значи използва патента без разрешение“, ту възмутена: „Ние имаме право не само на обезщетение, ами и на двойни и тройни обезщетения.“

Подобно спекулативно патентоване на гени спъва ужасно медицинските изследвания и в крайна сметка води до все по-малко и по-лоши възможности за лечение. Проблемът е, че спекулантите патентоват потенциални лекарствени цели — белтъците, чрез които може да въздействат лекарствата, или начини на лечение, които тепърва ще бъдат изобретени. За повечето големи фармацевтични фирми патентите върху лекарствени цели, за които кандидатстват биотехнологичните компании, без да притежават никаква или почти никаква информация за биологичната им функция, се превръщат в отровен хап. Големите такси, изисквани от открилите гените монополисти, нарушават икономическия баланс в ущърб на разработването на лекарства; клонирането на лекарствена цел е най-много 1% от целия път, който трябва да се измине до одобряването на лекарството. Нещо повече, ако една компания произвежда лекарство с определена цел и държи патента за намиращия се в основата му ген, тази компания няма мотивация, поне за момента, да търси по-добри лекарства за същата цел. Защо да инвестира в изследвания и развитие, когато притежаваният патент оскъпява дотолкова този процес за другите компании, че го прави почти невъзможен, и следователно те спасява от конкуренция?

Перспективата триумвиратът НЧГ/ИИГ/„СмитКлайн Бийчам“ да придобие комерсиална собственост върху последователностите от човешки гени алармира както академичната, така и търговската общности в областта на молекулярната биология. През 1994 година „Мерк“, един от традиционните съперници на „СмитКлайн Бийчам“ във фармацевтичния бизнес, осигурява на центъра за изследване на човешкия геном към Вашингтонския университет 10 000 000 $, като по този начин контраатакува открито ИИГ.

Приблизително по същото време, когато НЧГ и ИИГ предприемат първите стъпки към комерсиализирането на генома, Франсис Колинс беше назначен на моето място като директор на усилията по изучаването на човешкия геном към НЗИ. Колинс се оказа превъзходен избор. Той се доказа като първокласен генен картограф, открил гените за няколко тежки заболявания, включително за кистозна фиброза, неврофиброматоза (елефантиаза) и, в резултат на съвместни усилия — болестта на Хънтингтън. Ако раздаваха награди за първите картирания и характеризиране на важни гени по време на осъществяването на Проекта за изучаване на човешкия геном, палмата на първенството сигурно щеше да бъде присъдена на Колинс. Той води отчет за „отбелязаните точки“ по свой начин: тъй като предпочитаният начин за придвижване е моторът му „Хонда Найтхоук“, неговите колеги прибавят нов стикер към шлема му всеки път когато в лабораторията му бъде картирай нов ген.

Колинс израства в деветдесет и петакрова ферма без водопровод в Шенандоа вали във Вирджиния. Първоначално обучаван в дома си от своите родители, професор по драматургия и сценарист, на седемгодишна възраст той написва и режисира своята сценична продукция на „Магьосникът от Оз“. Злата вещица на науката обаче отмъква Колинс от театралната кариера; след като защитава докторската си дисертация по физикохимия в Йейл, той започва да следва медицина и се посвещава на изследването на генетиката от медицинска гледна точка. Колинс е представител на рядък вид — предано религиозният учен. Той си спомня, че „В колежа бях доста противен атеист“, но това се променя, докато следва медицина, когато „виждах хора в ужасно здравословно състояние, които се бореха за живота си и много често губеха тази битка. Някои от тях се опираха на вярата си и виждах каква сила им даваше това.“ Колинс допринесе за Проекта за изучаване на човешкия геном не само с превъзходните си качества на учен, но и с духовните си измерения, липсващи у неговия предшественик.

 

 

В средата на деветдесетте години, когато първоначалното картиране на човешкия геном бе привършено и технологиите за секвенциониране са развиваха бързо, настъпи моментът за реалността на А-та, Т-та, Г-та и Ц-та, тоест да се стартира самото секвенциониране. Придържайки се към плана, разработен преди започването на Проекта от нашия комитет към Националната академия на науките, атакувахме първо известен брой служещи като модел организми: за начало бактерии, а после преминахме и към по-сложни организми (с по-сложни геноми). Низшият нематоден червей C.elegans беше първото голямо небактериално предизвикателство, което, благодарение на обединените усилия на Джон Сълстън в английския център „Санджър“ и Боб Уотърстон от Вашингтонския университет, се оказа превъзходен образец за международно сътрудничество. Последователността на червея беше публикувана през декември 1998 година, обхващаща 97 000 000 базови двойки. Самият червей не беше по-голям от запетайките на тази страница и се състоеше от точно определен брой клетки — само 959, но въпреки това имаше около 20 000 гена.

На пръв поглед Сълстън не изглежда подходящ кандидат за лидерска роля в Голямата наука. Той прекарва по-голямата част от професионалния си живот взрян в микроскопа, за да направи учудващо подробно, клетка по клетка, описание на развитието на червея. Брадат и доброжелателен, той е син на викарий от англиканската църква и социалист, който вярва пламенно, че бизнесът и човешкият геном не би трябвало да имат нищо общо. И той като Франсис Колинс е мотоциклетен ентусиаст; придвижва се от дома си извън Кеймбридж до центъра „Санджър“ с 550-кубиковата си машина, докато, точно когато Проектът за изучаване на човешкия геном набира скорост, вследствие на катастрофа получава сериозни наранявания, а от мотора му, по неговите собствени думи, остават само „болтове и старо желязо“. Тръстът „Уелкъм“, който финансира центъра „Санджър“, се ужасява от новината, че научният ръководител на проекта държи в ръце живота си всеки път когато отива на работа: „След като инвестирахме толкова пари в този човек!“ — оплаква се Бриджит Огилви, тогавашен директор на тръста.

Американският партньор на Сълстън, Уотърстон, се дипломира с първа специалност инженерство в Принстън и внася доста инженерни умения в управлявания от него голям секвенционен център към Вашингтонския университет. Уотърстон умее да екстраполира — да започне с малкото и да завърши с голямо. Когато веднъж придружил дъщеря си по време на ежедневния й джогинг, открил, че бягането му допада и сега е превъзходен маратонец. През първата година неговата група за секвенциониране произвежда едва четирийсет хиляди базови двойки от последователността на червея, но после само за няколко години започва да създава огромни количества, а Уотърстон е един от първите, които подтикват към секвенциониране почти без човешко участие.

 

 

Но докато участниците в международния Проект за изучаване на човешкия геном започват да си сътрудничат и да секвенционират организмите модели, приближавайки се постепенно към голямата цел, цялото начинание се разтърсва от молекулярно-биологичния еквивалент на земетресение.

Крейг Вентър и ИИГ се справят добре. След като дои в продължение на няколко години откритата от него стратегия за създаване на ДНК копия, Вентър проявява интерес към секвенционирането на цели геноми. И е убеден, че подходът му е по-добър от всички останали. Проектът за изучаване на човешкия геном картираше грижливо местоположението на отделните части ДНК по хромозомите, преди да ги секвенционира. Така човек беше наясно, че част А е съседна на част Б и можеше да потърси застъпванията помежду им, когато се стигне до изплитането на окончателната последователност. Вентър предпочиташе тъй наречения „подход цяла геномна пушка“, при който нямаше първоначално картиране: геномът просто се разделяше произволно на части, всичките се секвенционираха, информацията за последователностите се вкарваше в компютър и се разчиташе той да ги нареди по правилния начин въз основа на застъпванията, без използването на никаква първоначална информация за местоположението. Вентър и неговият екип в ИИГ показаха, че методът на грубата сила е действително в състояние да свърши работа, поне за простите геноми: през 1995 година те публикуваха геномната последователност на една бактерия, Haemophilus influenzae, използвайки този метод.

Оставаше въпросът обаче дали цялата геномна пушка би действала при по-голям и сложен геном като човешкия. Проблемът са повторенията — сегментите с еднаква последователност, срещащи се на различни места в генома, които по принцип могат да объркат опитите за секвенциониране на цялата геномна пушка. Тези повторения можеха да заблудят дори най-съвършения компютърен алгоритъм. Ако, например, повторението стане между части А и П, компютърът може да разположи грешно А до Р, вместо там, където трябва — до Б. Участниците в Проекта за изучаване на човешкия геном бяха обсъдили този сценарий, когато разглеждаха възможността да се използва подхода цяла геномна пушка и, въз основа на грижливо направените изчисления от Фил Грийн в Сиатъл, консорциумът стигна до извода, че човешкият геном, с голямото си количество дълги повтарящи се последователности от части ДНК, ще обърка компютъра.

През януари 1998 година Майк Хънкейпилър от корпорация „Приложни биосистеми“, производител на автоматизирани секвенциониращи машини, покани Вентър да изпробва най-новия му модел, PRISM 3 700. Вентър бе впечатлен, но нищо не можеше да го подготви за това, което последва. Хънкейпилър му предложи да създаде нова компания, финансирана от родителската компания на корпорация „Приложни биосистеми“, „ПъркинЕлмър“, за да секвенционира човешкия геном. Вентър няма нищо против да изостави ИИГ — отношенията с Хейзълтайн в Науки за човешкия геном вече от доста време са влошени. И така, без да губи време, той се захваща със създаването на фирмата, която по-късно ще бъде наречена „Селера Джиномикс“. Мотото на компанията е: „Ускорявай нещата. Откритието няма търпение.“ Планът: да се секвенционира целият човешки геном с цяла геномна пушка, като се използват триста от машините на Хънкейпилър и най-голямата концентрация на компютърна мощност извън Пентагона. Проектът отнема две години и струва между 200 000 000 $ и 500 000 000 $.

Новината гръмна точно когато лидерите на това, което щеше да бъде наречено „обществен“ (в противовес на частен) Проект за изучаване на човешкия геном, се събираха в лабораторията при Колд Спринг Харбър. Вестта, меко казано, не бе посрещната добре. Общественият проект по света вече бе изразходил около 1 900 000 000 $ (обществени средства) и сега, както съобщаваше „Ню Йорк Таймс“, можеше да се окаже така, че да не бъдем в състояние да покажем нищо друго освен мишия геном, а Вентър да представи Свещения Граал — човешкия геном. Особено дразнещо бе пренебрегването от страна на Вентър на това, което бе известно като Бермудски принципи. През 1996 година, на една конференция на участници в Проекта за изучаване на човешкия геном, на която бе присъствал и той, беше договорено фактите за последователността да се обнародват непосредствено след събирането им. Всички бяхме на мнение, че последователността на генома трябва да бъде обществена собственост. А сега един отстъпник, Вентър, имаше други идеи: той заяви, че ще се въздържа да публикува информация за новата последователност в продължение на три месеца, продавайки лицензи на фармацевтичните компании и на всички останали, които имаха интерес да го купят предварително.

По една случайност Майкъл Морган от тръст „Уелкъм“ успя да даде на обществения проект така нужната подкрепа, като само дни след съобщението на Вентър заяви, че удвоява сумата, осигурявана на център „Санджър“, която стана общо около 350 000 000 $. Макар на пръв поглед да изглеждаше като отговор на обявлението на Вентър, за увеличаването на финансирането се действаше вече от известно време. Малко по-късно Американският конгрес увеличи приноса си за обществения Проект за изучаване на човешкия геном. Надбягването започваше. Всъщност, от самото начало беше ясно, че победителите щяха да бъдат поне двама. Науката щеше да спечели само от две последователности на човешкия геном — втората, за да се провери първата. (Тъй като ставаше въпрос за повече от 3 000 000 000 базови двойки, нямаше да мине без една-две „печатни“ грешки.) Другият победител със сигурност щеше да бъде корпорация „Приложни биосистеми“: те щяха да продадат много повече секвенциониращи машини PRISM 3 700, защото повечето лаборатории в обществения сектор сега трябваше да си ги купят, за да издържат на темпото на Вентър!

Жлъчната размяна на реплики между лидерите на частния и обществения проект щеше да се превърне в задължителна част от научните страници на вестниците през следващите две години. Стигна се дотам, че президентът Клинтън се принуди да се обърне към своя научен съветник: „Оправи тази каша… накарай тези хора да работят заедно“. Въпреки всичко това секвенционирането не спираше да напредва, а Вентър демонстрира, че подходът цяла геномна пушка може да работи при геноми със значителни размери, когато, в сътрудничество с плодово-мушичното крило на обществения консорциум, в началото на 2000 година обяви завършването на доста точна чернова на генома на Drosophila. Той обаче съдържа сравнително малко повтарящи се части ДНК и успехът на „Селера“ при тяхното събиране в едно в никакъв случай не гарантираше, че цялата геномна пушка щеше да свърши работа и за човешкия геном.

Никой друг не беше в състояние да посрещне предизвикателството на „Селера“, освен Ерик Ландър. Именно той роди идеята за почти напълно автоматизирания секвенциониращ процес, при който мястото на техническия персонал се заема от роботи, и пак той бе достатъчно ентусиазиран, за да превърне тази идея в реалност. Автобиографията му показваше, че ентусиазмът присъства осезателно в живота му. Роден в Бруклин, той се радва на невероятни успехи по математика в гимназия „Стайвесънт“ в Манхатън и взема първата награда на издирването на млади таланти на Уестингхаус; дипломира се с най-висок успех от своя випуск (1978 г.) и защитава докторската си дисертация в Оксфорд, след като спечелва стипендията на „Роудс“. Идва ред на наградата за „гений“ на „Макартър“ през 1987 година. Майка му няма представа как се е случило: „Ще ми се да кажа, че имам някакъв принос, но няма да бъде вярно… Чист късмет.“

Най-накрая, усетил, че чистата математика е „изолирано, монашеско поле на действие“, Ландър, който е значително по-общителен, отколкото се полага според стандартите на неговата дисциплина, се присъединява към по-веселото преподавателско тяло на Харвардското бизнес училище, но скоро установява, че го интригува работата на по-малкия му брат, посветил се на изучаването на нервите. Вдъхновен, Ландър започва да учи биология вечерно в биологичните факултети в Харвард и в Масачузетския технологичен институт, като същевременно почти не пропуска работен ден в бизнес училището: „До голяма степен с молекулярната биология се запознах по уличните ъгълчета“. През 1989 година става професор по биология в института „Уайтхед“ към Масачузетския технологичен институт.

Дори сред тъй наречената „G5“ — петте най-големи секвенционни центъра на обществените усилия, сред които са центърът „Санджър“, Центърът за геномно секвенциониране към Вашингтонския университет, медицинският колеж „Бейлър“ и Министерството по енергетиката в Уолнът Крийк, лабораторията на Ландър дава най-много последователности ДНК. Неговият екип към Масачузетския технологичен институт е допринесъл също така в голяма степен за огромното ускоряване на продуктивността, довела в крайна сметка до създаването на черновата на генома. На 17 ноември 1999 година общественият проект чества своята милиардна базова двойка със секвенционирането на едно Г. Само четири месеца по-късно, на 9 март 2000 година, база с номер 2 000 000 000 е едно Т. Тъй като „Селера“ използваше информацията от обществения проект, която се публикуваше незабавно в Интернет и се лееше все по-бързо и във все по-големи количества, Вентър, който може би най-сетне се поизпоти, намали наполовина последователностите, които възнамеряваше първоначално да бъдат направени от „Селера“.

Докато надбягването между обществения и частния проект достигаше върховата си точка в медиите, зад барикадите фокусът се преместваше във все по-голяма степен към усилията на математическия тръст — учените, скрити в задни стаички и обградени от компютри. Те трябваше да намерят логиката във всички тези А-та, Т-та, Г-та и Ц-та от необработени последователности. Имаха две основни задачи. Първо, да съберат една окончателна последователност от неизброимото множество части. Повечето части бяха секвенционирани многократно, така че имаше последователности за няколко генома и всички те трябваше да се пресеят в една-единствена геномна последователност. Това бе огромно начинание от компютърна гледна точка. Второ, да се разбере кое какво е в окончателната последователност и най-вече — къде са гените. Идентифицирането на компонентите на генома — да се установи кои последователности А-та, Т-та, Г-та и Ц-та не кодират нищо и кои кодират белтък — зависеше в голяма степен и от интензивното използване на компютрите.

В сърцето на компютърните операции на „Селера“ се намираше Джийн Майерз, компютърният учен, първият и най-пламенен привърженик на подхода на цялата геномна пушка. Заедно с Джеймс Уебър от фондацията за медицински изследвания „Маршфийлд“ в Уисконсин, той бе предложил общественият проект да използва цялата геномна пушка още преди съществуването на „Селера“. Така че за Майерз успехът на „Селера“ беше въпрос на чест и реабилитация.

Работата по събирането на последователността за обществения сектор на проекта, разполагащ с ориентирите на вече картирани генетични ориентири, не беше толкова обезкуражаваща, колкото задачата на Майерз в лишения от каквито и да било крайъгълни камъни свят на цялата геномна пушка. (При окончателния си анализ „Селера“ използва достъпната за всички информация на обществения проект.) Всъщност, разчитайки именно на тези ориентири, общественият проект подцени компютърното си предизвикателство, така че, докато „Селера“ прибави и компютърната сила към своите усилия, общественият проект продължи да се фокусира върху секвенционирането. Доста късно лидерите на обществения проект осъзнаха, че, въпреки картата, и те като пословичния баща, загледан в частите на нов велосипед в навечерието на Коледа, трябваше да се справят с големия проблем по сглобяването. Последните дни на юни бяха определени като краен срок за завършването (и сглобяването) на „грубата чернова“. Но в началото на май общественият проект все още нямаше работни средства за събирането на всичките си последователности. Техният deus ех machina се прояви в странна форма: специализант в Калифорнийския университет в Санта Круз.

Името му е Джим Кент и е програмист от началото на ерата на персоналните компютри, правейки програми за графики и анимации, но след това решава да следва, за да бъде част от биоинформатиката, новата научна област, посветена на анализа на ДНК и протеиновите последователности. Дава си сметка, че е дошъл краят на кариерата му като автор на комерсиални програми, когато получава обемния пакет с дванайсет CD-ROM-а на „Майкрософт“ за разработващите програми за Уиндоус 95: „Помислих си, че целият човешки геном може да се побере на един CD-ROM и при това без да се променя на всеки три месеца“. Уверен, че ще успее да разреши проблема около събирането на последователностите, за който се говори толкова много, през май той убеждава своя университет да му позволи да „вземе назаем“ стоте персонални компютъра, купени наскоро за обучението на студентите. И започва четириседмичния си програмен маратон, като вечер прави на китките си ледени компреси, за да го слушат през деня, когато трябва да летят по клавиатурата. Крайният му срок е 26 юни, когато трябва да бъде обявено завършването на грубия вариант. Когато приключва с програмата, включва в работата и стоте компютъра, които на 22 юни разрешават проблема със събирането на обществения сектор на проекта. Майерз от „Селера“ приключва с тази задача съвсем близо до крайния срок — през нощта на 25 юни.

 

 

И така, настъпва 26 юни 2000 година. Бил Клинтън в Белия дом и Тони Блеър на „Даунинг стрийт“ 10 едновременно обявяват за завършен грубия вариант на Проекта за изучаване на човешкия геном. Надпреварата завършва наравно и честта за постигнатото също трябва да бъде поделена. Щастливи, опонентите успяват да загърбят лошите си чувства, поне за въпросната сутрин. Клинтън обяви: „Днес научаваме езика, на който Господ е създал живота. С това дълбоко ново познание човешкият род е на път да придобие огромни, нови умения за лекуване.“ Велики слова по велик повод. Невъзможно беше да не изпиташ гордост от достижението, което пресата побърза да сравни с кацането на първия „Аполо“ на Луната, макар „официалната“ информация за триумфа да е в известна степен произволна. Секвенционирането изобщо не бе приключено и щяха да минат повече от шест месеца, преди геномът да се публикува. Говореше се, че моментът се диктува не от разписанието на проекта, а от графиците на Клинтън и Блеър.

Пренебрегнат от блясъка на рекламата на Белия дом остана фактът, че обект на цялото това честване не беше нещо повече от първоначален, най-груб вариант на човешкия геном. Оставаше още много работа. Разумно завършени и публикувани бяха последователностите само на два от най-малките хромозоми — 21 и 22. Но дори те не можеха да се похвалят, че нямат нито едно непопълнено място. А веригите на някои от останалите хромозоми бяха буквално набраздени от празнини. След бомбастичното обявяване погледите се насочиха към новия краен срок за попълване на празнините и осигуряване на пълна, точна последователност — април 2003 година. Някои малки участъци обаче се оказаха буквално неподдаващи се на секвенциониране и на практика целта беше да се постигне „същностно цялостна“ последователност: завършване на поне 95% от последователността с вероятност за грешки по-малка от 1 на всеки 10 000 бази.

Един от хората, натоварени с отговорността да убедят множеството секвенционни центрове да преодолеят финалните метри, беше Рик Уилсън, грубоватият жител на средните щати, наследил Боб Уотърстон като ръководител на центъра към Вашингтонския университет. Името на играта е „качествен контрол“, затова работещите върху всяка хромозома имаха отделен координатор, чиято функция беше да наблюдава прогреса и да се грижи да отговаря на общите изисквания на проекта. От време на време ставаше по някоя грешка, например заблудила се част от оризова последователност попадна мистериозно в една от базите данни, но допълнителното пресяване, поверено на координаторите, вършеше чудесна работа при отделянето на подобни „чужди тела“. Докато пиша тези редове, Проектът за изучаване на човешкия геном е на път да бъде завършен окончателно до крайния срок, април 2003 година, когато се навършва и петдесетата годишнина от публикуването на двойната спирала.

 

 

Проектът за изучаване на човешкия геном е изключително технологично постижение. Ако някой бе изказал през 1953 година предположението, че преди да изминат петдесет години ще бъде секвенциониран целият човешки геном, с Крик щяхме да се изсмеем и да го почерпим с нещо за пиене. Скептицизмът изглеждаше напълно основателен и след повече от двайсет години, когато най-после бяха изобретени първите методи за секвенциониране на ДНК. Тези методи несъмнено бяха технически пробив, но секвенционирането бе все пак мъчително бавен процес — в онези дни бе голямо начинание дори генерирането на последователността на малък ген, дълъг неколкостотин базови двойки. А ето че сега, само след още двайсет и пет години, отбелязвахме завършването на последователност от 3 100 000 000 базови двойки. Но трябва да имаме предвид също така, че геномът е много повече от паметник на технологичните ни умения, колкото и изумителни да са те: каквато и да е политическата мотивация, Белият дом бе напълно прав, приветствайки откриващите се пред нас възможности за справяне с болестите и, нещо повече, началото на нова ера в разбирането ни за начина, по който се изграждат и функционират организмите, както и какво ни отделя биологически от останалите видове, с други думи, какво ни прави човешки същества.