Требуется сборка. Расшифровываем четыре миллиарда лет истории жизни – от древних окаменелостей до ДНК

Первичные результаты проекта “Геном человека” в меньшей степени касались последовательности генома, чем разработки технологии его анализа. Соревнование за победу в секвенировании генома человека вызвало невероятный технологический подъем, продолжающийся до сих пор. Как известно, в 1965 году Гордон Мур[10] предсказал, что мощность микропроцессоров каждые два года будет увеличиваться вдвое. Мы ощущаем результаты этого роста при каждой покупке электронного устройства: компьютеры и телефоны от года к году становятся мощнее и дешевле. Геномные технологии развиваются с точно такой же скоростью. На выполнение проекта “Геном человека” ушло более десяти лет, было затрачено свыше 3,8 миллиарда долларов и потребовалось множество аппаратуры. Сегодня существуют специальные аппараты для секвенирования, и уже появились портативные секвенаторы.

После картирования человеческого генома ежегодно стали публиковаться последовательности геномов других видов. Теперь скорость появления информации о новых геномах ограничивается только возможностями научных журналов, которые ее публикуют. Были выполнены проекты по секвенированию геномов мыши, лилии, лягушки – абсолютно всего, от вирусов до приматов. Поначалу публикация результатов каждого геномного проекта становилась сенсацией; такие публикации появлялись в лучших журналах и сопровождались сообщениями в прессе. Сегодня публикации о последовательностях новых геномов практически не привлекают внимания, если только не имеют отношения к важным биологическим или медицинским проблемам.

Но хотя престиж геномных статей упал, сами статьи продолжают оставаться золотой жилой, которая привела бы в восторг Эмиля Цукеркандля, Лайнуса Полинга и Аллана Вильсона. Зная последовательности геномов мух, мышей и людей, мы можем искать в них ответы на важнейшие вопросы о жизни: каким родством связаны между собой разные виды и что отличает один вид от другого.

Каждый из нас состоит из триллионов клеток – клеток мышц, нервов, скелета и сотен других видов клеток, которые действуют совместно и связаны и организованы единственно правильным образом. А плоский червь Caenorhabitis elegans состоит всего из 956 клеток. Если это вас не удивляет, подумайте вот о чем: несмотря на разительное различие в количестве клеток тела и сложности устройства органов и частей тела, люди и черви имеют одинаковое количество генов – около 20 тысяч. И не только черви. Мухи тоже имеют столько же генов, сколько и мы. Но животные далеко не чемпионы по сравнению с некоторыми растениями, такими как рис, соя, кукуруза или маниока, в геноме которых содержится почти вдвое больше генов. Таким образом, эволюция сложных новых органов и тканей, а также сложного поведения в мире животных не связана с увеличением числа генов.

Еще более странным оказалось строение геномов. Вспомните мантру: гены – это последовательности оснований, которые кодируют последовательности аминокислот, а из этих аминокислот складываются белки. По сути, гены представляют собой молекулярную матрицу для синтеза белков. Когда публикуется последовательность какого-то гена, авторов просят открыть доступ к данным для всех желающих, поместив их в государственную компьютерную базу данных. За десятилетия работы с генами в базах данных накопились последовательности тысяч генов из тысяч видов организмов. Теперь вы можете сесть за компьютер, набрать последовательность и увидеть, какому гену из какого организма она соответствует. И если сравнить какой-то геном с генами из баз данных и найти совпадения, можно понять, какие гены в этом геноме содержатся. При анализе всех геномов, прочитанных за два последних десятилетия, выяснилось одно обстоятельство, которое нельзя не заметить: в геномах мало генов. Гены – это та часть генома, в которой закодированы белки, но большая часть генома, по-видимому, не связана с синтезом белков. Последовательности генов, кодирующие белки, составляют менее 2 % ДНК человеческого генома. Таким образом, оставшиеся 98 % ДНК не содержат генов.

Гены – лишь островки в море ДНК. И за редкими исключениями такая картина наблюдается у всех видов от червя до мыши. Но если основная часть генома не содержит генов, кодирующих белки, зачем она нужна?

Помощь бактерий

После участия во французском движении Сопротивления во время Второй мировой войны французские биологи Франсуа Жакоб (1920-2013) и Жак Моно (1910-1976) начали изучать бактерий, чтобы понять, как они расщепляют сахара. Вряд ли можно найти другую тематику, которая казалась бы более отвлеченной и в меньшей степени связанной с физиологией человека.