Журнал «Компьютерра» №31 от 30 августа 2005 года [Журнал «Компьютерра»] (fb2) читать постранично

Журнал 603 Компьютерра
Журнал «Компьютерра» №31 от 30 августа 2005 года
(Компьютерра - 603)

НОВОСТИ: «Геном»: перезагрузка

На удивление спокойно, без победных фанфар и вселенского шума прошло такое, несомненно, грандиозное событие, как завершение проекта «Геном человека» (черновой релиз состоялся в 2001 году, о полной расшифровке ДНК объявлено в 2003-м). Для сдержанности, конечно, есть причины: как ни гляди, работа только началась. С практической точки зрения, выяснение генетической подоплеки тех или иных болезней требует сопоставления многих индивидуальных вариантов структуры генома. С точки же зрения науки, созерцание кода само по себе никак не отвечает на вопросы о механизмах генетического контроля. Мало прочитать, нужно понять.

Американский National Human Genome Research Institute (NHGRI), головная организация «Генома человека», теперь открыла проект ENCODE (ENCyclopedia Of DNA Elements). Его задача - не распыляясь, «рассмотреть под лупой» отдельные зоны генома (44 участка, составляющие в совокупности около 1% его длины) для детального мониторинга функций, проведения эволюционных сопоставлений и выявления индивидуальных вариаций.

«Нам открывается новый мир, гораздо более сложный, чем сам мир генома», - говорит об изучении эпигенетических (управляющих работой генетического аппарата) связей канадский исследователь Моше Сциф (Moshe Szyf). Бинг Рен (Bing Ren) из Калифорнийского университета и его коллеги в качестве первоочередной цели рассматривают картирование промоторов - регуляторных последователей ДНК, обеспечивающих включение или выключение генов. Разительные порой отличия между типами клеток, несущими, тем не менее, один и тот же геном, а также функциональные переключения клеток непосредственно зависят от промоторов. Использовав «ДНК-чипы» от NimbleGen Systems и разработанные в университете изощренные компьютерные алгоритмы, исследователи уже идентифицировали местоположение и структуру 10 тысяч регуляторных участков в клетках соединительной ткани (фибробластах) человека; 6 тысяч из них локализованы впервые. Сообщается о том, что некоторые гены могут контролироваться сразу несколькими промоторами, а также о выявлении регуляторов в зонах, в которых их видеть не ожидали.

На разгадку процессов регуляции нацелен и проект «Эпигеном» (Human Epigenome Project). Вопреки всеобъемлещему названию, в фокусе внимания одна-единственная проблема - метилирование ДНК (этой модификации частично подвергается один из нуклеотидов, цитозин). Зачем это нужно у бактерий, разобрались, а вот смысл метилирования у млекопитающих остается недостаточно проясненным. Теперь, видимо, ненадолго.

Амбициозная цель, которую ставят перед собой ученые, - выход на возможность определения последовательности нуклеотидов ДНК (секвенирования) у отдельных людей. Ведь ДНК у всех разная, и то, что мы называем расшифрованным геномом, - лишь случайным образом отобранные для исследования образцы, заведомо отличающиеся от ДНК других людей. Подобный прорыв открыл бы путь тому, что уже получило название «персонализированной медицины» и является долгожданным воплощением врачебного идеала «лечить не болезнь, а больного», - диагностика и лечение могли бы полностью учитывать генетическую индивидуальность.

Пока что прямая ДНК-диагностика ограничивается несколькими сотнями тестов, касающихся болезней с совершенно очевидной генетической предрасположенностью и требует испытания для идентификации каждого патологического гена. Идея «личностной фармакологии» официально получила «добро» от Управления по контролю за пищевыми продуктами и лекарственными средствами США (FDA), однако пока что даже в самой обстоятельной базе данных по фармакогенетике PharmGkb (www.pharmgkb.org) генетические связи приводятся только для 400 из 4000 аннотированных лекарств. А вот проведя широкие сопоставления полных записей структуры ДНК и имея на руках генетический профиль конкретного человека, можно было бы сразу оценить все его врожденные предрасположенности к тем или иным болезням и точно подстроить медикаментозную терапию под генетические особенности.

Для очередной атаки на код наследственности готовится соответствующее обновление методического инструментария. Способов секвенирования придумано немало, но основной «рабочей лошадкой» был и остается метод Сэнджера. Сначала двуспиральную ДНК разделяют на нити, затем на матрице однонитевой ДНК с помощью фермента ДНК-полимеразы начинают вновь воссоздавать вторую цепь. При этом некоторым специальным способом подается команда прекратить синтез, как только он дойдет до определенного нуклеотида (аденина, скажем, или тимина). Длина недостроенных фрагментов (указывающая, в какой позиции прервана реакция и, следовательно, находится соответствующий нуклеотид) определяется с помощью электрофореза. Эта методика достаточно трудоемка, но новые нанотехнологические подходы обещают резко ускорить процесс и перевести прочтение ДНК