Saat menguraikan genom Drosophila, ditemukan bahwa. Genom lengkap suatu spesies biologis ditemukan pada spesies lain. Genomik tanaman komparatif dan fungsional

) ditemukan dalam genom lalat buah ( Drosophila ananassae) salinan lengkap genom bakteri parasit Wolbachia.

Bakteri Wolbachia hidup di sitoplasma sel inang dan dikenal telah belajar mengatur reproduksi, perkembangan, dan bahkan evolusi inangnya dengan baik. Oleh karena itu, sering disebut sebagai “manipulator mikroba” atau “penguasa lalat” (karena ia hidup di dalam sel serangga).

Penelitian dimulai ketika Julie Dunning-Hotopp dari JCVI menemukan bagaimana beberapa gen Wolbachia “bekerja sama” dengan gen Drosophila, seolah-olah mereka adalah bagian dari genom yang sama.

Michael Clark, seorang peneliti di Universitas Rochester, menetap di koloni tersebut Drosophila ananassae di laboratorium untuk memahami, bersama dengan Warren, apa rahasianya.

Gen Wolbachia dalam genom Drosophila (ilustrasi dari University of Rochester).

“Selama berbulan-bulan, saya pikir saya salah mengenai sesuatu,” kata Clarke. “Saya bahkan berasumsi bahwa resistensi antibiotik telah berkembang, karena saya menemukan setiap gen Wolbachia berulang kali. Ketika saya akhirnya mengambil tisu yang saya tinggalkan beberapa bulan lalu, saya tidak menemukan Wolbachia itu sendiri.”

Sekarang Warren dan Clark mencoba memahami apa keuntungan memasukkan sepotong DNA sebesar itu bagi Drosophila - mungkin gen “asing” memberi inangnya beberapa kemampuan baru.

Gen Wolbachia pun masuk ke dalam DNA inangnya (ilustrasi oleh Nicolle Rager Fuller, National Science).

Hasil penelitian tersebut dipublikasikan dalam sebuah artikel di jurnal Science. Di dalamnya, penulis berpendapat bahwa transfer gen horizontal (transfer gen antar spesies yang tidak berkerabat) terjadi jauh lebih sering antara bakteri dan organisme multiseluler di dunia kita daripada yang diperkirakan sebelumnya.

Menguraikan mekanisme manipulasi genetik molekuler yang dilakukan oleh Wolbachia dengan inangnya akan memberi manusia cara baru yang kuat untuk mempengaruhi organisme hidup dan alam secara keseluruhan.

Namun tidak semua serangga rentan terhadap pengaruh buruk Wolbachia. Misalnya, kupu-kupu dari kepulauan Samoa “belajar” melindungi pejantannya. Saya ingin tahu apakah nyamuk malaria yang ingin mereka infeksikan dengan bakteri ini akan belajar melawannya?

Contoh Tes Biologi Seluruh Rusia

Kelas 11

Petunjuk untuk melakukan pekerjaan

Tes ini mencakup 14 tugas. 1 jam 30 menit (90 menit) diberikan untuk menyelesaikan pekerjaan biologi.

Jawaban tugas adalah rangkaian angka, angka, kata (frasa) atau jawaban singkat bebas, yang dituliskan pada tempat yang disediakan untuk pekerjaan ini. Jika Anda menuliskan jawaban yang salah, coretlah dan tulis jawaban baru di sebelahnya.

Saat menyelesaikan tugas, Anda dapat menggunakan draf. Entri dalam draf tidak diperhitungkan saat menilai pekerjaan. Kami menyarankan Anda untuk menyelesaikan tugas sesuai urutan yang diberikan. Untuk menghemat waktu, lewati tugas yang tidak dapat Anda selesaikan dengan segera dan lanjutkan ke tugas berikutnya. Jika Anda memiliki waktu tersisa setelah menyelesaikan semua pekerjaan, Anda dapat kembali ke tugas yang terlewat.

Poin yang Anda terima untuk tugas yang diselesaikan dirangkum.

Cobalah untuk menyelesaikan tugas sebanyak mungkin dan dapatkan poin terbanyak.

Penjelasan untuk contoh tes kerja All-Rusia

Saat membiasakan diri dengan contoh pekerjaan tes, Anda harus ingat bahwa tugas-tugas yang termasuk dalam sampel tidak mencerminkan semua masalah keterampilan dan konten yang akan diuji sebagai bagian dari pekerjaan tes seluruh Rusia. Daftar lengkap unsur isi dan keterampilan yang dapat diujikan dalam karya diberikan dalam pengkode unsur isi dan persyaratan tingkat pelatihan lulusan untuk pengembangan CD biologi. Tujuan dari contoh pekerjaan uji adalah untuk memberikan gambaran tentang struktur VPR, jumlah dan bentuk tugas, serta tingkat kerumitannya.

1. Dalam percobaan tersebut, pelaku eksperimen menyinari bagian tetesan yang terdapat amuba di dalamnya. Tak lama kemudian, protozoa mulai aktif bergerak ke satu arah.

1.1. Sifat organisme apa yang diilustrasikan oleh eksperimen tersebut?

Penjelasan: ada 7 sifat makhluk hidup (dengan ciri-ciri inilah makhluk hidup berbeda dengan benda mati): nutrisi, pernapasan, iritabilitas, mobilitas, ekskresi, reproduksi, pertumbuhan. Amuba berpindah dari bagian terang ke bagian gelap, karena mereka bereaksi terhadap cahaya, yaitu, kita memilih properti - mudah tersinggung.

Jawaban: mudah tersinggung.

1.2. Berikan contoh fenomena serupa pada tumbuhan.

Penjelasan: disini kita dapat menuliskan contoh reaksi (manifestasi iritabilitas) pada tumbuhan.

Jawaban: penutupan alat perangkap pada tumbuhan karnivora ATAU membelokkannya daun ke arah matahari atau pergerakan bunga matahari pada siang hari setelah matahari ATAU pembengkokan batang akibat perubahan bentang alam (lingkungan).

2. Di pinggir hutan banyak terdapat tumbuhan, hewan, jamur dan mikroorganisme yang hidup dan berinteraksi. Pertimbangkan kelompok yang mencakup ular beludak, elang, landak, kadal vivipar, dan belalang. Selesaikan tugasnya.

2.1. Beri label pada objek-objek yang tampak pada foto dan gambar yang termasuk dalam kelompok di atas.

1 - kadal vivipar

2 - ular beludak

3 - tim landak

4 - belalang biasa

5 - elang

2.2. Klasifikasikan organisme-organisme ini berdasarkan posisinya dalam rantai makanan. Di setiap sel, tuliskan nomor atau nama salah satu objek dalam grup.

Rantai makanan: landak - belalang biasa - kadal vivipar - ular beludak - elang.

Penjelasan: kita memulai rantai makanan dengan produsen (tumbuhan hijau - penghasil bahan organik) - landak, kemudian konsumen urutan pertama (konsumen mengonsumsi bahan organik dan memiliki beberapa pesanan) - belalang biasa, kadal vivipar (konsumen urutan ke-2) , viper (konsumen urutan ke-3), elang (konsumen urutan ke-4).

2.3. Bagaimana pengurangan jumlah landak dalam tim akan mempengaruhi jumlah elang? Benarkan jawaban Anda.

Jawaban: ketika jumlah landak dalam suatu tim berkurang, maka jumlah semua komponen berikutnya dan akhirnya elang berkurang, yaitu jumlah elang berkurang.

3. Perhatikan gambar yang menunjukkan diagram siklus karbon di alam. Sebutkan nama zat yang diberi tanda tanya.

Penjelasan: Tanda tanya menunjukkan karbon dioksida (CO2), karena CO2 terbentuk selama pembakaran, respirasi dan penguraian bahan organik, dan selama fotosintesis terbentuk (dan juga larut dalam air).

Jawaban: karbon dioksida (CO2).

4. Peter mencampurkan enzim dan substratnya dalam jumlah yang sama dalam 25 tabung reaksi. Tabung dibiarkan dalam waktu yang sama pada suhu yang berbeda, dan laju reaksi diukur. Berdasarkan hasil percobaannya, Peter membuat grafik (sumbu x menunjukkan suhu (dalam derajat Celcius), dan sumbu y menunjukkan laju reaksi (dalam satuan sembarang).

Jelaskan ketergantungan laju reaksi enzimatik pada suhu.

Jawaban: bila suhu naik sampai 30C, laju reaksi bertambah, kemudian mulai menurun. Suhu optimal adalah 38C.

5. Menetapkan urutan subordinasi unsur-unsur sistem hayati, dimulai dari yang terbesar.

Elemen yang hilang:

1 orang

2. Bisep

3. Sel otot

4. Tangan

5. Asam amino

6. Protein aktin

Tuliskan urutan angka yang sesuai.

Penjelasan: Menyusun elemen dimulai dari level tertinggi:

manusia bersifat organisme

tangan - organ

bisep - kain

sel otot - seluler

protein aktin - molekuler (protein terdiri dari asam amino)

asam amino - molekuler

Jawaban: 142365.

6. Protein melakukan banyak fungsi penting dalam tubuh manusia dan hewan: protein menyediakan bahan bangunan bagi tubuh, merupakan katalis atau pengatur biologis, menyediakan pergerakan, dan sebagian mengangkut oksigen. Agar tubuh tidak mengalami masalah, seseorang membutuhkan protein 100-120 g per hari.

6.1. Dengan menggunakan data tabel, hitung jumlah protein yang diterima seseorang saat makan malam jika makanannya meliputi: 20 g roti, 50 g krim asam, 15 g keju, dan 75 g ikan cod. Bulatkan jawabanmu menjadi bilangan bulat.

Penjelasan: 100 g roti mengandung 7,8 g protein, kemudian 20 g roti mengandung protein 5 kali lebih sedikit - 1,56 g krim asam mengandung 3 g protein, kemudian 50 g mengandung 2 kali lebih sedikit - 1,5 g g keju - 20 g protein, dalam 15 g keju - 3 g, dalam 100 g cod - 17,4 g protein, dalam 75 g cod - 13,05 g.

Total: 1,56 + 1,5 + 3 + 13,05 = 19,01 (kira-kira sama dengan 19).

Jawaban: 19

ATAU

6.1 Seseorang meminum secangkir kopi kental yang mengandung 120 mg kafein, yang diserap seluruhnya dan didistribusikan secara merata ke seluruh darah dan cairan tubuh lainnya. Pada orang yang diteliti, volume cairan tubuh dianggap sama dengan 40 liter. Hitung berapa lama setelah dikonsumsi (dalam jam) kafein akan berhenti bekerja pada orang tersebut jika kafein berhenti bekerja pada konsentrasi 2 mg/l, dan konsentrasinya menurun sebesar 0,23 mg per jam. Bulatkan jawabanmu menjadi persepuluhan.

Penjelasan: 120 mg kafein didistribusikan ke seluruh tubuh manusia dalam volume 40 liter, sehingga konsentrasinya menjadi 3 mg/l. Pada konsentrasi 2 mg/l, kafein berhenti bekerja, sehingga hanya 1 mg/l yang efektif. Untuk mengetahui jumlah jam, bagi 1 mg/l dengan 0,23 mg (penurunan konsentrasi per jam), diperoleh 4,3 jam.

Jawaban: 4,3 jam.

6.2. Sebutkan salah satu enzim yang dihasilkan oleh kelenjar sistem pencernaan:

Jawaban: dinding lambung menghasilkan pepsin, yang dalam lingkungan asam memecah protein menjadi dipeptida. Lipase memecah lipid (lemak). Nuklease memecah asam nukleat. Amilase memecah pati. Maltase memecah maltosa menjadi glukosa. Laktase memecah laktosa menjadi glukosa dan galaktosa. Anda perlu menulis satu enzim.

7. Menentukan asal muasal penyakit yang tercantum. Tuliskan nomor masing-masing penyakit pada daftar di sel tabel yang sesuai. Beberapa angka dapat ditulis dalam sel tabel.

Daftar penyakit manusia:

1. Hemofilia

2. Cacar air

3. penyakit kudis

4. Infark miokard

5. Kolera

Penjelasan: Lihat Penyakit Manusia untuk CDF

8. Metode silsilah banyak digunakan dalam genetika medis. Hal ini didasarkan pada penyusunan silsilah seseorang dan mempelajari pewarisan suatu sifat tertentu. Dalam penelitian tersebut, notasi tertentu digunakan. Pelajarilah bagian dari silsilah keluarga suatu keluarga, yang beberapa anggotanya memiliki daun telinga yang menyatu.

Dengan menggunakan skema yang diusulkan, tentukan apakah sifat ini dominan atau resesif dan apakah sifat tersebut terkait dengan kromosom seks.

Penjelasan: sifat tersebut bersifat resesif, karena pada generasi pertama tidak muncul sama sekali, dan pada generasi kedua hanya muncul pada 33% anak. Sifat ini tidak terkait gender, seperti yang terlihat pada anak laki-laki dan perempuan.

Jawaban: resesif, tidak terpaut seks.

9. Vladimir selalu ingin memiliki rambut kasar seperti ayahnya (sifat dominan (A)). Tapi rambutnya lembut, seperti milik ibunya. Tentukan genotipe anggota keluarga berdasarkan kualitas rambut. Masukkan jawaban Anda ke dalam tabel.

Penjelasan: rambut lembut termasuk sifat resesif (a), bapak heterozigot untuk sifat ini, karena anak laki-laki homozigot resesif (aa), seperti ibu. Itu adalah:

R : Aa x aa

G: Ah, ax a

F1: Aa - 50% anak dengan rambut kasar

aa - 50% anak-anak dengan rambut lembut.

Menjawab:

Ibu	Ayah	Putra
ahh	Ahh	ahh

10. Ekaterina memutuskan untuk mendonorkan darahnya sebagai pendonor. Saat diambil darahnya, ternyata Catherine mengidap golongan III. Ekaterina mengetahui ibunya bergolongan darah I.

10.1. Golongan darah apa yang dimiliki ayah Catherine?

Penjelasan: berdasarkan data pada tabel, ayah Catherine kemungkinan memiliki golongan darah III atau IV.

Jawaban: III atau IV.

10.2. Berdasarkan aturan transfusi darah, tentukan apakah Catherine bisa menjadi donor darah untuk ayahnya.

Penjelasan: Ekaterina yang bergolongan darah I merupakan pendonor universal (asalkan faktor Rhnya cocok), yaitu darahnya dapat ditransfusikan dari dirinya ke ayahnya.

Jawaban: mungkin.

11. Fungsi organel yang ditunjukkan pada gambar adalah oksidasi zat organik dan penyimpanan energi selama sintesis ATP. Membran bagian dalam organel ini memainkan peran penting dalam proses ini.

11.1. Apa nama organel tersebut?

Jawaban: Gambar menunjukkan mitokondria.

11.2. Jelaskan bagaimana pengepakan membran bagian dalam pada suatu organel berkaitan dengan fungsi yang dijalankannya.

Jawaban: dengan bantuan lipatan membran bagian dalam, ia meningkatkan permukaan bagian dalam organel dan lebih banyak zat organik dapat dioksidasi, serta lebih banyak ATP dapat diproduksi oleh ATP sintase - kompleks enzimatik yang menghasilkan energi dalam bentuk ATP (molekul energi utama).

12. Fragmen mRNA memiliki urutan sebagai berikut:

UGCGAAUGUUUUGTSUG

Tentukan urutan bagian DNA yang berfungsi sebagai cetakan untuk sintesis molekul RNA ini, dan urutan protein yang dikodekan oleh fragmen mRNA ini. Saat menyelesaikan tugas, gunakan aturan saling melengkapi dan tabel kode genetik.

Aturan penggunaan tabel

Nukleotida pertama dalam triplet diambil dari baris vertikal kiri; yang kedua - dari baris horizontal atas dan yang ketiga - dari baris vertikal kanan. Di mana garis-garis yang berasal dari ketiga nukleotida berpotongan, terdapat asam amino yang diinginkan.

Penjelasan: membagi barisan menjadi triplet (masing-masing tiga nukleotida): UGC GAA UGU UUG TsUG. Mari kita tuliskan urutan nukleotida yang sesuai dalam DNA (urutan nukleotida komplementer terbalik, dengan memperhitungkan bahwa A-T (dalam RNA U), G-C.

Yaitu rantai DNA: ACG CTT ACA AAU GAU.

Dengan menggunakan urutan RNA, kami menemukan urutan asam amino yang sesuai. Asam amino pertama adalah cis, kemudian glu, cis, leu, leu.

Protein: cis-glu-cis-ley-ley.

12.3. Saat menguraikan genom tomat, ditemukan bahwa dalam sebuah fragmen molekul DNA, proporsi timin adalah 20%. Dengan menggunakan aturan Chargaff, yang menggambarkan hubungan kuantitatif antara berbagai jenis basa nitrogen dalam DNA (G+T = A+C), hitung jumlah (dalam%) nukleotida dengan sitosin dalam sampel ini.

Penjelasan: jika jumlah timinnya 20%, maka jumlah adeninnya juga 20% (karena saling melengkapi). 60% tersisa untuk guanin dan sitosin (100 - (20 + 20)), yaitu masing-masing 30%.

Jawaban: sitosin menyumbang 30%.

13. Teori evolusi modern dapat direpresentasikan sebagai diagram berikut.

Jawaban: mungkin nenek moyang jerapah memiliki panjang leher yang berbeda-beda, tetapi karena jerapah perlu mencapai dedaunan hijau yang tumbuh tinggi, hanya jerapah dengan leher panjang yang bertahan, yaitu yang paling cocok (sifat ini melekat dari generasi ke generasi, ini menyebabkan perubahan komposisi genetik populasi ). Jadi, selama seleksi alam, hanya individu dengan leher terpanjang yang bertahan, dan panjang leher berangsur-angsur bertambah.

14. Gambar menunjukkan cordaite, tumbuhan gymnospermae berkayu yang telah punah dan hidup 370-250 juta tahun yang lalu.

Dengan menggunakan potongan tabel geokronologi, tentukan era dan periode di mana organisme ini hidup. Tumbuhan apa yang mungkin merupakan nenek moyang mereka?

Tabel geokronologis

Penjelasan: Gymnospermae kemungkinan muncul pada era Paleozoikum. periode: Permian, Karbon (mungkin Devonian). Mereka muncul dari pakis pohon (tanaman yang lebih primitif tumbuh subur di era Paleozoikum, dan gymnospermae menyebar luas dan berkembang di era Mesozoikum).

Era: Paleozoikum

Periode: Permian, Karbon, Devonian

Kemungkinan nenek moyang: pakis pohon

2 018 Layanan Federal untuk Pengawasan Pendidikan dan Ilmu Pengetahuan Federasi Rusia

Gen yang melompat

Pada pertengahan abad terakhir, peneliti Amerika Barbara McClintock menemukan gen luar biasa pada jagung yang mampu mengubah posisinya pada kromosom secara mandiri. Sekarang mereka disebut “gen pelompat” atau elemen transposable (bergerak). Penemuan ini tidak diketahui sejak lama, mengingat unsur bergerak merupakan fenomena unik yang hanya terjadi pada jagung. Namun, untuk penemuan inilah McClintock dianugerahi Hadiah Nobel pada tahun 1983 - saat ini gen pelompat telah ditemukan di hampir semua spesies hewan dan tumbuhan yang diteliti.

Dari mana asal gen pelompat, apa fungsinya di dalam sel, apakah berguna? Mengapa, dengan induk yang sehat secara genetik, keluarga lalat buah Drosophila, karena gen yang melompat, dapat menghasilkan keturunan mutan dengan frekuensi tinggi atau bahkan tidak memiliki anak? Apa peran gen pelompat dalam evolusi?

Harus dikatakan bahwa gen yang menjamin berfungsinya sel terletak pada kromosom dalam urutan tertentu. Berkat ini, dimungkinkan untuk membuat apa yang disebut peta genetik untuk banyak spesies organisme uniseluler dan multiseluler. Namun, terdapat lebih banyak materi genetik di antara gen daripada di dalamnya! Peran apa yang dimainkan oleh bagian “pemberat” DNA ini belum sepenuhnya diketahui, namun di sinilah unsur-unsur bergerak paling sering ditemukan, yang tidak hanya bergerak sendiri, tetapi juga dapat membawa serta fragmen DNA di sekitarnya.

Dari mana asal gen pelompat? Diasumsikan bahwa setidaknya beberapa di antaranya berasal dari virus, karena beberapa unsur bergerak mampu membentuk partikel virus (seperti unsur bergerak gipsi pada lalat buah. Drosophila melanogaster). Beberapa elemen bergerak muncul dalam genom melalui apa yang disebut perpindahan horisontal dari spesies lain. Misalnya, telah ditetapkan bahwa ponsel batak-elemen (diterjemahkan ke dalam bahasa Rusia disebut gelandangan) Drosophila melanogaster berulang kali diperkenalkan kembali ke dalam genom spesies ini. Ada versi bahwa beberapa bagian pengatur DNA mungkin juga memiliki otonomi dan kecenderungan untuk “gelandangan”.

Pemberat yang berguna

Di sisi lain, sebagian besar gen pelompat, terlepas dari namanya, berperilaku diam-diam, meskipun mereka merupakan seperlima dari total materi genetik. Drosophila melanogaster atau hampir setengah dari genom manusia.

Redundansi DNA, seperti disebutkan di atas, memiliki keuntungan: DNA pemberat (termasuk elemen bergerak pasif) akan terkena dampak jika DNA asing dimasukkan ke dalam genom. Kemungkinan suatu elemen baru akan diintegrasikan ke dalam gen yang berguna dan dengan demikian mengganggu fungsinya berkurang jika terdapat lebih banyak DNA pemberat daripada DNA signifikan.

Beberapa redundansi DNA berguna dengan cara yang sama seperti “redundansi” huruf dalam kata-kata: kita menulis “Maria Ivanovna”, tetapi mengucapkan “Marivan”. Beberapa huruf mau tidak mau hilang, namun maknanya tetap ada. Prinsip yang sama berlaku pada tingkat signifikansi masing-masing asam amino dalam molekul protein-enzim: hanya urutan asam amino yang membentuk pusat aktif yang dipertahankan secara ketat. Jadi, pada tingkat yang berbeda, redundansi ternyata menjadi semacam penyangga yang menyediakan cadangan kekuatan sistem. Beginilah elemen bergerak yang kehilangan mobilitasnya ternyata tidak berguna bagi genom. Seperti kata pepatah, “setidaknya seberkas wol setidaknya dari seekor domba yang kurus,” meskipun mungkin pepatah lain lebih cocok di sini - “setiap kulit pohon dalam satu garis.”

Unsur bergerak yang masih memiliki kemampuan untuk melompat bergerak sepanjang kromosom Drosophila dengan frekuensi 10–2–10–5 per gen per generasi, bergantung pada jenis elemen, latar belakang genetik, dan kondisi eksternal. Artinya, satu dari seratus gen pelompat dalam sebuah sel dapat berubah posisinya setelah pembelahan sel berikutnya. Akibatnya, setelah beberapa generasi, distribusi elemen bergerak di sepanjang kromosom dapat berubah secara signifikan.

Distribusi ini mudah dipelajari pada kromosom politen (beruntai banyak) dari kelenjar ludah larva Drosophila. Kromosom ini berkali-kali lebih tebal dari biasanya, yang sangat menyederhanakan pemeriksaannya di bawah mikroskop. Bagaimana kromosom tersebut diperoleh? Di dalam sel kelenjar ludah, DNA setiap kromosom berkembang biak, seperti pada pembelahan sel normal, tetapi sel itu sendiri tidak membelah. Akibatnya, jumlah sel di kelenjar tidak berubah, tetapi selama 10-11 siklus, beberapa ribu untaian DNA identik terakumulasi di setiap kromosom.

Hal ini sebagian disebabkan oleh kromosom politen sehingga gen pelompat pada Drosophila dipelajari lebih baik dibandingkan pada organisme multiseluler lainnya. Dari hasil penelitian tersebut, ternyata dalam populasi Drosophila yang sama pun sulit menemukan dua individu yang memiliki kromosom dengan sebaran unsur transposabel yang sama. Bukan suatu kebetulan jika diyakini bahwa sebagian besar mutasi spontan pada Drosophila disebabkan oleh pergerakan “pelompat” ini.

Konsekuensinya mungkin berbeda...

Berdasarkan pengaruhnya terhadap genom, unsur bergerak aktif dapat dibagi menjadi beberapa kelompok. Beberapa di antaranya menjalankan fungsi yang sangat penting dan berguna bagi genom. Misalnya, telomer DNA yang terletak di ujung kromosom Drosophila terdiri dari elemen bergerak khusus. DNA ini sangat penting - kehilangannya menyebabkan hilangnya seluruh kromosom selama pembelahan sel, yang menyebabkan kematian sel.

Elemen seluler lainnya adalah “hama”. Setidaknya itulah yang mereka anggap saat ini. Misalnya, elemen bergerak dari kelas R2 dapat secara spesifik dimasukkan ke dalam gen arthropoda yang mengkode salah satu protein ribosom, “pabrik” seluler untuk sintesis protein. Individu dengan kelainan tersebut dapat bertahan hidup hanya karena hanya sebagian dari banyak gen yang mengkode protein ini yang rusak dalam genomnya.

Ada juga unsur bergerak yang hanya bergerak di jaringan reproduksi yang menghasilkan sel germinal. Hal ini dijelaskan oleh fakta bahwa dalam jaringan yang berbeda, unsur bergerak yang sama dapat menghasilkan molekul protein enzim yang diperlukan untuk pergerakan yang berbeda panjang dan fungsinya.

Contoh yang terakhir adalah elemen P Drosophila melanogaster, yang memasuki populasi alaminya melalui perpindahan horizontal dari spesies Drosophila lain tidak lebih dari seratus tahun yang lalu. Namun, saat ini populasi di Bumi hampir tidak ada Drosophila melanogaster, di mana elemen P tidak akan ditemukan. Perlu dicatat bahwa sebagian besar salinannya cacat, terlebih lagi, versi cacat yang sama ditemukan hampir di mana-mana. Peran yang terakhir dalam genom adalah unik: ia “tidak toleran” terhadap sesamanya dan memainkan peran sebagai penindas, menghalangi pergerakan mereka. Jadi perlindungan genom Drosophila dari lompatan “orang asing” mungkin sebagian dilakukan oleh turunannya sendiri.

Yang utama adalah memilih orang tua yang tepat!

Sebagian besar lompatan elemen bergerak tidak mempengaruhi penampilan Drosophila, karena terjadi pada DNA pemberat, namun ada situasi lain ketika aktivitasnya meningkat tajam.

Yang mengejutkan, faktor paling kuat yang mendorong perpindahan gen pelompat adalah pemilihan orang tua yang buruk. Misalnya, apa yang terjadi jika Anda menyilangkan betina dari populasi laboratorium? Drosophila melanogaster, yang tidak memiliki unsur P (karena nenek moyangnya ditangkap dari alam sekitar seratus tahun yang lalu), dengan pejantan membawa unsur P? Pada hibrida, karena pergerakan cepat elemen bergerak, sejumlah besar kelainan genetik yang berbeda dapat muncul. Fenomena yang disebut disgenesis hibrid ini disebabkan oleh tidak adanya represor di sitoplasma ibu yang melarang pergerakan unsur transposabel.

Jadi, jika calon pengantin pria dari populasi A dan pengantin wanita dari populasi B dapat membentuk keluarga besar, maka hal sebaliknya tidak selalu terjadi. Sebuah keluarga dengan orang tua yang sehat secara genetis dapat menghasilkan keturunan mutan atau infertil dalam jumlah besar, atau bahkan tidak memiliki anak jika ayah dan ibu memiliki kumpulan elemen bergerak yang berbeda dalam genom mereka. Terutama banyak pelanggaran yang muncul jika percobaan dilakukan pada suhu 29° C. Pengaruh faktor eksternal, yang ditumpangkan pada latar belakang genetik, meningkatkan efek ketidakcocokan genom, meskipun faktor-faktor itu sendiri (bahkan radiasi pengion) saja tidak mampu. menyebabkan pergerakan besar-besaran elemen bergerak.

Peristiwa serupa di Drosophila melanogaster dapat terjadi dengan partisipasi keluarga elemen bergerak lainnya.

Evolusi "seluler".

Genom seluler dapat dianggap sebagai sejenis ekosistem yang terdiri dari anggota tetap dan sementara, di mana tetangganya tidak hanya hidup berdampingan, tetapi juga berinteraksi satu sama lain. Interaksi gen inang dengan elemen bergerak masih kurang dipahami, namun banyak hasil yang dapat diberikan - mulai dari kematian organisme jika terjadi kerusakan pada gen penting hingga pemulihan fungsi yang sebelumnya rusak.

Kebetulan gen pelompat itu sendiri berinteraksi satu sama lain. Dengan demikian, fenomena yang menyerupai kekebalan diketahui, ketika elemen bergerak tidak dapat menembus jarak dekat dengan elemen yang sudah ada. Namun, tidak semua elemen seluler begitu rapuh: misalnya, elemen P dapat dengan mudah menembus satu sama lain dan membuat sesama pemain keluar dari permainan.

Selain itu, ada semacam pengaturan mandiri dalam jumlah elemen bergerak dalam genom. Faktanya adalah bahwa elemen bergerak dapat bertukar daerah homolog satu sama lain - proses ini disebut rekombinasi. Sebagai akibat dari interaksi tersebut, elemen bergerak mungkin, bergantung pada orientasinya, kehilangan ( penghapusan) atau memperluas ( inversi) fragmen DNA inang yang terletak di antara mereka. Jika sebagian besar kromosom hilang, genom akan mati. Jika terjadi inversi atau penghapusan kecil, keragaman kromosom tercipta, yang dianggap sebagai kondisi penting untuk evolusi.

Jika rekombinasi terjadi antara elemen bergerak yang terletak pada kromosom berbeda, akibatnya adalah pembentukan penataan ulang kromosom, yang pada pembelahan sel selanjutnya dapat menyebabkan ketidakseimbangan genom. Dan genom yang tidak seimbang, seperti anggaran yang tidak seimbang, terbagi dengan sangat buruk. Jadi kematian genom yang gagal adalah salah satu alasan mengapa unsur bergerak aktif tidak mengisi kromosom tanpa batas waktu.

Sebuah pertanyaan wajar muncul: seberapa signifikan kontribusi elemen bergerak terhadap evolusi? Pertama, sebagian besar elemen bergerak dimasukkan, secara kasar, di mana pun mereka berada, sebagai akibatnya mereka dapat merusak atau mengubah struktur atau regulasi gen tempat mereka dimasukkan. Kemudian seleksi alam menolak pilihan yang gagal, dan pilihan yang berhasil dengan sifat adaptif diperbaiki.

Jika konsekuensi dari pengenalan elemen bergerak ternyata netral, maka varian ini dapat bertahan dalam populasi, sehingga memberikan keragaman dalam struktur gen. Ini bisa berguna dalam kondisi buruk. Secara teoritis, dengan pergerakan besar-besaran elemen bergerak, mutasi dapat muncul pada banyak gen secara bersamaan, yang bisa sangat berguna jika terjadi perubahan tajam dalam kondisi kehidupan.

Jadi, kesimpulannya: ada banyak elemen bergerak dalam genom dan mereka berbeda; mereka dapat berinteraksi satu sama lain dan dengan gen inang; dapat merugikan dan tidak tergantikan. Ketidakstabilan genom yang disebabkan oleh pergerakan elemen bergerak dapat berakhir dengan tragedi bagi individu, namun kemampuan untuk berubah dengan cepat merupakan kondisi yang diperlukan untuk kelangsungan hidup suatu populasi atau spesies. Berkat ini, terciptalah keanekaragaman, yang menjadi dasar seleksi alam dan transformasi evolusioner selanjutnya.

Sebuah analogi dapat ditarik antara gen yang melompat dan imigran: beberapa imigran atau keturunan mereka menjadi warga negara yang setara, yang lain diberikan izin tinggal, dan yang lain - mereka yang tidak mematuhi hukum - dideportasi atau dipenjara. Dan migrasi massal dapat dengan cepat mengubah keadaan itu sendiri.

literatur

Ratner V. A., Vasilyeva L. A. Induksi transposisi elemen genetik bergerak melalui pengaruh stres. pengikatan Rusia. 2000.

Gvozdev V. A. DNA seluler eukariota // Jurnal pendidikan Soros. 1998. Nomor 8.

Pada 09/05/2011 pukul 09:36 Limarev berkata:

Limarev V.N.

Menguraikan genom manusia.

Fragmen dari buku karya L.G. Puchko: “Kognisi radiasi manusia”

Untuk memecahkan masalah penguraian genom, sebuah proyek internasional “genom manusia” diselenggarakan dengan anggaran miliaran dolar.

Pada tahun 2000, genom manusia telah dipetakan secara virtual. Gen-gen tersebut dihitung, diidentifikasi dan dicatat dalam database. Ini adalah informasi dalam jumlah besar.

Pencatatan genom manusia dalam bentuk digital membutuhkan memori komputer sekitar 300 terabyte atau setara dengan 3 ribu harddisk berkapasitas 100 gigabyte.

Ternyata. Bahwa seseorang tidak memiliki ratusan ribu, seperti yang diperkirakan sebelumnya, tetapi hanya memiliki lebih dari 30 ribu gen. Lalat memiliki lalat buah, jumlahnya hanya setengahnya - sekitar 13 ribu, dan jumlah tikus hampir sama dengan manusia. Hanya ada sekitar 1% gen unik manusia dalam genom yang diuraikan. Ternyata, sebagian besar heliks DNA tidak ditempati oleh gen, tetapi oleh apa yang disebut “bagian kosong”, di mana gen tidak dikodekan, serta fragmen ganda yang diulang satu demi satu, arti dan pentingnya yang tidak jelas.

Singkatnya, gen ternyata bukanlah bahan penyusun kehidupan, melainkan hanya elemen cetak biru yang menjadi dasar pembentukan tubuh. Bahan penyusun, seperti yang diyakini secara umum sebelum munculnya ilmu genetika, adalah protein.

Jelas sekali bahwa 1% gen unik manusia tidak dapat menyandikan sejumlah besar informasi yang membedakan manusia dari tikus. Di mana semua informasi disimpan? Bagi banyak ilmuwan, fakta yang tidak dapat disangkal adalah bahwa tanpa prinsip Ilahi mustahil menjelaskan sifat manusia. Sejumlah ilmuwan berpendapat bahwa, dalam kerangka gagasan yang ada tentang tubuh manusia, pada prinsipnya mustahil untuk menguraikan genom manusia.

Dunia tidak diketahui - dunia dapat diketahui (komentar saya pada artikel).

1) Perhatikan penggalan: “Tanpa prinsip Ilahi, mustahil menjelaskan sifat manusia.”

Informasi yang disajikan di atas sama sekali tidak menunjukkan hal ini.

Genom tersebut memang memiliki struktur yang lebih kompleks dari perkiraan sebelumnya.

Namun, bagaimanapun juga, komputer yang disebutkan dalam artikel tersebut tidak hanya terdiri dari sel memori.

Komputer memiliki dua memori: jangka panjang dan operasional, serta prosesor tempat informasi diproses. Medan elektromagnetik juga terlibat dalam pemrosesan informasi. Untuk menguraikan informasi genom, perlu dipahami bagaimana hal itu terjadi, tidak hanya penyimpanan informasi, tetapi juga pemrosesannya. Saya juga mengakui gagasan bahwa beberapa informasi yang disimpan direkam melalui medan elektromagnetik. Dan juga di luar diri seseorang, seperti yang sudah saya tulis, di pusat informasi khusus dari Pikiran Tertinggi.

Bayangkan saja sebuah teks berkesinambungan yang dikodekan dalam kode biner 0 atau 1 dalam kode Morse, sementara Anda tidak tahu bahasa apa yang ditulisnya (Inggris atau Prancis....) dan Anda tidak tahu bahwa teks berkesinambungan ini terdiri dari kata-kata, kalimat , paragraf, bab, volume, rak, lemari, dll.

Hampir sama dalam biologi, hanya saja semua yang ada di sini dikodekan dengan kode empat digit dan sejauh ini kita telah menguraikan urutan gen dasar + - / *, tetapi kita tidak tahu bahasanya dan karenanya kata, kalimat, paragraf, bab, jilid, rak, lemari, dll. Bagi kami, genom yang diuraikan masih merupakan teks padat kode kelas 4 dan secara praktis tidak mungkin untuk mempelajari semuanya secara langsung.

Namun ternyata pada periode waktu tertentu (baik pada individu dan kelompok generasinya serta pada spesies, genus) beberapa gen dan kompleksnya (bertanggung jawab atas kata, kalimat, paragraf, bab, volume, rak, lemari, dll. .) aktif , dan pada periode evolusi lainnya bersifat pasif, yang secara tidak langsung saya tentukan oleh berbagai sifat poligenik (seperti yang ditunjukkan dalam topik Hukum Periodik Umum Evolusi).

Saat ini hanya ada dua metode untuk mempelajari gen, yaitu perhitungan laboratorium sederhana dari jumlah gen (DNA) dalam suatu sampel dan ada alat yang menghitung jumlah protein RNA yang dihasilkan. menempel pada chip elektronik yang dihasilkan DNA tertentu, tetapi karena sejumlah besar DNA aktif pada waktu tertentu dan, oleh karena itu, sejumlah besar protein berbeda diproduksi melalui RNA, sangat sulit untuk memisahkan “mie ini dengan sendok, garpu, dan sumpit Jepang” di sup ini dan temukan apa yang Anda cari - temukan hubungan sebab-akibat antara DNA spesifik (sebagai kompleks DNA) dan pengaruhnya terhadap sifat poligenik.

Tampaknya saya telah menemukan metode sederhana tentang cara memilah seluruh DNA, RNA, dan proteinnya yang menentukan derajat suatu sifat poligenik.

Ternyata, setiap sifat poligenik dalam urutan evolusi suatu individu (kelompok generasi, spesies, dan genus) bersifat periodik; oleh karena itu, aktivitas RNA dan DNA harus periodik dan oleh karena itu Anda hanya perlu menemukannya (pertama masuk ke rincian genetik) korelasi antara perubahan metrik pada sifat poligenik (dalam individu, kelompok generasi, spesies, genus...) dan aktivitas RNA, DNA yang sesuai, sebanding dengan periode ini.

Rumah penerbitan "BINOM. Knowledge Laboratory merilis buku memoar oleh ahli genetika Craig Venter, Life Deciphered. Craig Venter dikenal karena karyanya membaca dan menguraikan genom manusia. Pada tahun 1992, ia mendirikan Institut Penelitian Genom (TIGR). Pada tahun 2010, Venter menciptakan organisme buatan pertama di dunia - laboratorium bakteri Mycoplasma sintetis. Kami mengundang Anda untuk membaca salah satu bab dari buku ini, di mana Craig Venter berbicara tentang pekerjaan tahun 1999–2000 untuk mengurutkan genom lalat Drosophila.

Maju dan hanya maju

Yang mengejutkan kami, aspek mendasar dari hereditas ternyata cukup sederhana, dan oleh karena itu ada harapan bahwa mungkin alam tidak begitu tidak dapat diketahui, dan ketidakmampuannya untuk dipahami, yang berulang kali diproklamirkan oleh berbagai orang, hanyalah ilusi lain, buah dari ketidaktahuan kita. . Hal ini membuat kami optimis, karena jika dunia ini serumit yang dikatakan beberapa teman kami, maka biologi tidak akan mempunyai peluang untuk menjadi ilmu pasti.

Thomas berburu Morgan. Dasar fisik dari keturunan

Banyak orang bertanya kepada saya mengapa, dari semua makhluk hidup di planet kita, saya memilih lalat buah; yang lain bertanya-tanya mengapa saya tidak segera melanjutkan menguraikan genom manusia. Intinya adalah kami memerlukan dasar untuk eksperimen di masa depan, kami ingin memastikan kebenaran metode kami sebelum menghabiskan hampir $100 juta untuk mengurutkan genom manusia.

Lalat buah kecil mempunyai peranan yang sangat besar dalam perkembangan biologi khususnya genetika. Genus Drosophila mencakup berbagai lalat - cuka, anggur, apel, anggur, dan buah - totalnya sekitar 26 ratus spesies. Namun ucapkan kata "drosophila" dan ilmuwan mana pun akan langsung memikirkan satu spesies tertentu - Drosophilamelanogaster. Karena berkembang biak dengan cepat dan mudah, lalat kecil ini berfungsi sebagai organisme model bagi para ahli biologi evolusi. Mereka menggunakannya untuk menjelaskan keajaiban penciptaan - dari saat pembuahan hingga munculnya organisme dewasa. Berkat Drosophila, banyak penemuan telah dilakukan, termasuk penemuan gen yang mengandung homeobox yang mengatur struktur umum semua organisme hidup.

Setiap mahasiswa genetika pasti familiar dengan eksperimen Drosophila yang dilakukan oleh Thomas Hunt Morgan, bapak genetika Amerika. Pada tahun 1910, ia melihat mutan jantan bermata putih di antara lalat bermata merah pada umumnya. Dia mengawinkan lalat jantan bermata putih dengan betina bermata merah dan menemukan bahwa keturunan mereka bermata merah: lalat bermata putih ternyata merupakan sifat resesif, dan sekarang kita tahu bahwa agar lalat bermata putih, diperlukan dua salinan. dari gen bermata putih, satu dari setiap orang tua. Melanjutkan persilangan mutan, Morgan menemukan bahwa hanya laki-laki yang menunjukkan sifat mata putih, dan menyimpulkan bahwa sifat ini dikaitkan dengan kromosom seks (kromosom Y). Morgan dan murid-muridnya mempelajari sifat-sifat yang diwariskan pada ribuan lalat buah. Saat ini, percobaan dengan Drosophila dilakukan di laboratorium biologi molekuler di seluruh dunia, tempat lebih dari lima ribu orang mempelajari serangga kecil ini.

Saya belajar secara langsung pentingnya Drosophila ketika saya menggunakan perpustakaan gen cDNA-nya untuk mempelajari reseptor adrenalin dan menemukan padanannya pada reseptor lalat - octopamine. Penemuan ini menunjukkan kesamaan keturunan evolusioner sistem saraf lalat dan manusia. Mencoba memahami perpustakaan cDNA otak manusia, saya menemukan gen dengan fungsi serupa melalui perbandingan komputer antara gen manusia dengan gen Drosophila.

Proyek pengurutan gen Drosophila dimulai pada tahun 1991, ketika Jerry Rubin dari Universitas California, Berkeley, dan Allen Spradling dari Carnegie Institution memutuskan sudah waktunya untuk melakukan tugas tersebut. Pada bulan Mei 1998, 25% dari pengurutan telah selesai, dan saya membuat proposal yang menurut Rubin “terlalu bagus untuk dilewatkan.” Ide saya cukup berisiko: ribuan peneliti lalat buah dari berbagai negara harus memeriksa dengan cermat setiap huruf dari kode yang kami peroleh, membandingkannya dengan data referensi Jerry yang berkualitas tinggi, dan kemudian membuat kesimpulan tentang kesesuaian metode saya. .

Rencana awalnya adalah menyelesaikan pengurutan genom lalat dalam waktu enam bulan pada bulan April 1999, dan kemudian memulai serangan terhadap genom manusia. Bagi saya, ini adalah cara yang paling efektif dan jelas untuk menunjukkan bahwa metode baru kami berhasil. Dan jika kita tidak berhasil, pikir saya, maka akan lebih baik untuk segera memverifikasi hal ini menggunakan contoh Drosophila daripada mengerjakan genom manusia. Namun sebenarnya, kegagalan total adalah kegagalan paling spektakuler dalam sejarah biologi. Jerry juga mempertaruhkan reputasinya, jadi semua orang di Celera bertekad untuk mendukungnya. Saya meminta Mark Adams untuk memimpin bagian kami dalam proyek ini, dan karena Jerry juga memiliki tim terbaik di Berkeley, kolaborasi kami berjalan dengan baik.

Pertama-tama, muncul pertanyaan tentang kemurnian DNA yang harus kami urutkan. Seperti halnya manusia, lalat memiliki tingkat genetik yang berbeda-beda. Jika terdapat lebih dari 2% variasi genetik dalam suatu populasi, dan kita memiliki 50 individu berbeda dalam kelompok yang dipilih, maka penguraian kode menjadi sangat sulit. Langkah pertama Jerry adalah mengawinkan lalat sebanyak mungkin untuk menghasilkan varian DNA yang seragam. Namun perkawinan sedarah saja tidak cukup untuk menjamin kemurnian genetik: saat mengekstraksi DNA lalat, terdapat risiko kontaminasi materi genetik dari sel bakteri pada makanan atau usus lalat. Untuk menghindari masalah tersebut, Jerry lebih memilih mengekstraksi DNA dari embrio lalat. Tetapi bahkan dari sel embrionik, pertama-tama kita harus mengisolasi inti dengan DNA yang kita butuhkan agar tidak mencemarinya dengan DNA ekstranuklear mitokondria - “pembangkit listrik” sel. Hasilnya, kami menerima tabung reaksi dengan larutan DNA Drosophila murni yang keruh.

Pada musim panas tahun 1998, tim Ham, yang memiliki DNA lalat murni, mulai membuat perpustakaan dari fragmennya. Ham sendiri paling suka memotong DNA dan menumpuk fragmen yang dihasilkan, menurunkan sensitivitas alat bantu dengarnya sehingga tidak ada suara asing yang mengalihkan perhatiannya dari pekerjaannya. Pembuatan perpustakaan seharusnya menjadi awal dari pengurutan skala besar, namun sejauh ini hanya suara bor, palu, dan gergaji yang terdengar di mana-mana. Seluruh pasukan pembangun terus-menerus merusak pemandangan di dekatnya, dan kami terus memecahkan masalah yang paling penting - memecahkan masalah pengoperasian sequencer, robot, dan peralatan lainnya, mencoba bukan dalam beberapa tahun, tetapi dalam hitungan bulan untuk menciptakan “pabrik pengurutan” yang nyata ” dari awal.

Pengurut DNA Model 3700 pertama dikirimkan ke Celera pada tanggal 8 Desember 1998 yang menimbulkan kegembiraan dan kelegaan kolektif. Perangkat tersebut dikeluarkan dari kotak kayu, ditempatkan di ruangan tanpa jendela di ruang bawah tanah - rumah sementara, dan segera memulai pengujian. Setelah mulai bekerja, kami mendapatkan hasil yang sangat berkualitas tinggi. Namun sequencer awal ini cukup tidak stabil, dan beberapa di antaranya rusak sejak awal. Ada juga masalah yang terus-menerus terjadi pada mereka yang bekerja, terkadang hampir setiap hari. Misalnya, kesalahan serius muncul dalam program kendali manipulator robot - terkadang lengan mekanik robot menjulur ke atas perangkat dengan kecepatan tinggi dan menabrak dinding. Akibatnya, sequencer berhenti, dan tim perbaikan harus dipanggil untuk memperbaikinya. Beberapa sequencer gagal karena sinar laser yang menyimpang. Untuk melindungi dari panas berlebih, foil dan selotip digunakan, karena pada suhu tinggi fragmen Gs berwarna kuning menguap dari rangkaiannya.

Meskipun perangkat tersebut kini dikirimkan secara rutin, sekitar 90% di antaranya rusak sejak awal. Pada beberapa hari sequencer tidak berfungsi sama sekali. Saya sangat percaya pada Mike Hunkapiller, namun keyakinan saya sangat terguncang ketika dia mulai menyalahkan kegagalan kami pada karyawan kami, debu konstruksi, fluktuasi suhu sekecil apa pun, fase bulan, dan sebagainya. Beberapa dari kita bahkan menjadi abu-abu karena stres.

3700 yang tewas sedang duduk di kafetaria menunggu untuk dikirim kembali ke ABI, dan akhirnya sampai pada titik di mana kami harus makan siang secara praktis di kamar mayat sequencer. Saya putus asa - lagi pula, saya membutuhkan sejumlah perangkat yang berfungsi setiap hari, yaitu 230! Dengan biaya sekitar $70 juta, ABI berjanji untuk memberi kita 230 perangkat yang berfungsi sempurna yang dapat bekerja sepanjang hari tanpa gangguan, atau 460 yang dapat bekerja setidaknya setengah hari. Selain itu, Mike seharusnya menggandakan jumlah personel teknis yang memenuhi syarat untuk segera memperbaiki sequencer setelah kegagalan.

Namun, apa gunanya melakukan semua ini dengan uang yang sama! Selain itu, Mike sekarang memiliki klien lain - sebuah proyek genom pemerintah, yang para pemimpinnya telah mulai membeli ratusan perangkat tanpa pengujian apa pun. Masa depan Celera bergantung pada sequencer tersebut, namun Mike rupanya tidak menyadari bahwa masa depan ABI juga bergantung pada mereka. Konflik tidak bisa dihindari, seperti yang terlihat pada pertemuan penting antara teknisi ABI dan tim saya di Celera.

Setelah kami melaporkan sejumlah besar instrumen yang rusak dan berapa lama waktu yang dibutuhkan untuk memperbaiki kegagalan sequencer, Mike sekali lagi mencoba menyalahkan karyawan saya, tetapi bahkan teknisinya sendiri tidak setuju dengannya. Tony White akhirnya turun tangan. “Saya tidak peduli berapa biayanya atau siapa yang harus dibunuh karenanya,” katanya. Lalu untuk pertama dan terakhir kalinya dia benar-benar memihakku. Dia memerintahkan Mike untuk memastikan pengiriman sequencer baru secepat mungkin, bahkan dengan mengorbankan pelanggan lain dan meskipun belum diketahui berapa biayanya.

Tony juga memerintahkan Mike untuk mempekerjakan dua puluh teknisi lagi untuk segera memperbaiki dan menentukan penyebab semua masalah. Kenyataannya, hal ini lebih mudah diucapkan daripada dilakukan karena jumlah pekerja berpengalaman terbatas. Pertama-tama, Eric Lander merekrut dua insinyur paling berkualifikasi, dan menurut pendapat Mike, kami juga patut disalahkan. Beralih ke Mark Adams, Mike berkata, “Anda seharusnya mempekerjakan mereka sebelum orang lain melakukannya.” Setelah pernyataan seperti itu, saya benar-benar kehilangan rasa hormat padanya. Lagi pula, menurut kesepakatan kami, saya tidak dapat mempekerjakan karyawan ABI, sementara Lander dan pemimpin proyek genom pemerintah lainnya berhak melakukannya, sehingga insinyur ABI terbaik segera mulai bekerja untuk pesaing kami. Di akhir pertemuan, saya menyadari bahwa permasalahan masih ada, namun secercah harapan untuk perbaikan telah muncul.

Dan hal itu terjadi, meski tidak segera. Gudang sequencer kami meningkat dari 230 menjadi 300 perangkat, dan jika 20-25% di antaranya gagal, kami masih memiliki sekitar 200 sequencer yang berfungsi dan entah bagaimana dapat mengatasi tugas tersebut. Staf teknis bekerja dengan gagah berani dan terus meningkatkan kecepatan pekerjaan perbaikan, sehingga mengurangi waktu henti. Selama ini saya memikirkan satu hal: apa yang kita lakukan bisa dilakukan. Kegagalan terjadi karena ribuan alasan, namun kegagalan bukanlah bagian dari rencana saya.

Kami mulai mengurutkan genom Drosophila dengan sungguh-sungguh pada tanggal 8 April, sekitar waktu kami seharusnya menyelesaikan pekerjaan ini. Saya, tentu saja, mengerti bahwa White ingin menyingkirkan saya, tetapi saya melakukan segala daya saya untuk menyelesaikan tugas utama. Ketegangan dan kecemasan menghantui saya di rumah, tetapi saya tidak dapat mendiskusikan masalah ini dengan “orang kepercayaan” saya. Claire menunjukkan rasa jijiknya saat dia melihat betapa sibuknya aku dengan urusan Celera. Dia merasa seperti saya mengulangi kesalahan yang sama yang saya lakukan saat bekerja di TIGR/HGS. Pada tanggal 1 Juli saya merasa sangat tertekan, sama seperti yang saya alami di Vietnam.

Karena metode konveyor belum berhasil bagi kami, kami harus melakukan pekerjaan yang berat dan melelahkan - untuk “merekatkan” kembali fragmen genom. Untuk mendeteksi kecocokan tanpa terganggu oleh pengulangan, Gene Myers mengusulkan algoritma berdasarkan prinsip utama metode shotgun versi saya: mengurutkan kedua ujung dari semua klon yang dihasilkan. Karena Ham mendapatkan klon dengan tiga ukuran yang diketahui secara tepat, kami mengetahui bahwa kedua rangkaian terminal berada pada jarak yang ditentukan secara ketat satu sama lain. Seperti sebelumnya, metode “pencocokan” ini akan memberi kita peluang bagus untuk menyusun kembali genom.

Namun karena setiap akhir rangkaian diurutkan secara terpisah, agar metode perakitan ini dapat bekerja secara akurat, perlu dilakukan pencatatan yang cermat - untuk benar-benar yakin bahwa kami dapat menghubungkan semua pasangan rangkaian akhir dengan benar: lagi pula, jika setidaknya satu dari seratus upaya menghasilkan kesalahan dan tidak ada pasangan yang cocok untuk konsistensi, semuanya akan sia-sia dan metode tidak akan berhasil. Salah satu cara untuk menghindari hal ini adalah dengan menggunakan kode batang dan sensor untuk melacak setiap langkah proses. Namun pada awal pekerjaan, teknisi laboratorium tidak memiliki perangkat lunak dan peralatan yang diperlukan untuk pengurutan, sehingga mereka harus melakukan semuanya secara manual. Di Celera, sebuah tim kecil yang terdiri dari kurang dari dua puluh orang memproses 200.000 klon setiap hari. Kita dapat mengantisipasi beberapa kesalahan, seperti salah membaca data dari 384 sumur, dan kemudian menggunakan komputer untuk menemukan operasi yang jelas-jelas salah dan memperbaiki situasinya. Tentu saja masih ada beberapa kekurangan, namun hal ini semakin menegaskan kepiawaian dan kepercayaan diri tim bahwa kami bisa menghilangkan kesalahan.

Terlepas dari semua kesulitan tersebut, kami mampu membaca 3.156 juta rangkaian dalam empat bulan, total sekitar 1,76 miliar pasangan nukleotida yang terkandung di antara ujung 1,51 juta klon DNA. Sekarang giliran Gene Myers, timnya, dan komputer kami - semua bagian harus disatukan menjadi kromosom Drosophila. Semakin panjang bagiannya, semakin kurang akurat urutannya. Dalam kasus Drosophila, urutan rata-ratanya adalah 551 pasangan basa dan akurasi rata-ratanya adalah 99,5%. Mengingat urutan 500 huruf, hampir semua orang dapat menemukan kecocokan dengan memindahkan satu urutan ke urutan lainnya hingga kecocokan ditemukan.

Untuk mengurutkan Haemophilus influenzae, kami memiliki 26 ribu rangkaian. Untuk membandingkan masing-masingnya dengan yang lainnya diperlukan 26 ribu perbandingan kuadrat, atau 676 juta. Genom Drosophila, dengan 3,156 juta pembacaan, memerlukan sekitar 9,9 triliun perbandingan. Dalam kasus manusia dan tikus, di mana kami menghasilkan 26 juta pembacaan rangkaian, diperlukan sekitar 680 triliun perbandingan. Oleh karena itu, tidak mengherankan jika sebagian besar ilmuwan sangat skeptis terhadap kemungkinan keberhasilan metode ini.

Meskipun Myers berjanji untuk memperbaiki semuanya, dia selalu ragu. Sekarang dia bekerja siang dan malam, tampak kelelahan dan entah bagaimana berubah menjadi abu-abu. Selain itu, dia mempunyai masalah dalam keluarganya, dan dia mulai menghabiskan sebagian besar waktu luangnya dengan jurnalis James Shreve, yang menulis tentang proyek kami dan, seperti bayangan, mengikuti kemajuan penelitian. Mencoba mengalihkan perhatian Gene, saya membawanya ke Karibia untuk bersantai dan berlayar dengan kapal pesiar saya. Namun bahkan di sana pun dia duduk berjam-jam, membungkuk di depan laptopnya, mengerutkan alis hitamnya dan menyipitkan mata hitamnya akibat terik matahari. Dan, meskipun mengalami kesulitan yang luar biasa, Gene dan timnya mampu menghasilkan lebih dari setengah juta baris kode komputer untuk assembler baru dalam enam bulan.

Jika hasil pengurutan 100% akurat, tanpa duplikat DNA, perakitan genom akan menjadi tugas yang relatif sederhana. Namun kenyataannya, genom mengandung sejumlah besar DNA berulang dengan jenis, panjang, dan frekuensi berbeda. Pengulangan singkat yang kurang dari lima ratus pasangan basa relatif mudah ditangani; pengulangan yang lebih panjang lebih sulit. Untuk mengatasi masalah ini, kami menggunakan metode “pencarian pasangan”, yaitu, kami mengurutkan kedua ujung setiap klon dan memperoleh klon dengan panjang berbeda untuk memastikan jumlah kecocokan maksimum.

Algoritme tersebut, yang dikodekan dalam setengah juta baris kode komputer tim Jin, menyarankan skenario langkah demi langkah - dari tindakan yang paling "tidak berbahaya", seperti tumpang tindih dua urutan, hingga tindakan yang lebih kompleks, seperti menggunakan pasangan yang terdeteksi untuk menggabungkan pulau-pulau dengan urutan yang tumpang tindih. Ini seperti menyusun sebuah teka-teki, dimana pulau-pulau kecil dari bagian-bagian yang dirangkai disatukan menjadi pulau-pulau yang lebih besar, dan kemudian seluruh proses diulangi lagi. Hanya teka-teki kami yang memiliki 27 juta keping. Dan sangat penting bahwa bagian-bagian tersebut diambil dari rangkaian perakitan berkualitas tinggi: bayangkan apa yang akan terjadi jika Anda merakit sebuah puzzle, dan warna atau gambar elemen-elemennya kabur dan buram. Untuk urutan genom jangka panjang, sebagian besar pembacaan harus dalam bentuk pasangan yang cocok. Mengingat hasilnya masih dilacak secara manual, kami lega karena 70% rangkaian yang kami miliki persis seperti ini. Pemodel komputer menjelaskan bahwa dengan persentase yang lebih rendah, mustahil untuk merakit “Humpty Dumpty” kami.

Dan sekarang kami dapat menggunakan assembler Celera untuk mengurutkan urutannya: pada tahap pertama, hasilnya disesuaikan untuk mencapai akurasi tertinggi; pada langkah kedua, program Screener menghilangkan urutan kontaminasi dari plasmid atau DNA E. coli. Proses perakitan dapat diganggu oleh sedikitnya 10 pasangan basa dari rangkaian “asing”. Pada langkah ketiga, program Screener memeriksa kepatuhan setiap fragmen dengan urutan berulang yang diketahui dalam genom lalat buah - data dari Jerry Rubin, yang “dengan baik hati” memberikannya kepada kami. Lokasi pengulangan dengan wilayah yang sebagian tumpang tindih dicatat. Pada langkah keempat, program lain (Overlapper) menemukan area yang tumpang tindih dengan membandingkan setiap fragmen dengan fragmen lainnya - sebuah eksperimen kolosal dalam memproses data numerik dalam jumlah besar. Kami membandingkan 32 juta fragmen setiap detik, dengan tujuan menemukan setidaknya 40 pasangan basa yang tumpang tindih dengan perbedaan kurang dari 6%. Saat kami menemukan dua wilayah yang tumpang tindih, kami menggabungkannya menjadi sebuah fragmen yang lebih besar, yang disebut “contig” - sekumpulan fragmen yang tumpang tindih.

Idealnya, ini cukup untuk merakit genom. Namun kami harus menghadapi kegagapan dan pengulangan kode DNA, yang berarti bahwa satu bagian DNA dapat tumpang tindih dengan beberapa wilayah berbeda, sehingga menciptakan koneksi palsu. Untuk menyederhanakan tugas, kami hanya menyisakan fragmen yang terhubung secara unik, yang disebut “unitigs”. Program yang kami gunakan untuk melakukan operasi ini (Unitigger) pada dasarnya menghapus semua rangkaian DNA yang tidak dapat kami identifikasi dengan pasti, hanya menyisakan unit-unit tersebut. Langkah ini tidak hanya memberi kami kesempatan untuk mempertimbangkan opsi lain untuk merakit fragmen, tetapi juga menyederhanakan tugas secara signifikan. Setelah reduksi, jumlah fragmen yang tumpang tindih berkurang dari 212 juta menjadi 3,1 juta, dan masalahnya disederhanakan sebanyak 68 kali. Potongan-potongan teka-teki itu perlahan tapi pasti jatuh ke tempatnya.

Dan kemudian kita dapat menggunakan informasi tentang cara rangkaian klon yang sama dipasangkan menggunakan algoritma “kerangka”. Semua unit yang mungkin dengan pasangan basa yang saling tumpang tindih digabungkan menjadi kerangka khusus. Untuk menggambarkan tahap ini dalam kuliah saya, saya menggambar analogi dengan konstruktor mainan anak-anak Tinkertoys. Ini terdiri dari tongkat dengan panjang berbeda, yang dapat dimasukkan ke dalam lubang yang terletak pada bagian-bagian penting kayu (bola dan cakram), dan dengan demikian menciptakan struktur tiga dimensi. Dalam kasus kami, bagian utamanya adalah unit. Mengetahui bahwa rangkaian berpasangan terletak di ujung klon dengan panjang 2 ribu, 10 ribu, atau 50 ribu pasangan basa - yaitu, mereka tampaknya berada pada jarak sejumlah lubang tertentu satu sama lain - mereka dapat disejajarkan.

Menguji teknik ini pada urutan Jerry Rubin, yang merupakan seperlima genom lalat buah, hanya menghasilkan 500 celah. Menguji data kami sendiri pada bulan Agustus, kami mendapatkan lebih dari 800.000 fragmen kecil. Jumlah data yang diproses secara signifikan lebih besar menunjukkan bahwa teknik tersebut bekerja dengan buruk - hasilnya berlawanan dengan yang diharapkan. Selama beberapa hari berikutnya, kepanikan bertambah dan daftar kesalahan yang mungkin terjadi bertambah panjang. Dari lantai atas Gedung No. 2, adrenalin merembes ke dalam ruangan yang secara bercanda disebut “Kamar Tenang”. Namun, tidak ada rasa damai atau tenteram di sana, terutama selama setidaknya beberapa minggu, ketika para karyawan benar-benar berkeliaran, mencari jalan keluar dari situasi tersebut.

Masalah tersebut akhirnya diselesaikan oleh Arthur Delcher, yang bekerja dengan program Overlapper. Dia melihat sesuatu yang aneh pada baris 678 dari 150.000 baris kode, di mana perbedaan kecil berarti bahwa bagian penting dari pertandingan tidak dicatat. Kesalahan tersebut diperbaiki, dan pada tanggal 7 September kami memiliki 134 perancah sel yang mencakup genom lalat buah (eukromatik) yang sebenarnya. Kami senang dan bernapas lega. Waktunya telah tiba untuk mengumumkan kesuksesan kita ke seluruh dunia.

Konferensi Pengurutan Genom, yang saya selenggarakan beberapa tahun lalu, memberikan peluang bagus untuk ini. Saya yakin akan ada banyak orang yang ingin memastikan apakah kami menepati janji kami. Saya memutuskan bahwa Mark Adams, Gene Myers, dan Jerry Rubin harus berbicara tentang pencapaian kami, dan yang terpenting tentang proses pengurutan, perakitan genom, dan pentingnya hal ini bagi sains. Karena banyaknya orang yang ingin datang ke konferensi tersebut, saya harus memindahkannya dari Hilton Head ke Hotel Fontainebleau yang lebih besar di Miami. Konferensi ini dihadiri oleh perwakilan perusahaan farmasi dan bioteknologi besar, spesialis penelitian genom dari seluruh dunia, cukup banyak kolumnis, reporter dan perwakilan perusahaan investasi - semuanya hadir di sana. Pesaing kami dari Incyte menghabiskan banyak uang untuk mengatur resepsi setelah konferensi, pembuatan film video perusahaan, dll. - mereka melakukan segalanya untuk meyakinkan publik bahwa mereka menawarkan “informasi paling rinci tentang genom manusia.”

Kami berkumpul di ruang konferensi besar. Didekorasi dengan warna-warna netral, dihiasi dengan lampu dinding, dirancang untuk dua ribu orang, tetapi orang terus berdatangan, dan segera aula itu terisi penuh. Konferensi dibuka pada 17 September 1999 dengan presentasi dari Jerry, Mark, dan Gene pada sesi pertama. Setelah perkenalan singkat, Jerry Rubin mengumumkan bahwa penonton akan mendengar tentang proyek gabungan terbaik dari perusahaan terkenal di mana dia pernah terlibat. Suasana memanas. Penonton menyadari bahwa dia tidak akan berbicara begitu sombong jika kami tidak menyiapkan sesuatu yang benar-benar sensasional.

Dalam keheningan berikutnya, Mark Adams mulai menjelaskan secara rinci pekerjaan “toko fabrikasi” kami di Celera dan metode pengurutan genom baru kami. Namun, dia tidak mengatakan sepatah kata pun tentang genom yang dikumpulkan, seolah-olah menggoda penonton. Kemudian Gene keluar dan berbicara tentang prinsip metode shotgun, tentang pengurutan Haemophilus, dan tentang tahapan utama perakit. Dengan menggunakan animasi komputer, dia mendemonstrasikan seluruh proses perakitan genom terbalik. Waktu yang diberikan untuk presentasi sudah hampir habis, dan banyak yang sudah memutuskan bahwa semuanya akan dibatasi pada presentasi dasar menggunakan PowerPoint, tanpa menyajikan hasil yang spesifik. Namun kemudian Gene berkomentar dengan senyuman jahat bahwa penonton mungkin masih ingin melihat hasil nyata dan tidak akan puas dengan tiruannya.

Mustahil untuk menyajikan hasil kami dengan lebih jelas dan ekspresif dibandingkan Gene Myers. Ia menyadari bahwa hasil sekuensing saja tidak akan memberikan kesan yang tepat, sehingga agar lebih meyakinkan, ia membandingkannya dengan hasil penelitian telaten Jerry yang menggunakan metode tradisional. Ternyata mereka identik! Oleh karena itu, Jin membandingkan hasil perakitan genom kami dengan semua penanda yang diketahui yang dipetakan ke genom lalat buah beberapa dekade lalu. Dari ribuan spidol, hanya enam yang tidak sesuai dengan hasil perakitan kami. Setelah memeriksa keenamnya dengan cermat, kami yakin bahwa pengurutan Celera benar dan terdapat kesalahan dalam pekerjaan yang dilakukan di laboratorium lain dengan menggunakan metode lama. Terakhir, Gene mengatakan bahwa kami baru saja mulai mengurutkan DNA manusia, dan pengulangannya mungkin tidak terlalu menjadi masalah dibandingkan dengan Drosophila.

Tepuk tangan meriah dan berkepanjangan pun menyusul. Raungan yang tak henti-hentinya saat jeda menandakan tujuan kami telah tercapai. Salah satu jurnalis melihat seorang peserta proyek genom pemerintah menggelengkan kepalanya dengan sedih: “Sepertinya bajingan ini benar-benar akan melakukan segalanya.” Kami meninggalkan konferensi dengan semangat baru.

Masih ada dua masalah penting yang harus dipecahkan, keduanya sudah tidak asing lagi bagi kami. Yang pertama adalah bagaimana mempublikasikan hasilnya. Meskipun ada nota kesepahaman yang kami tandatangani dengan Jerry Rubin, tim bisnis kami merasa tidak nyaman dengan gagasan untuk mentransfer hasil pengurutan Drosophila yang berharga ke GenBank. Mereka mengusulkan untuk menempatkan hasil pengurutan lalat buah dalam database terpisah di Pusat Informasi Bioteknologi Nasional, di mana setiap orang dapat menggunakannya dengan satu syarat - bukan untuk tujuan komersial. Michael Ashburner dari Institut Bioinformatika Eropa yang pemarah dan perokok berat sangat tidak senang dengan hal ini. Dia percaya bahwa Celera telah “menipu semua orang” 2. (Dia menulis kepada Rubin: “Apa yang terjadi di Celera?” 3) Collins juga tidak senang, namun yang lebih penting, begitu pula Jerry Rubin. Pada akhirnya saya tetap mengirimkan hasilnya ke GenBank.

Masalah kedua berkaitan dengan Drosophila - kami mendapatkan hasil pengurutan genomnya, tetapi kami sama sekali tidak mengerti apa maksudnya. Kami harus menganalisisnya jika ingin menulis makalah, seperti yang kami lakukan empat tahun lalu dengan Haemophilus. Menganalisis dan mengkarakterisasi genom lalat bisa memakan waktu lebih dari satu tahun - dan saya tidak punya waktu itu, karena sekarang saya harus fokus pada genom manusia. Setelah mendiskusikan hal ini dengan Jerry dan Mark, kami memutuskan untuk melibatkan komunitas ilmiah dalam penelitian Drosophila, mengubahnya menjadi masalah ilmiah yang menarik, dan dengan demikian segera memajukan masalah ini, menjadikan liburan yang menyenangkan dari proses deskripsi genom yang membosankan - seperti jambore kepanduan internasional. Kami menyebutnya Jambore Genomik dan mengundang ilmuwan terkemuka dari seluruh dunia untuk datang ke Rockville selama sekitar satu minggu atau sepuluh hari untuk menganalisis genom lalat. Berdasarkan hasil yang diperoleh, kami berencana untuk menulis serangkaian artikel.

Semua orang menyukai gagasan itu. Jerry mulai mengirimkan undangan ke acara kami kepada kelompok peneliti terkemuka, dan spesialis bioinformatika Celera memutuskan komputer dan program apa yang diperlukan untuk membuat pekerjaan para ilmuwan seefisien mungkin. Kami sepakat bahwa Celera akan membayar biaya perjalanan dan akomodasi mereka. Di antara mereka yang diundang adalah para pengkritik saya yang paling keras, namun kami berharap ambisi politik mereka tidak akan mempengaruhi keberhasilan usaha kami.

Pada bulan November, sekitar 40 spesialis Drosophila mendatangi kami, dan bahkan bagi musuh kami, tawaran tersebut terlalu menarik untuk ditolak. Pada awalnya, ketika para peserta menyadari bahwa mereka harus menganalisis lebih dari seratus juta pasangan basa kode genetik dalam beberapa hari, situasinya cukup tegang. Sementara para ilmuwan yang baru tiba tidur, staf saya bekerja sepanjang waktu, mengembangkan program untuk memecahkan masalah yang tidak terduga. Pada akhir hari ketiga, ketika ternyata perangkat lunak baru memungkinkan para ilmuwan, seperti yang dikatakan salah satu tamu kami, “untuk membuat penemuan menakjubkan dalam beberapa jam yang sebelumnya memakan waktu hampir seumur hidup,” situasi menjadi tenang. Setiap hari di tengah hari, saat gong Tiongkok berbunyi, semua orang berkumpul untuk mendiskusikan hasil terkini, memecahkan masalah saat ini, dan menyusun rencana kerja untuk putaran berikutnya.

Setiap hari diskusi menjadi semakin menarik. Terima kasih kepada Celera, para tamu kami memiliki kesempatan untuk menjadi orang pertama yang melihat dunia baru, dan apa yang terungkap melebihi ekspektasi. Ternyata kami tidak punya cukup waktu untuk mendiskusikan semua yang kami inginkan dan memahami apa maksudnya. Mark mengadakan makan malam perayaan, yang tidak berlangsung lama karena semua orang segera bergegas kembali ke laboratorium. Makan siang dan makan malam segera disantap tepat di depan layar komputer dengan data tentang genom Drosophila ditampilkan di layar tersebut. Untuk pertama kalinya, keluarga gen reseptor yang telah lama ditunggu-tunggu ditemukan, bersama dengan sejumlah gen lalat buah yang serupa dengan gen penyakit manusia. Setiap penemuan disertai dengan teriakan gembira, siulan, dan tepukan ramah di bahu. Anehnya, di tengah pesta ilmiah kami, sepasang suami istri menyempatkan diri untuk bertunangan.

Namun, ada beberapa kekhawatiran: selama penelitian ini, para ilmuwan hanya menemukan sekitar 13 ribu gen, bukan 20 ribu yang diperkirakan. Karena cacing “rendahan” C. elegans memiliki sekitar 20 ribu gen, banyak yang percaya bahwa lalat buah pasti memiliki lebih banyak gen, karena ia memiliki sel 10 kali lebih banyak dan bahkan memiliki sistem saraf. Ada satu cara sederhana untuk memastikan tidak ada kesalahan dalam perhitungan: ambil 2.500 gen lalat yang diketahui dan lihat berapa banyak gen yang dapat kita temukan dalam rangkaian kita. Setelah analisis yang cermat, Michael Cherry dari Universitas Stanford melaporkan bahwa ia telah menemukan semua kecuali enam gen. Setelah berdiskusi, keenam gen ini diklasifikasikan sebagai artefak. Fakta bahwa gen-gen tersebut diidentifikasi tanpa kesalahan menginspirasi kami dan memberi kami kepercayaan diri. Komunitas yang terdiri dari ribuan ilmuwan yang berdedikasi pada penelitian Drosophila telah menghabiskan waktu puluhan tahun untuk melacak 2.500 gen tersebut, dan kini sebanyak 13.600 gen ditampilkan di layar komputer.

Selama pemotretan yang tak terhindarkan di akhir pekerjaan, momen tak terlupakan datang: setelah tepukan tradisional di bahu dan jabat tangan ramah, Mike Ashburner merangkak sehingga saya dapat mengabadikan diri saya dalam foto dengan kaki di punggungnya. . Jadi dia ingin - terlepas dari semua keraguan dan skeptisismenya - memberikan penghargaan atas pencapaian kami. Seorang ahli genetika terkenal dan peneliti Drosophila, ia bahkan memberikan keterangan yang sesuai untuk foto tersebut: “Berdiri di atas bahu raksasa.” (Dia memiliki tubuh yang agak lemah.) “Mari kita memberikan penghargaan kepada mereka yang pantas mendapatkannya,” tulisnya kemudian 4 . Penentang kami mencoba untuk menyatakan penundaan dalam mentransfer hasil pengurutan ke database publik sebagai penyimpangan dari janji kami, namun mereka juga terpaksa mengakui bahwa pertemuan tersebut memberikan “kontribusi yang sangat berharga bagi penelitian lalat buah global”5 . Setelah mengalami “nirwana ilmiah” yang sebenarnya, semua orang berpisah sebagai teman.

Kami memutuskan untuk menerbitkan tiga makalah besar: satu tentang pengurutan seluruh genom dengan Mike sebagai penulis pertama, satu tentang perakitan genom dengan Gene sebagai penulis pertama, dan yang ketiga tentang genomik komparatif dari cacing, ragi, dan genom manusia dengan Jerry sebagai yang pertama. pengarang. Makalah tersebut diserahkan ke Science pada bulan Februari 2000 dan diterbitkan dalam edisi khusus pada tanggal 24 Maret 2000, kurang dari setahun setelah percakapan saya dengan Jerry Rubin di Cold Spring Harbor. 6 Sebelum publikasi, Jerry mengatur agar saya menjadi pembicara di Konferensi Penelitian Drosophila tahunan di Pittsburgh, yang dihadiri oleh ratusan orang paling terkemuka di bidangnya. Di setiap kursi di ruangan itu, staf saya meletakkan CD yang berisi seluruh genom Drosophila, serta cetakan ulang makalah kami yang diterbitkan di Science. Jerry memperkenalkan saya dengan sangat hangat, meyakinkan penonton bahwa saya telah memenuhi semua kewajiban saya dan kami telah bekerja sama dengan baik. Pembicaraan saya diakhiri dengan laporan tentang beberapa penelitian yang dilakukan selama pertemuan dan komentar singkat mengenai data di CD. Tepuk tangan setelah pidato saya sama mengejutkan dan menyenangkannya seperti lima tahun yang lalu ketika Ham dan saya pertama kali mempresentasikan genom Haemophilus pada konvensi mikrobiologi. Selanjutnya, makalah tentang genom Drosophila menjadi makalah yang paling sering dikutip dalam sejarah sains.

Meskipun ribuan peneliti lalat buah di seluruh dunia senang dengan hasil ini, kritik saya langsung menyerang. John Sulston menyebut upaya pengurutan genom lalat sebagai sebuah kegagalan, padahal pengurutan yang kami peroleh lebih lengkap dan akurat dibandingkan hasil kerja kerasnya selama sepuluh tahun untuk mengurutkan genom cacing, yang memerlukan waktu empat tahun lagi untuk menyelesaikannya. setelah menerbitkan drafnya di Science. Rekan Sulston, Maynard Olson, menyebut rangkaian genom Drosophila sebagai "aib" yang harus diselesaikan oleh Proyek Genom Manusia milik pemerintah, "atas izin" Celera. Faktanya, tim Jerry Rubin mampu dengan cepat menutup kesenjangan yang tersisa dalam rangkaian tersebut dengan menerbitkan dan menganalisis perbandingan genom yang telah diurutkan dalam waktu kurang dari dua tahun. Data ini mengkonfirmasi bahwa kami memiliki 1-2 kesalahan per 10 kb di seluruh genom dan kurang dari 1 kesalahan per 50 kb dalam genom yang berfungsi (eukromatik).

Namun, meskipun proyek Drosophila mendapat pujian umum, ketegangan dalam hubungan saya dengan Tony White mencapai puncaknya pada musim panas 1999. White tidak dapat menerima perhatian yang diberikan pers kepada saya. Setiap kali dia datang ke Celera, dia melewati salinan artikel tentang pencapaian kami yang tergantung di dinding di lorong sebelah kantor saya. Dan di sini kami memperbesar salah satunya - sampul suplemen hari Minggu di surat kabar USA Today. Di atasnya, di bawah judul “Akankah PETUALANGAN ini membuat penemuan ilmiah terbesar di zaman kita?” 7 menunjukkan padaku, dengan kemeja kotak-kotak biru, menyilangkan kakiku, dan di sekitarku Copernicus, Galileo, Newton dan Einstein melayang di udara - dan tidak ada tanda-tanda White.

Setiap hari, sekretaris persnya menelepon untuk mengetahui apakah Tony dapat mengambil bagian dalam rangkaian wawancara yang tampaknya tak ada habisnya yang berlangsung di Celera. Dia sedikit tenang - dan itupun hanya sebentar, ketika tahun berikutnya dia berhasil menempatkan fotonya di sampul majalah Forbes sebagai pria yang mampu meningkatkan kapitalisasi PerkinElmer dari $1,5 miliar menjadi $24 miliar8 . (“Tony White mengubah PerkinElmer yang malang menjadi penangkap gen berteknologi tinggi.”) Tony juga dihantui oleh aktivitas sosial saya.

Saya memberikan ceramah seminggu sekali, menerima sebagian kecil dari banyaknya undangan yang selalu saya terima karena dunia ingin tahu tentang pekerjaan kami. Tony bahkan mengeluh kepada dewan direksi PerkinElmer, yang saat itu berganti nama menjadi PE Corporation, bahwa perjalanan dan penampilan saya melanggar peraturan perusahaan. Selama liburan dua minggu (dengan biaya sendiri) di rumah saya di Cape Cod, Tony terbang ke Celera bersama CFO Dennis Winger dan penasihat umum Applera William Sauch untuk mewawancarai karyawan utama saya tentang “efektivitas manajemen Venter.” Mereka berharap bisa mengumpulkan cukup banyak bukti untuk membenarkan pemecatan saya. White terkejut ketika semua orang mengatakan bahwa jika saya berhenti, mereka juga akan berhenti. Hal ini menyebabkan banyak ketegangan dalam tim kami, namun hal ini juga membuat kami semakin dekat dari sebelumnya. Kami siap merayakan setiap kemenangan seolah-olah itu adalah kemenangan terakhir kami.

Setelah publikasi urutan genom lalat - yang saat itu merupakan urutan terbesar dalam sejarah - Gene, Ham, Mark, dan saya bersulang karena telah berdiri cukup lama bersama Tony White agar kesuksesan kami diakui. Kami telah membuktikan bahwa metode kami juga akan berhasil saat mengurutkan genom manusia. Bahkan jika Tony White berhenti mendanai pada hari berikutnya, kami tahu bahwa pencapaian utama kami akan tetap ada pada kami. Lebih dari segalanya, saya ingin meninggalkan Celera dan tidak harus berurusan dengan Tony White, tetapi karena saya ingin mengurutkan genom Homo sapiens lebih jauh lagi, saya harus berkompromi. Saya berusaha sebaik mungkin untuk menyenangkan White, hanya untuk melanjutkan pekerjaan dan menyelesaikan rencana saya.

Catatan

1. Shreeve J. Perang Genom: Bagaimana Craig Venter Mencoba Menangkap Kode Kehidupan dan Menyelamatkan Dunia (New York: Ballantine, 2005), hal. 285.

2. Ashburner M. Menang untuk Semua: Bagaimana Urutan Genom Drosophila (Cold Spring Harbor Laboratory Press, 2006), hal. 45.

3. Shreeve J. Perang Genom, hal. 300.

4. Ashburner M. Menang untuk Semua, hal. 55.

5. Sulston J., Ferry G. Benang Umum (London: Corgi, 2003), hal. 232.

6. Adams M.D., Celniker S.E. dkk. "Urutan Genom Drosophila Melanogaster", Sains, no.287, 2185–95, 24 Maret 2000.

7. Gillis J. “Akankah MAVERICK ini Membuka Penemuan Ilmiah Terbesar di Zamannya? Copernicus, Newton, Einstein dan VENTER?”, Akhir Pekan AS, 29–31 Januari 1999.

8. Ross P. E. “Mesin Gen”, Forbes, 21 Februari 2000.

Craig Venter