Расшифровка ДНК подешевела до $50 тыс.

Всего шесть лет назад был опубликован опорный геном человека, на считывание которого ушло 13 лет и около $300 млн. С тех пор темпы секвенирования стремительно росли, а стоимость считывания падала. В среднем десятикратно за полтора года.

Гонка с препятствием

Тем не менее до сих пор считано меньше десятка человеческих геномов. Большинство специалистов сходятся в том, что расшифровка станет по-настоящему массовой, а персональная медицина -- доступной лишь тогда, когда стоимость человеческого генома упадет до нескольких тысяч долларов. Фонд XPrize даже учредил премию $10 млн команде, которая секвенирует сто человеческих геномов меньше чем за десять дней и по $10 тыс. каждый.

Если предположить, что стоимость секвенирования будет падать теми же темпами, ждать вручения премии осталось лишь несколько лет, тем более что никаких принципиальных ограничений на этом пути не видно. Первыми достичь заветной черты ученые и биотехнологические компании пытаются с помощью примерно полудюжины разных технологий, самые известные из которых развивают компании Applied Biosystems, Helicos, Illumina и Roche.

Одним из главных препятствий тем не менее остается стоимость реактивов, необходимых для первого шага секвенирования. Он необходим, чтобы многократно размножить молекулу ДНК и затем разрезать ее на короткие фрагменты. После этого можно прочитать короткие фрагменты кода и сложить из многочисленных и, что самое главное, случайным образом перекрывающихся кусочков полную последовательность нуклеотидов. На сегодняшний день этот первый шаг обходится примерно в $100 тыс. на геном.

Достаточно одной нарезки

В начале 2000-х годов группа американских ученых начала развивать принципиально иной подход, так называемое одномолекулярное секвенирование -- SMS, Single Molecule Sequencing (часто к акрониму добавляют строчную буковку t -- true, «настоящее»). Сейчас его развивает компания Helicos, одним из основателей которой стал разработчик tSMS, профессор Стэнфордского университета Стивен Квейк.

Здесь без разрезания на мелкие кусочки тоже не обойтись, однако процесс не требует самого дорогостоящего этапа -- размножения исходной ДНК. Чтобы превратить этот набор фрагментов в связный текст генетического кода, приходится полагаться уже не на случайное перекрытие повторяющихся фрагментов, а на их схожесть с опорным геномом.

Авторы методики сравнивают этот процесс со сбором пазла, при котором приходится постоянно подглядывать в картинку на его обложке. Понятно, что этот метод не мог появиться до 2003 года, когда «картинка» -- опорный геном -- была опубликована. Авторы методики надеются, что избавление от дорогостоящего размножения генома и способность разом определить геномную последовательность нескольких молекул сделают такое секвенирование доступным. Более того, официально объявленная цель компании Helicos -- $1000 за геном.

С самолета на авто

До этой цели пока добраться не удалось, однако в понедельник в журнале Nature Biotechnology появилась статья, описывающая секвенирование по этой технологии полного человеческого генома, которое обошлось в $50 тыс. (включая все реактивы). Занял процесс меньше месяца, а в работе участвовали всего три человека -- ведущий автор публикации Стивен Квейк, его аспирант, выпускник московского Физтеха Дмитрий Пушкарев и их сотрудница Норма Нефф.

В сравнении с $300 млн, 13 годами и многонациональным коллективом из нескольких сотен человек прогресс налицо. Иными словами, раньше был процесс, который стоил как Boeing 747, требовал усилий коллектива, который занял бы половину «летающего слона», и использовал машины с него размером. Теперь получается нечто по цене не самого дорогого автомобиля с коллективом, который с запасом бы в нем уместился. Правда, сама установка размером, формой и в чем-то даже дизайном напоминает вовсе не автомобиль, а средней руки холодильник.

Умный UMKA

Титул обладателя самого дешевого расшифрованного генома, признают ученые, теперь носит сам Квейк, хотя в статье донор генома назван лишь «белым мужчиной европейского происхождения». Его последовательность ДНК теперь опубликована и доступна всем желающим -- за успех приходится платить. По словам ученого, коллеги-медики уже принялись внимательно изучать его и без конца таскают на обследования и анализы.

Заглянув в статью, несложно догадаться, что когда-то российский физик Дмитрий Пушкарев занимался разработкой алгоритма, превращающего набор бессмысленных фрагментов ДНК в полноценный геном. Алгоритм этот носит милое любому соотечественнику имя UMKA. Кстати, именно UMKA -- главная соль работы, именно ему посвящена львиная доля статьи, и с его помощью ученые надеются повысить надежность считывания.

Покрытие и точность генома, полученного с помощью новой технологии, не 100-процентные, однако идеального покрытия и безошибочности считывания не дает ни один метод. Более того, многим из них UMKA в союзе с tSMS может дать немалую фору.

Новая надежда

Соревнование продолжается. Например, та же Applied Biosystems еще в феврале обещала летом начать коммерческое считывание геномов по $48 тыс. А год назад одна из американских компаний даже начала принимать предварительные заказы на расшифровку по $5 тыс. за геном. Правда, публикаций с результатами пока нет, так что, чего удалось добиться разработчикам, непонятно.

Тем не менее новый результат оставляет надежду, что уже на нашем веку, и довольно скоро, секвенирование генома станет чем-то обыденным. Может, исследования на генетическую предрасположенность к тому или иному заболеванию скоро даже будет покрывать стандартная медицинская страховка. Главное, чтобы страховые компании не начали учитывать результаты этих исследований при расчете своих премий.