Новая геномика: от отца до меня — 70 мутаций

Сотрудники компании Complete Genomics и группа университетских ученых из Юты и Вашингтона расшифровали геномы четырех членов одной американской семьи: мамы, папы и их двоих детей. Еще два года назад, в декабре 2008-го, похвастаться тем, что они знают собственную ДНК, могли всего пять человек на планете: трое ученых и два мультимиллионера. Недавно журнал Wired пообещал, что на апрельской GET Conference соберутся уже 12 знаменитостей — все, кто на февраль 2010 года обзавелись расшифровкой своего генома. С обычными же людьми (их имена не раскрываются) такое проделали впервые.

Просто четыре новых генома — все же не прорыв. Настоящей целью ученых было понять, как именно гены передаются по наследству. Ведь это только в самом грубом приближении хромосомы достаются ребенку от отца и матери в неизменном виде, по пути ДНК основательно перекраивается. Сегодня мы узнали в точности, на сколько. Заодно авторы смогли заново оценить возраст человечества, найти ген редкой болезни и, кроме того, сильно улучшили точность расшифровки отдельных геномов — 70% ошибок старого метода были устранены.

Сначала о передаче генов: что же мы узнали нового? Вкратце: точную частоту мутаций в каждом поколении. Благодаря Уотсону и Крику, раскрывшим в 1953 году структуру молекулы ДНК, мы знаем, что при передаче генов по наследству в дело могут вмешаться мутации, грубо говоря, опечатки в генетическом коде. Отдельные буквы-нуклеотиды при копировании ДНК в клетке выпадают, заменяются другими или встают не на свое место. Когда два куска генетического кода (например родительский и детский) отличаются одной опечаткой, ее называют SNP (Single Nucleotide Polymorphism, однонуклеотидным полиморфизмом), на жаргоне — «снипом».

Как много генетической информации «портится» на пути от родителя к потомку — это и попробовали выяснить исследователи. Сначала они сверили все четыре генома (по три миллиарда букв-нуклеотидов в каждом) с усредненным геномом человека, который Национальный центр биологической информации США составил из генного материала многих добровольцев.

Члены нашей семьи отличались от этого «образцового» генома в среднем на 4 миллиона снипов, то есть всего на 0,15 процента. Если угодно, это мера индивидуальности каждого из нас: настолько мы отличаемся от среднего землянина. У самих же членов семьи нашлось около 3,6 миллиона отличий между собой. Понятно, что львиная их доля — между отцом и матерью: кровного родства между ними нет, и их геномы отличаются друг от друга почти как у двух случайных людей. «Почти» — потому что они живут в одной стране, говорят на одном языке и, скорее всего, имели общих предков 200-300 лет назад.

Совсем другое дело — отличие ДНК детей от родительской. Как мы уже сказали, геном, то есть дословная последовательность букв в генетическом коде, не наследуется буквально, потому что при копировании происходят ошибки — мутации. 28 таких SNP нашлись с первой попытки. Всего же их у человека набирается примерно 70 — это и есть его уникальные отличия от родителей, которые возникли в процессе передачи генов.

Мы знаем, сколько SNР отличают нас от обезьяны: около 40 миллионов (это примерно 1,2% от общего числа «букв» нашей ДНК). Значит, можно сосчитать, как долго эти миллионы различий в генах складывались из отдельных «вкладов» по 70 SNP в каждом поколении. Вышло 6-7 миллионов лет — примерно столько и длится история человека как вида.

Еще один плюс расшифровки геномов целой семьи — изучение наследственных болезней. Конкретная семья заинтересовала ученых вот почему: родители были носителями общей мутации, их гены сошлись и «выстрелили» у детей — оба ребенка больны синдромом Миллера, невероятно редким генетическим заболеванием. Как и в случае со многими другими заболеваниями, мы не знали точно, в каком гене поломка, и не имели даже подступов к лечению. Взяв в работу 4 генома, оказалось проще локализовать гены болезней. С синдромом Миллера это проделали без труда: до «семейного» анализа генетики имели 34 кандидата на эту роль, сейчас же осталось всего четыре гена, и из них выбрали один, самый вероятный.

Наконец, практический вывод: выяснилось, что располагать ДНК родственников — лучший способ застраховаться от ошибок при расшифровке собственной. Метод сопоставления с геномами родственников делает расшифровку на 70% точнее. Это важно потому, что доступная расшифровка персональных геномов совсем близко. Пока за 499 долларов можно узнать о своей предрасположенности к сотне наследственных болезней и о шансах передать их детям — эту услугу, пользующуюся бешеной популярностью в США, предоставляет компания 23andMe. Однако анализ касается только тех болезней, генная природа которых уже изучена вдоль и поперек. Владельцам полного генома проще: едва генетики откроют какую-нибудь новую закономерность, семейный врач сможет сразу рассказать все про ваши риски, просто сравнив два файла.

Мешает только дороговизна. Полная расшифровка первого «составного» генома (фрагменты ДНК принадлежали даже не одному человеку, а разным добровольцам), проведенная в рамках Human Genome Project (1990—2003), обошлась в миллиарды долларов. В 2008-м румынский предприниматель Дан Стоическу заплатил за процедуру около 300 тысяч долларов. Услуга остается штучной и может сейчас стоить несколько десятков тысяч долларов. Для тех, у кого получится расшифровать 100 геномов за 10 дней по цене в 10 тысяч за геном, учреждена награда Archon X-Prize в 10 миллионов долларов, и на нее уже есть претенденты. Калифорнийская компания Complete Genomics и многие другие обещают, что к 2015 году цена опустится ниже одной тысячи. Похоже, есть смысл заказывать сразу семейный пакет.