Геномная медицина

Движущей силой сегодняшнего взрывного развития медицины являются, в частности, квантовая теория и компьютерная революция. Квантовая теория дала человеку поразительно подробные модели молекулярной структуры — например, структуры белков и молекулы ДНК. Мы знаем, как построить молекулу жизни, атом за атомом. А секвенирование генов, которое прежде было долгой, нудной и дорогой процедурой, теперь полностью автоматизировано и производится роботами. Первоначально секвенирование всех генов в теле одного человека стоило несколько миллионов долларов. Эта процедура была настолько дорогой и длительной, что лишь горстка людей в мире (включая ученых, которые занимались совершенствованием и отладкой этой технологии) могла позволить себе обзавестись собственной геномной картой. Однако всего через несколько лет эта экзотическая технология, по всей видимости, станет доступна каждому.

(Прекрасно помню свое выступление на конференции во Франкфурте в конце 1990-х гг., где говорилось о будущем медицины. Я предсказывал, что к 2020 г. личная карта генома будет вполне доступна и каждый желающий сможет обзавестись диском или чипом с полным описанием своих генов. Мое заявление вызвало раздражение одного из участников; он поднялся и сказал, что это несбыточая мечта. Генов в человеческом организме попросту слишком много, и составление персональной геномной карты для любого человека будет стоить слишком дорого. Проект «Геном человека» обошелся в 3 млрд долларов, и стоимость секвенирования генов каждого отдельного человека никогда не снизится слишком сильно. Позже мы с ним еще поговорили на эту тему, и я понял, в чем заключается проблема. Этот человек мыслил линейно. Однако за короткое время закон Мура многократно снизил цены и дал возможность секвенировать ДНК с использованием роботов, компьютеров и автоматических установок. Тот человек просто не понял, какое глубокое значение приобрел в биологической науке закон Мура. Сегодня, оглядываясь назад, я понимаю, что если и ошибся в оценке, то в большую сторону. На самом деле возможность получить личную генную карту появится еще раньше.)

К примеру, инженер из Стэнфордского университета Стивен Квейк (Stephen R. Quake) разработал на основе последних достижений очередную роботизированную систему. Он сумел снизить стоимость полного секвенирования до 50 000 долларов и уверен, что через несколько лет она упадет до 1000 долларов. Ученые предполагают, что падение стоимости секвенирования генов до 1000 долларов может послужить сигналом к началу массового обращения за генными картами, так что эта технология станет доступна значительной части человечества. Может быть, через несколько десятков лет процедура полного секвенирования генов будет стоить меньше 100 долларов, не дороже стандартного анализа крови.

(Ключ к последним достижениям в этой области — рационализация процедуры секвенирования. Квейк сравнивает цепочки исследуемой ДНК с аналогичными цепочками, которые были уже прочитаны у других пациентов. Он разбивает геном на кусочки, содержащие по 32 бита информации, затем компьютерная программа сравнивает эти фрагменты с уже прочитанными геномами других людей. Известно, что ДНК всех людей почти идентична, различия составляют в среднем менее 0,1%. Это означает, что компьютер может быстро найти среди 32-битных фрагментов соответствующие.)

Квейк стал восьмым человеком в мире, чей геном был полностью прочитан. В этом проекте у него был и личный интерес, поскольку он хотел проверить свой геном на признаки сердечно-сосудистых заболеваний. К несчастью, его геном свидетельствует о том, что он действительно унаследовал не самый удачный вариант одного из генов, связанный с сердечным заболеванием. «Чтобы рассматривать собственный геном, нужно обладать крепкими нервами», — пожаловался Квейк.

Мне знакомо это жутковатое чувство. Мой геном тоже был частично секвенирован и записан на лазерный диск для передачи канала BBC-TV/Discovery, которую я должен был вести. Врач взял у меня из руки немного крови и отправил ее в лабораторию Университета Вандербильта; через две недели оттуда почтой прислали CD-ROM, где были записаны тысячи моих генов. Даже держать этот диск в руках было как-то странно — ведь на нем была записана часть «чертежей», по которым построено мое тело. В принципе, на базе информации с этого диска можно было бы создать мою точную копию.

Надо сказать, что любопытство мое тоже было затронуто — ведь на этом диске были записаны многие тайны моего тела. К примеру, я получил возможность проверить, есть ли у меня один конкретный ген, который увеличивает вероятность болезни Альцгеймера. Это меня всегда беспокоило, поскольку моя мама умерла именно от этой болезни. (К счастью, у меня этого гена нет.)

Кроме того, четыре моих гена были сопоставлены с соответствующими генами тысяч других людей по всему миру, у которых также были взяты образцы для анализа. Затем на карте земного шара обозначили места проживания всех тех людей, которые обладают точно такими же, как я, копиями этих четырех генов. Точки на карте образовали длинный след, начинающийся у Тибета и затем протянувшийся через весь Китай в Японию. Я был поражен. Оказалось, что точки на карте показывают след древних миграций предков моей матери, протянувшийся в прошлое на тысячи лет. Мои предки не оставили записей о своих перемещениях в эти древние времена, но карта их передвижений, как ни странно, оказалась прочно вписана в мою кровь и ДНК. (Можно проследить и происхождение отца. Если митохондриальные гены передаются в неизменном виде от матери к дочери, то Y-хромосома, наоборот, передается от отца к сыну. Так что, анализируя эти гены, можно проследить за предками человека по материнской и отцовской линии.)

Мне представляется, что в недалеком будущем многие люди испытают такое же странное чувство, как и я, взяв в руки диск с «чертежами» своего тела и прочитав самые сокровенные его тайны, включая скрытые в геноме опасные болезни и древние миграционные маршруты предков.

Но для ученых все это — первые шаги новой области науки, получившей название биоинформатики. Ее основа — сканирование и анализ геномов тысяч живых организмов при помощи компьютеров. К примеру, если ввести в компьютер данные о геноме нескольких сотен человек, страдающих определенной болезнью, может быть, получится вычислить точное расположение поврежденного участка ДНК. В настоящее время многие мощные компьютеры в мире задействованы именно в биоинформационных исследованиях и заняты анализом миллионов генов, содержащихся в растениях и животных, а также поиском среди них определенных ключевых генов.

При помощи биоинформатики можно было бы, к примеру, внести свежую струю в детективные телешоу, такие как «C.S.J.: место преступления». По крошечным кусочкам содержащих ДНК веществ (к примеру, волосяным луковицам, слюне или крови) можно было бы определять не только цвет волос, глаз, этническую принадлежность, рост и медицинскую историю конкретного человека, но, возможно, и его лицо. Сегодня полицейские художники могут воссоздать приблизительный скульптурный портрет жертвы преступления по черепу. Не исключено, что в будущем компьютер сможет реконструировать черты лица человека по каплям его крови или частицам перхоти. (Тот факт, что однояйцевые близнецы очень похожи внешне, означает, что черты лица человека в значительной степени определяются генетическими, а не внешними факторами.)