დროზოფილას გენომის გაშიფვრისას აღმოჩნდა, რომ. ერთი ბიოლოგიური სახეობის სრული გენომი მეორეშია ნაპოვნი. მცენარეთა შედარებითი და ფუნქციური გენომიკა

) ნაპოვნია ბუზის გენომში ( Drosophila ananassae) პარაზიტული ბაქტერიის გენომის სრული ასლი ვოლბაჩია.

ბაქტერია ვოლბახია ცხოვრობს მასპინძელი უჯრედების ციტოპლაზმაში და ცნობილია იმით, რომ მან ისწავლა მისი მასპინძლების რეპროდუქციის, განვითარებისა და ევოლუციის სრულყოფილად რეგულირება. ამიტომ, მას ხშირად უწოდებენ "მიკრობების მანიპულატორს" ან "ბუზების მბრძანებელს" (რადგან ის მწერების უჯრედებში ცხოვრობს).

კვლევა დაიწყო, როდესაც ჯული დანნინგ-ჰოტოპმა JCVI-დან აღმოაჩინა, თუ როგორ „თანამშრომლობს“ ვოლბაჩიას ზოგიერთი გენი დროსოფილას გენებთან, თითქოს ისინი ერთი და იგივე გენომის ნაწილი იყვნენ.

კოლონიაში დასახლდა მაიკლ კლარკი, როჩესტერის უნივერსიტეტის მკვლევარი Drosophila ananassaeლაბორატორიაში, რომ უორენთან ერთად გავიგოთ რა არის საიდუმლო.

ვოლბაჩიას გენი დროსოფილას გენომში (ილუსტრაცია როჩესტერის უნივერსიტეტიდან).

„თვეების განმავლობაში ვფიქრობდი, რომ რაღაცაში ვცდებოდი, — ამბობს კლარკი. „მეც კი ვვარაუდობდი, რომ ანტიბიოტიკებისადმი რეზისტენტობა განვითარდა, რადგან ვოლბაჩიას ყველა გენი ისევ და ისევ ვიპოვე. როდესაც საბოლოოდ ავიღე ქსოვილები, რომლებიც რამდენიმე თვის წინ მარტო დავტოვე, თავად ვოლბაჩია ვერ ვიპოვე“.

ახლა უორენი და კლარკი ცდილობენ გაიგონ, რა უპირატესობა აქვს დროზოფილას დნმ-ის ასეთი დიდი ნაწილის ჩასმას - შესაძლოა, „უცხო“ გენები მასპინძელს ახალ შესაძლებლობებს აძლევს.

ასე რომ, ვოლბაჩიას გენები გადადის მასპინძლის დნმ-ში (ილუსტრაცია ნიკოლ რაჯერ ფულერი, ეროვნული მეცნიერება).

კვლევის შედეგები გამოქვეყნდა სტატიაში ჟურნალ Science-ში. მასში ავტორები ვარაუდობენ, რომ ჰორიზონტალური გენის გადაცემა (გენების გადაცემა დაუკავშირებელ სახეობებს შორის) ხდება ბევრად უფრო ხშირად ჩვენს სამყაროში ბაქტერიებსა და მრავალუჯრედულ ორგანიზმებს შორის, ვიდრე ადრე ეგონათ.

ვოლბაჩიას მიერ განხორციელებული მანიპულირების მოლეკულური გენეტიკური მექანიზმების გაშიფვრა მასპინძლებთან ერთად მისცემს ადამიანებს ცოცხალ ორგანიზმებზე და მთლიანად ბუნებაზე ზემოქმედების ახალ საშუალებებს.

თუმცა, ყველა მწერი არ არის მგრძნობიარე ვოლბაჩიას ცუდი გავლენის მიმართ. მაგალითად, პეპლებმა სამოას კუნძულებიდან „ისწავლეს“ მამრების დაცვა. მაინტერესებს მალარიის კოღოები, რომელთა დაინფიცირებაც სურთ ამ ბაქტერიით, ისწავლიან თუ არა მასთან ბრძოლას?

რუსულენოვანი ტესტის ნიმუში ბიოლოგიაში

მე-11 კლასი

სამუშაოს შესრულების ინსტრუქცია

ტესტი მოიცავს 14 დავალებას. ბიოლოგიური სამუშაოს დასასრულებლად გამოყოფილია 1 საათი 30 წუთი (90 წუთი).

ამოცანების პასუხები არის რიცხვების თანმიმდევრობა, რიცხვი, სიტყვა (ფრაზა) ან მოკლე თავისუფალი პასუხი, რომელიც იწერება ამ სამუშაოსთვის განკუთვნილ სივრცეში. თუ არასწორ პასუხს ჩაწერთ, გადახაზეთ და გვერდით ახალი დაწერეთ.

დავალებების შესრულებისას შეგიძლიათ გამოიყენოთ მონახაზი. სამუშაოს შეფასებისას პროექტში ჩანაწერები მხედველობაში არ მიიღება. ჩვენ გირჩევთ დაასრულოთ დავალებები იმ თანმიმდევრობით, რომლითაც ისინი მოცემულია. დროის დაზოგვის მიზნით, გამოტოვეთ დავალება, რომელსაც დაუყოვნებლივ ვერ შეასრულებთ და გადადით შემდეგზე. თუ დრო დაგრჩათ ყველა სამუშაოს დასრულების შემდეგ, შეგიძლიათ დაუბრუნდეთ გამოტოვებულ დავალებებს.

შეჯამებულია ქულები, რომლებსაც მიიღებთ დასრულებული დავალებებისთვის.

შეეცადეთ დაასრულოთ რაც შეიძლება მეტი დავალება და დააგროვოთ ყველაზე მეტი ქულა.

ახსნა-განმარტებები რუსულენოვანი სატესტო სამუშაოს ნიმუშისთვის

ტესტის ნიმუშის ნამუშევრის გაცნობისას უნდა გაითვალისწინოთ, რომ ნიმუშში შეტანილი ამოცანები არ ასახავს ყველა იმ უნარს და შინაარსობრივ საკითხს, რომელიც შემოწმდება, როგორც რუსულ სატესტო სამუშაოს ნაწილი. შინაარსის ელემენტებისა და უნარ-ჩვევების სრული სია, რომლებიც შეიძლება შემოწმდეს ნაშრომში, მოცემულია შინაარსის ელემენტებისა და მოთხოვნების კოდიფიკატორში კურსდამთავრებულთა მომზადების დონისთვის ბიოლოგიაში დისკის შემუშავებისთვის. ნიმუშის სატესტო სამუშაოს მიზანია წარმოდგენა შეადგინოს VPR-ის სტრუქტურის, დავალებების რაოდენობისა და ფორმისა და მათი სირთულის დონის შესახებ.

1. ექსპერიმენტში ექსპერიმენტატორმა წვეთების ნაწილი გაანათა მასში ამებებით. მცირე ხნის შემდეგ პროტოზოებმა დაიწყეს აქტიური მოძრაობა ერთი მიმართულებით.

1.1. ორგანიზმების რა თვისებებს ასახავს ექსპერიმენტი?

ახსნა: ცოცხალი ორგანიზმების 7 თვისებაა (სწორედ ამ მახასიათებლებით განსხვავდება ცოცხალი არსებები არაცოცხალისაგან): კვება, სუნთქვა, გაღიზიანებადობა, მობილურობა, გამოყოფა, გამრავლება, ზრდა. ამოები წვეთების მსუბუქი ნაწილიდან ბნელ ნაწილზე გადადიან, რადგან რეაგირებენ სინათლეზე, ანუ ვირჩევთ თვისებას - გაღიზიანებას.

პასუხი: გაღიზიანება.

1.2. მოიყვანეთ მსგავსი ფენომენის მაგალითი მცენარეებში.

ახსნა: აქ შეგვიძლია დავწეროთ მცენარეებში რეაქციის (გაღიზიანების გამოვლინების) ნებისმიერი მაგალითი.

პასუხი: ხორცისმჭამელ მცენარეებში დამჭერი აპარატის დახურვა ან ფოთლების მზისკენ მოქცევა ან მზესუმზირის მოძრაობა დღის განმავლობაში მზის შემდგომი დღის განმავლობაში ან ღეროების მოხრა ლანდშაფტის (გარემოს) ცვლილების გამო.

2. ტყის პირას ბევრი მცენარე, ცხოველი, სოკო და მიკროორგანიზმი ცხოვრობს და ურთიერთქმედებს. განვიხილოთ ჯგუფი, რომელშიც შედის გველგესლა, არწივი, ზღარბი, ცოცხალი ხვლიკი და კალია. დაასრულეთ დავალებები.

2.1. მონიშნეთ ფოტოებზე და ნახატზე ნაჩვენები ობიექტები, რომლებიც შედის ზემოთ მოცემულ ჯგუფში.

1 - ცოცხალი ხვლიკი

2 - გველგესლა

3 - ზღარბი გუნდი

4 - ჩვეულებრივი ბალახი

5 - არწივი

2.2. დაალაგეთ ეს ორგანიზმები კვებით ჯაჭვში მათი პოზიციის მიხედვით. თითოეულ უჯრედში ჩაწერეთ ჯგუფის ერთ-ერთი ობიექტის ნომერი ან სახელი.

კვებითი ჯაჭვი: ზღარბი - ჩვეულებრივი კალია - ცოცხალი ხვლიკი - გველგესლა - არწივი.

ახსნა: კვებით ჯაჭვს ვიწყებთ მწარმოებლით (მწვანე მცენარე - ორგანული ნივთიერებების მწარმოებელი) - ზღარბი, შემდეგ 1-ლი რიგის მომხმარებელი (მომხმარებლები მოიხმარენ ორგანულ ნივთიერებებს და აქვთ რამდენიმე შეკვეთა) - ჩვეულებრივი კალია, ცოცხალი ხვლიკი (მე-2 რიგის მომხმარებელი) , გველგესლა (მე-3 რიგის მომხმარებელი), არწივი (მე-4 რიგის მომხმარებელი).

2.3. როგორ იმოქმედებს გუნდში ზღარბების რაოდენობის შემცირება არწივების რაოდენობაზე? დაასაბუთეთ თქვენი პასუხი.

პასუხი: როდესაც გუნდში ზღარბების რაოდენობა მცირდება, მცირდება ყველა შემდგომი კომპონენტის რაოდენობა და, საბოლოოდ, არწივები, ანუ მცირდება არწივების რაოდენობა.

3. შეხედეთ სურათს, რომელშიც ნაჩვენებია ნახშირბადის ციკლის დიაგრამა ბუნებაში. მიუთითეთ ნივთიერების დასახელება, რომელიც მითითებულია კითხვის ნიშნით.

განმარტება: კითხვის ნიშანი მიუთითებს ნახშირორჟანგზე (CO2), ვინაიდან CO2 წარმოიქმნება ორგანული ნივთიერებების წვის, სუნთქვისა და დაშლის დროს, ხოლო ფოტოსინთეზის დროს წარმოიქმნება (და ასევე იხსნება წყალში).

პასუხი: ნახშირორჟანგი (CO2).

4. პეტერმა თანაბარი რაოდენობით ფერმენტი და მისი სუბსტრატი 25 სინჯარაში შეურია. მილები ტოვებდნენ ერთსა და იმავე დროს სხვადასხვა ტემპერატურაზე და გაზომეს რეაქციის სიჩქარე. ექსპერიმენტის შედეგებზე დაყრდნობით პიტერმა ააგო გრაფიკი (x ღერძი აჩვენებს ტემპერატურას (ცელსიუს გრადუსებში), ხოლო y ღერძი აჩვენებს რეაქციის სიჩქარეს (თვითნებურ ერთეულებში).

აღწერეთ ფერმენტული რეაქციის სიჩქარის დამოკიდებულება ტემპერატურაზე.

პასუხი: როდესაც ტემპერატურა 30C-მდე იზრდება, რეაქციის სიჩქარე იზრდება, შემდეგ იწყებს კლებას. ოპტიმალური ტემპერატურაა 38C.

5. დაადგინეთ ბიოლოგიური სისტემების ელემენტების დაქვემდებარების თანმიმდევრობა, დაწყებული უდიდესით.

დაკარგული ელემენტები:

1 ადამიანი

2. ბიცეფსი

3. კუნთოვანი უჯრედი

4. ხელი

5. ამინომჟავა

6. აქტინის ცილა

ჩაწერეთ რიცხვების შესაბამისი თანმიმდევრობა.

განმარტება: აწყობს ელემენტებს უმაღლესი დონით დაწყებული:

ადამიანი ორგანიზმია

ხელი - ორგანო

ბიცეფსი - ქსოვილი

კუნთოვანი უჯრედი – ფიჭური

აქტინის ცილა - მოლეკულური (ცილები შედგება ამინომჟავებისგან)

ამინომჟავა - მოლეკულური

პასუხი: 142365.

6. პროტეინები ასრულებენ ბევრ მნიშვნელოვან ფუნქციას ადამიანისა და ცხოველის სხეულში: ისინი ამარაგებენ ორგანიზმს სამშენებლო მასალით, არიან ბიოლოგიური კატალიზატორები ან რეგულატორები, უზრუნველყოფენ მოძრაობას და ჟანგბადის ნაწილს ტრანსპორტირებას. იმისთვის, რომ ორგანიზმს პრობლემები არ შეექმნას, ადამიანს დღეში 100-120 გ ცილა სჭირდება.

6.1. ცხრილის მონაცემების გამოყენებით გამოთვალეთ პროტეინის რაოდენობა, რომელიც ადამიანმა მიიღო სადილის დროს, თუ მის დიეტაში შედიოდა: 20 გრ პური, 50 გრ არაჟანი, 15 გრ ყველი და 75 გრ ვირთევზა. დამრგვალეთ თქვენი პასუხი მთელ რიცხვებზე.

ახსნა: 100გრ პური შეიცავს 7,8გრ ცილას,შემდეგ 20გრ პურში 5-ჯერ ნაკლებ ცილას - 1,56გრ 100გრ არაჟანში შეიცავს 3გ ცილას,შემდეგ 50გრ შეიცავს 2-ჯერ ნაკლებს -100გრ. გრ ყველი - 20 გრ ცილა, 15 გრ ყველი - 3 გრ, 100 გრ ვირთევზა - 17,4 გრ ცილა, 75 გრ ვირთევზა - 13,05 გრ.

სულ: 1,56 + 1,5 + 3 + 13,05 = 19,01 (რაც დაახლოებით 19-ის ტოლია).

პასუხი: 19

ან

6.1 ადამიანმა დალია 120 მგ კოფეინის შემცველი ფინჯანი ძლიერი ყავა, რომელიც მთლიანად შეიწოვება და თანაბრად ნაწილდება სისხლში და სხეულის სხვა სითხეებში. შესწავლილ ადამიანში სხეულის სითხის მოცულობა შეიძლება ჩაითვალოს 40 ლიტრის ტოლი. გამოთვალეთ რამდენი ხნის შემდეგ (საათებში) კოფეინი შეწყვეტს მოქმედებას ამ ადამიანზე, თუ კოფეინი წყვეტს მოქმედებას 2 მგ/ლ კონცენტრაციით და მისი კონცენტრაცია მცირდება 0,23 მგ საათში. დამრგვალეთ თქვენი პასუხი მეათედებად.

განმარტება: 40 ლიტრი მოცულობით 120 მგ კოფეინი ნაწილდებოდა ადამიანის ორგანიზმში, ანუ კონცენტრაცია გახდა 3 მგ/ლ. 2 მგ/ლ კონცენტრაციით კოფეინი წყვეტს მოქმედებას, ანუ ეფექტურია მხოლოდ 1 მგ/ლ. საათების რაოდენობის გასარკვევად 1 მგ/ლ გავყოთ 0,23 მგ-ზე (კონცენტრაციის კლება საათში), ვიღებთ 4,3 საათს.

პასუხი: 4.3 საათი.

6.2. დაასახელეთ საჭმლის მომნელებელი სისტემის ჯირკვლების მიერ წარმოქმნილი ერთ-ერთი ფერმენტი:

პასუხი: კუჭის კედლები გამოიმუშავებს პეპსინს, რომელიც მჟავე გარემოში არღვევს ცილებს დიპეპტიდებად. ლიპაზა არღვევს ლიპიდებს (ცხიმებს). ნუკლეაზები ანადგურებენ ნუკლეინის მჟავებს. ამილაზა ანადგურებს სახამებელს. მალტაზა არღვევს მალტოზას გლუკოზაში. ლაქტაზა არღვევს ლაქტოზას გლუკოზასა და გალაქტოზაში. თქვენ უნდა დაწეროთ ერთი ფერმენტი.

7. დაადგინეთ ჩამოთვლილი დაავადებების წარმოშობა. ჩამოწერეთ თითოეული დაავადების ნომრები სიაში ცხრილის შესაბამის უჯრედში. ცხრილის უჯრედებში რამდენიმე რიცხვის ჩაწერა შეიძლება.

ადამიანის დაავადებების სია:

1. ჰემოფილია

2. ჩუტყვავილა

3. სკურვი

4. მიოკარდიუმის ინფარქტი

5. ქოლერა

ახსნა: იხილეთ ადამიანის დაავადებები CDF-სთვის

8. გენეალოგიური მეთოდი ფართოდ გამოიყენება სამედიცინო გენეტიკაში. იგი ეფუძნება ადამიანის მემკვიდრეობის შედგენას და კონკრეტული თვისების მემკვიდრეობის შესწავლას. ასეთ კვლევებში გამოიყენება გარკვეული აღნიშვნები. შეისწავლეთ ერთი ოჯახის საგვარეულო ხის ფრაგმენტი, რომლის ზოგიერთ წევრს შერწყმული ყურის ბიბილო აქვს.

შემოთავაზებული სქემის გამოყენებით დაადგინეთ, არის თუ არა ეს თვისება დომინანტური თუ რეცესიული და უკავშირდება თუ არა სქესის ქრომოსომებს.

განმარტება: თვისება რეცესიულია, ვინაიდან პირველ თაობაში ის საერთოდ არ ვლინდება, ხოლო მეორე თაობაში ვლინდება მხოლოდ ბავშვების 33%-ში. ეს თვისება არ არის დაკავშირებული სქესთან, რადგან ის ვლინდება როგორც ბიჭებში, ასევე გოგონებში.

პასუხი: რეცესიული, არა სქესთან დაკავშირებული.

9. ვლადიმირს ყოველთვის სურდა მამამისის მსგავსი უხეში თმა ჰქონოდა (დომინანტი თვისება (A)). მაგრამ მისი თმა რბილი იყო, როგორც დედამისი. ოჯახის წევრების გენოტიპების განსაზღვრა თმის ხარისხის მიხედვით. ჩაწერეთ თქვენი პასუხები ცხრილში.

განმარტება: რბილი თმა რეცესიული თვისებაა (ა), მამა ჰეტეროზიგოტურია ამ მახასიათებლის მიმართ, ვინაიდან ვაჟი ჰომოზიგოტური რეცესიულია (aa), როგორც დედა. ანუ:

R: Aa x aa

G: აჰ, a x a

F1: Aa - უხეში თმის მქონე ბავშვების 50%.

აა - რბილი თმის მქონე ბავშვების 50%.

პასუხი:

Დედა	მამაო	შვილო
აჰ	აჰ	აჰ

10. ეკატერინამ გადაწყვიტა დონორად სისხლი გაეცა. სისხლის აღებისას აღმოჩნდა, რომ ეკატერინეს III ჯგუფი ჰქონდა. ეკატერინამ იცის, რომ დედამისს აქვს I სისხლის ჯგუფი.

10.1. რა ტიპის სისხლი შეიძლება ჰქონდეს ეკატერინეს მამას?

ახსნა: ცხრილის მონაცემებიდან გამომდინარე, ეკატერინეს მამას შეიძლება ჰქონდეს სისხლის ჯგუფი III ან IV.

პასუხი: III ან IV.

10.2. სისხლის გადასხმის წესებიდან გამომდინარე, დაადგინეთ, შეიძლება თუ არა ეკატერინე იყოს მამის სისხლის დონორი.

ახსნა: ეკატერინა, I სისხლის ჯგუფის მქონე, უნივერსალური დონორია (იმ პირობით, რომ Rh ფაქტორები ემთხვევა), ანუ მისგან შეიძლება მამამისს სისხლის გადასხმა.

პასუხი: შესაძლოა.

11. ნახატზე ნაჩვენები ორგანელის ფუნქციაა ორგანული ნივთიერებების დაჟანგვა და ენერგიის შენახვა ატფ-ის სინთეზის დროს. ამ ორგანელის შიდა მემბრანა მნიშვნელოვან როლს ასრულებს ამ პროცესებში.

11.1. რა ჰქვია ამ ორგანელას?

პასუხი: სურათზე ნაჩვენებია მიტოქონდრია.

11.2. ახსენით, თუ როგორ უკავშირდება ორგანელაში შიდა მემბრანის შეფუთვა მის მიერ შესრულებულ ფუნქციას.

პასუხი: შიდა მემბრანის ნაკეცების დახმარებით, ის ზრდის ორგანელის შიდა ზედაპირს და შესაძლებელია ორგანული ნივთიერებების უფრო დიდი რაოდენობის დაჟანგვა, ასევე უფრო დიდი რაოდენობით ატფ შეიძლება წარმოიქმნას ატფ სინთაზებით - ფერმენტული კომპლექსებით, რომლებიც წარმოქმნიან. ენერგია ATP-ის (მთავარი ენერგიის მოლეკულა) სახით.

12. mRNA ფრაგმენტს აქვს შემდეგი თანმიმდევრობა:

UGCGAAUGUUUUGTSUG

განსაზღვრეთ დნმ-ის მონაკვეთის თანმიმდევრობა, რომელიც ემსახურებოდა ამ რნმ-ის მოლეკულის სინთეზის შაბლონს და ცილის თანმიმდევრობას, რომელიც კოდირებულია mRNA-ის ამ ფრაგმენტით. დავალების შესრულებისას გამოიყენეთ კომპლემენტარობის წესი და გენეტიკური კოდის ცხრილი.

ცხრილის გამოყენების წესები

სამეულში პირველი ნუკლეოტიდი აღებულია მარცხენა ვერტიკალური მწკრივიდან; მეორე - ზედა ჰორიზონტალური მწკრივიდან და მესამე - მარჯვენა ვერტიკალური მწკრივიდან. სადაც სამივე ნუკლეოტიდიდან მომავალი ხაზები იკვეთება, სასურველი ამინომჟავა მდებარეობს.

ახსნა: დაყავით თანმიმდევრობა სამეულებად (თითოეული სამი ნუკლეოტიდი): UGC GAA UGU UUG TsUG. დავწეროთ ნუკლეოტიდების შესაბამისი თანმიმდევრობა დნმ-ში (ნუკლეოტიდების საპირისპირო დამატებითი თანმიმდევრობა, იმის გათვალისწინებით, რომ A-T (რნმ U-ში), G-C.

ანუ დნმ-ის ჯაჭვი: ACG CTT ACA AAU GAU.

რნმ-ის თანმიმდევრობის გამოყენებით ვპოულობთ ამინომჟავების შესაბამის თანმიმდევრობას. პირველი ამინომჟავა არის cis, შემდეგ glu, cis, leu, leu.

ცილა: cis-glu-cis-ley-lay.

12.3. პომიდვრის გენომის გაშიფვრისას დადგინდა, რომ დნმ-ის მოლეკულის ფრაგმენტში თიმინის წილი 20%-ია. ჩარგაფის წესის გამოყენებით, რომელიც აღწერს რაოდენობრივ კავშირებს დნმ-ში სხვადასხვა ტიპის აზოტოვან ფუძეებს შორის (G+T = A+C), გამოთვალეთ ციტოზინთან ნუკლეოტიდების რაოდენობა (%) ამ ნიმუშში.

განმარტება: თუ თიმინის რაოდენობა არის 20%, მაშინ ადენინის რაოდენობაც არის 20% (რადგან ისინი ავსებენ ერთმანეთს). 60% რჩება გუანინისა და ციტოზინისთვის (100 - (20 + 20)), ანუ თითოეული 30%.

პასუხი: ციტოზინი შეადგენს 30%-ს.

13. თანამედროვე ევოლუციური თეორია შეიძლება წარმოდგენილი იყოს შემდეგი დიაგრამის სახით.

პასუხი: ალბათ ჟირაფის წინაპრებს ჰქონდათ სხვადასხვა კისრის სიგრძე, მაგრამ რადგან ჟირაფებს სჭირდებოდათ მაღალმზარდი მწვანე ფოთლების მიღწევა, გადარჩნენ მხოლოდ გრძელი კისრის მქონე ჟირაფები, ანუ ყველაზე მორგებული (ეს თვისება თაობიდან თაობას ერგო. გამოიწვია პოპულაციის გენეტიკური შემადგენლობის ცვლილება). ამრიგად, ბუნებრივი გადარჩევის დროს გადარჩნენ მხოლოდ ყველაზე გრძელი კისრის მქონე ინდივიდები და თანდათან იზრდებოდა კისრის სიგრძე.

14. სურათზე ნაჩვენებია კორდაიტი, გადაშენებული მერქნიანი გიმნოსპერმის მცენარე, რომელიც ცხოვრობდა 370-250 მილიონი წლის წინ.

გეოქრონოლოგიური ცხრილის ფრაგმენტის გამოყენებით დაადგინეთ ეპოქა და პერიოდები, რომელშიც ცხოვრობდა ეს ორგანიზმი. რა მცენარეები იყვნენ მათი შესაძლო წინაპრები?

გეოქრონოლოგიური ცხრილი

ახსნა: გიმნოსპერმები, სავარაუდოდ, პალეოზოურ ეპოქაში გაჩნდნენ. პერიოდები: პერმის, კარბონული (შესაძლოა დევონური). ისინი წარმოიშვნენ ხის გვიმრებიდან (უფრო პრიმიტიული მცენარეები აყვავდნენ პალეოზოურ ეპოქაში, ხოლო გიმნოსპერმა ფართოდ გავრცელდა და აყვავდა მეზოზოურ ეპოქაში).

ერა: პალეოზოური

პერიოდები: პერმის, კარბონული, დევონური

შესაძლო წინაპრები: ხის გვიმრები

2 018 რუსეთის ფედერაციის განათლებისა და მეცნიერების ზედამხედველობის ფედერალური სამსახური

ხტომის გენები

გასული საუკუნის შუა ხანებში ამერიკელმა მკვლევარმა ბარბარა მაკლინტოკმა აღმოაჩინა სიმინდში საოცარი გენები, რომლებსაც შეუძლიათ დამოუკიდებლად შეცვალონ თავიანთი პოზიცია ქრომოსომებზე. ახლა მათ უწოდებენ "მხტომელ გენებს" ან ტრანსპობილურ (მობილურ) ელემენტებს. აღმოჩენა დიდი ხნის განმავლობაში არ იყო აღიარებული, რადგან მობილური ელემენტები მხოლოდ სიმინდისთვის დამახასიათებელ უნიკალურ ფენომენად მიიჩნიეს. თუმცა, სწორედ ამ აღმოჩენისთვის მიენიჭა მაკკლინტოკს ნობელის პრემია 1983 წელს - დღეს ნახტომი გენები აღმოაჩინეს ცხოველთა და მცენარეთა თითქმის ყველა შესწავლილ სახეობაში.

საიდან გაჩნდა ხტუნვის გენები, რას აკეთებენ ისინი უჯრედში, სასარგებლოა? რატომ შეიძლება, გენეტიკურად ჯანმრთელ მშობლებთან ერთად, დროზოფილას ხილის ბუზების ოჯახს, ხტუნვის გენების გამო, მუტანტის შთამომავლობა მაღალი სიხშირით წარმოქმნას ან თუნდაც უშვილო იყოს? რა როლი აქვს გენების გადახტომას ევოლუციაში?

უნდა ითქვას, რომ გენები, რომლებიც უზრუნველყოფენ უჯრედების ფუნქციონირებას, განლაგებულია ქრომოსომებზე გარკვეული თანმიმდევრობით. ამის წყალობით შესაძლებელი გახდა ეგრეთ წოდებული გენეტიკური რუქების აგება მრავალუჯრედიანი და მრავალუჯრედიანი ორგანიზმების მრავალი სახეობისთვის. თუმცა, გენებს შორის უფრო მეტი გენეტიკური მასალაა, ვიდრე მათში! რა როლს ასრულებს დნმ-ის ეს „ბალასტური“ ნაწილი, ბოლომდე დადგენილი არ არის, მაგრამ სწორედ აქ გვხვდება ყველაზე ხშირად მობილური ელემენტები, რომლებიც არა მარტო მოძრაობენ, არამედ შეუძლიათ მეზობელი დნმ-ის ფრაგმენტების წაღებაც.

საიდან მოდის ხტუნვის გენები? ვარაუდობენ, რომ ზოგიერთი მათგანი მაინც წარმოიშვა ვირუსებისგან, რადგან ზოგიერთ მობილურ ელემენტს შეუძლია შექმნას ვირუსული ნაწილაკები (მაგალითად, ბოშების მობილური ელემენტი ბუზში. დროზოფილა მელანოგასტერი). ზოგიერთი მობილური ელემენტი გენომში ჩნდება ე.წ ჰორიზონტალური გადაცემასხვა სახეობებიდან. მაგალითად, დადგენილია, რომ მობილური ჰობო-ელემენტი (რუსულად თარგმნილია მას მაწანწალა) დროზოფილა მელანოგასტერიარაერთხელ ხელახლა შეიყვანეს ამ სახეობის გენომში. არსებობს ვერსია, რომ დნმ-ის ზოგიერთ მარეგულირებელ ნაწილს შეიძლება ჰქონდეს ავტონომია და მიდრეკილება „მაწანწალისაკენ“.

სასარგებლო ბალასტი

მეორე მხრივ, მხტუნავი გენების უმეტესობა, სახელის მიუხედავად, მშვიდად იქცევა, თუმცა ისინი შეადგენენ მთლიანი გენეტიკური მასალის მეხუთედს. დროზოფილა მელანოგასტერიან ადამიანის გენომის თითქმის ნახევარი.

დნმ-ის სიჭარბეს, რომელიც ზემოთ აღინიშნა, თავისი უპირატესობა აქვს: ბალასტური დნმ (მათ შორის პასიური მობილური ელემენტები) დარტყმას იღებს, თუ გენომში უცხო დნმ შედის. იმის ალბათობა, რომ ახალი ელემენტი ინტეგრირდეს სასარგებლო გენში და ამით დაირღვეს მისი ფუნქცია, მცირდება, თუ გაცილებით მეტი ბალასტური დნმ იქნება, ვიდრე მნიშვნელოვანი დნმ.

დნმ-ის ზოგიერთი სიჭარბე სასარგებლოა ისევე, როგორც ასოების „ჭარბი“ სიტყვებით: ჩვენ ვწერთ „მარია ივანოვნა“, მაგრამ ვამბობთ „მარივანი“. ზოგიერთი ასო აუცილებლად იკარგება, მაგრამ მნიშვნელობა რჩება. იგივე პრინციპი მუშაობს ცილოვან-ფერმენტის მოლეკულაში ცალკეული ამინომჟავების მნიშვნელობის დონეზე: მკაცრად არის დაცული მხოლოდ ამინომჟავების თანმიმდევრობა, რომელიც ქმნის აქტიურ ცენტრს. ამრიგად, სხვადასხვა დონეზე, სიჭარბე აღმოჩნდება ერთგვარი ბუფერი, რომელიც უზრუნველყოფს სისტემის სიძლიერის რეზერვს. ასე აღმოჩნდება გენომისთვის უსარგებლო მობილური ელემენტები, რომლებმაც დაკარგეს მობილურობა. როგორც ამბობენ, "თხელი ცხვრიდან მინიმუმ მატყლის ტილო", თუმცა, ალბათ, სხვა ანდაზა უკეთესი იქნება აქ - "ყოველი საყრდენი ხაზში".

მობილური ელემენტები, რომლებმაც შეინარჩუნეს გადახტომის უნარი, მოძრაობენ დროზოფილას ქრომოსომების გასწვრივ 10–2–10–5 სიხშირით თითო გენზე თაობაში, ელემენტის ტიპზე, გენეტიკურ ფონზე და გარე პირობებზე. ეს ნიშნავს, რომ უჯრედში არსებული ასი ხტომიანი გენიდან ერთს შეუძლია შეცვალოს თავისი პოზიცია უჯრედის შემდეგი გაყოფის შემდეგ. შედეგად, რამდენიმე თაობის შემდეგ, მობილური ელემენტების განაწილება ქრომოსომის გასწვრივ შეიძლება მნიშვნელოვნად შეიცვალოს.

მოსახერხებელია ამ განაწილების შესწავლა დროზოფილას ლარვის სანერწყვე ჯირკვლების პოლიტენურ (მრავალჯაჭვიან) ქრომოსომებზე. ეს ქრომოსომა ჩვეულებრივზე ბევრჯერ სქელია, რაც მნიშვნელოვნად ამარტივებს მათ მიკროსკოპის ქვეშ გამოკვლევას. როგორ მიიღება ასეთი ქრომოსომა? სანერწყვე ჯირკვლების უჯრედებში თითოეული ქრომოსომის დნმ მრავლდება, როგორც უჯრედების ნორმალური გაყოფის დროს, მაგრამ თავად უჯრედი არ იყოფა. შედეგად, ჯირკვლის უჯრედების რაოდენობა არ იცვლება, მაგრამ 10-11 ციკლის განმავლობაში თითოეულ ქრომოსომაში გროვდება რამდენიმე ათასი იდენტური დნმ-ის ჯაჭვი.

ნაწილობრივ პოლიტენის ქრომოსომების დამსახურებაა, რომ დროზოფილაში ნახტომი გენები უკეთ არის შესწავლილი, ვიდრე სხვა მრავალუჯრედულ ორგანიზმებში. ამ კვლევების შედეგად გაირკვა, რომ ერთიდაიგივე დროზოფილას პოპულაციაშიც კი ძნელია იპოვო ორი ინდივიდი, რომლებსაც აქვთ ქრომოსომა ტრანსპოტენციური ელემენტების ერთნაირი განაწილებით. შემთხვევითი არ არის, რომ ითვლება, რომ დროზოფილაში სპონტანური მუტაციების უმეტესობა გამოწვეულია ამ "მხტუნავების" მოძრაობით.

შედეგები შეიძლება განსხვავდებოდეს...

გენომზე მათი გავლენის მიხედვით, აქტიური მობილური ელემენტები შეიძლება დაიყოს რამდენიმე ჯგუფად. ზოგიერთი მათგანი ასრულებს გენომისთვის უაღრესად მნიშვნელოვან და სასარგებლო ფუნქციებს. Მაგალითად, ტელომერულიდროზოფილაში ქრომოსომების ბოლოებზე მდებარე დნმ შედგება სპეციალური მობილური ელემენტებისაგან. ეს დნმ უაღრესად მნიშვნელოვანია - მისი დაკარგვა იწვევს უჯრედის გაყოფის დროს მთელი ქრომოსომის დაკარგვას, რაც იწვევს უჯრედის სიკვდილს.

სხვა მობილური ელემენტები არის აშკარა "მავნებლები". ყოველ შემთხვევაში, ასე ითვლებიან ამ მომენტში. მაგალითად, R2 კლასის მობილური ელემენტები შეიძლება სპეციალურად იყოს ჩართული ფეხსახსრიანების გენებში, რომლებიც აკოდირებენ ერთ-ერთ რიბოსომურ ცილას, ცილის სინთეზის უჯრედულ „ქარხნებს“. ასეთი დარღვევების მქონე პირები გადარჩებიან მხოლოდ იმიტომ, რომ გენომში დაზიანებულია ამ ცილების კოდირების მრავალი გენის მხოლოდ ნაწილი.

ასევე არსებობს მობილური ელემენტები, რომლებიც მოძრაობენ მხოლოდ რეპროდუქციულ ქსოვილებში, რომლებიც წარმოქმნიან ჩანასახოვან უჯრედებს. ეს აიხსნება იმით, რომ სხვადასხვა ქსოვილებში ერთსა და იმავე მოძრავ ელემენტს შეუძლია წარმოქმნას მოძრაობისთვის საჭირო ფერმენტის ცილის მოლეკულები, რომლებიც განსხვავდება სიგრძით და ფუნქციით.

ამ უკანასკნელის მაგალითია P-ელემენტი დროზოფილა მელანოგასტერი, რომელიც შევიდა მის ბუნებრივ პოპულაციაში დროზოფილას სხვა სახეობიდან ჰორიზონტალური გადაცემის გზით არაუმეტეს ასი წლის წინ. თუმცა, ახლა დედამიწაზე მოსახლეობა თითქმის არ არის დროზოფილა მელანოგასტერი, რომელშიც P-ელემენტი არ მოიძებნება. აღსანიშნავია, რომ მისი ასლების უმეტესობა დეფექტურია, მეტიც, ხარვეზის იგივე ვერსია თითქმის ყველგან იყო ნაპოვნი. ამ უკანასკნელის როლი გენომში უნიკალურია: ის არის „შეუწყნარებელი“ თანამოაზრეების მიმართ და ასრულებს რეპრესორის როლს, ბლოკავს მათ მოძრაობას. ასე რომ, დროზოფილას გენომის დაცვა "უცხოს" ნახტომისგან შეიძლება ნაწილობრივ განხორციელდეს საკუთარი წარმოებულებით.

მთავარია სწორი მშობლების არჩევა!

მობილური ელემენტების ნახტომების უმეტესობა გავლენას არ ახდენს დროზოფილის გარეგნობაზე, რადგან ისინი წარმოიქმნება ბალასტური დნმ-ზე, მაგრამ არის სხვა სიტუაციები, როდესაც მათი აქტივობა მკვეთრად იზრდება.

გასაკვირია, რომ ყველაზე მძლავრი ფაქტორი, რომელიც იწვევს გენების მოძრაობას, არის მშობლის ცუდი შერჩევა. მაგალითად, რა მოხდება, თუ ლაბორატორიული პოპულაციის მდედრებს გადაკვეთთ? დროზოფილა მელანოგასტერი, რომლებსაც არ გააჩნიათ P-ელემენტი (რადგან მათი წინაპრები ბუნებიდან დაიჭირეს დაახლოებით ასი წლის წინ), მამრობითი სქესის წარმომადგენლებთან ერთად P-ელემენტი? ჰიბრიდებში, მობილური ელემენტის სწრაფი მოძრაობის გამო, შეიძლება გამოჩნდეს დიდი რაოდენობით სხვადასხვა გენეტიკური დარღვევები. ეს ფენომენი, რომელსაც ჰიბრიდული დისგენეზია ეწოდება, გამოწვეულია იმით, რომ დედის ციტოპლაზმაში არ არის რეპრესორი, რომელიც კრძალავს ტრანსპოტენციური ელემენტის მოძრაობას.

ამრიგად, თუ საქმროებს A პოპულაციისგან და პატარძლებს B მოსახლეობისგან შეუძლიათ შექმნან მრავალშვილიანი ოჯახები, მაშინ საპირისპირო ყოველთვის ასე არ არის. გენეტიკურად ჯანმრთელი მშობლების ოჯახს შეუძლია მუტანტის ან უნაყოფო შთამომავლების დიდი რაოდენობა, ან თუნდაც უშვილო, თუ მამასა და დედას გენომში მობილური ელემენტების განსხვავებული ნაკრები აქვთ. განსაკუთრებით ბევრი დარღვევა ჩნდება, თუ ექსპერიმენტი ტარდება 29°C ტემპერატურაზე. გარე ფაქტორების გავლენა გენეტიკურ ფონზე აძლიერებს გენომის შეუსაბამობის ეფექტს, თუმცა თავად ეს ფაქტორები (თუნდაც მაიონიზებელი გამოსხივება) არ შეუძლიათ. მობილური ელემენტების ასეთი მასიური მოძრაობების გამომწვევი.

მსგავსი მოვლენები ქ დროზოფილა მელანოგასტერიშეიძლება მოხდეს მობილური ელემენტების სხვა ოჯახების მონაწილეობით.

"მობილური" ევოლუცია

ფიჭური გენომი შეიძლება ჩაითვალოს მუდმივი და დროებითი წევრების ერთგვარ ეკოსისტემად, სადაც მეზობლები არა მხოლოდ თანაარსებობენ, არამედ ურთიერთობენ ერთმანეთთან. მასპინძელი გენების ურთიერთქმედება მობილურ ელემენტებთან ჯერ კიდევ ცუდად არის გაგებული, მაგრამ ბევრი შედეგი შეიძლება მივიღოთ - ორგანიზმის სიკვდილიდან მნიშვნელოვანი გენის დაზიანების შემთხვევაში ადრე დაზიანებული ფუნქციების აღდგენამდე.

ეს ხდება, რომ თავად ხტომის გენები ურთიერთქმედებენ ერთმანეთთან. ამრიგად, ცნობილია იმუნიტეტის მსგავსი ფენომენი, როდესაც მობილური ელემენტი ვერ აღწევს უკვე არსებულთან ახლოს. თუმცა, ყველა მობილური ელემენტი ასე დელიკატური არ არის: მაგალითად, P-ელემენტებს შეუძლიათ ადვილად შეაღწიონ ერთმანეთში და გამოიყვანონ თავიანთი მოთამაშეები თამაშიდან.

გარდა ამისა, არსებობს ერთგვარი თვითრეგულირება გენომში მოძრავი ელემენტების რაოდენობაში. ფაქტია, რომ მობილურ ელემენტებს შეუძლიათ ერთმანეთთან ჰომოლოგიური რეგიონების გაცვლა - ამ პროცესს ე.წ რეკომბინაცია. ასეთი ურთიერთქმედების შედეგად, მობილურმა ელემენტებმა შეიძლება, მათი ორიენტაციის მიხედვით, დაკარგონ ( წაშლა) ან გაფართოვდეს ( ინვერსია) მათ შორის მდებარე მასპინძელი დნმ-ის ფრაგმენტები. თუ ქრომოსომის მნიშვნელოვანი ნაწილი დაიკარგება, გენომი მოკვდება. ინვერსიის ან მცირე დელეციის შემთხვევაში იქმნება ქრომოსომების მრავალფეროვნება, რაც განიხილება ევოლუციის აუცილებელ პირობად.

თუ რეკომბინაციები ხდება სხვადასხვა ქრომოსომაზე მდებარე მობილურ ელემენტებს შორის, შედეგი არის ქრომოსომული გადაწყობის ფორმირება, რაც შემდგომი უჯრედების დაყოფის დროს შეიძლება გამოიწვიოს გენომის დისბალანსი. და გაუწონასწორებელი გენომი, ისევე როგორც დაუბალანსებელი ბიუჯეტი, ძალიან ცუდად იყოფა. ასე რომ, წარუმატებელი გენომის სიკვდილი არის ერთ-ერთი მიზეზი იმისა, რომ აქტიური მობილური ელემენტები განუსაზღვრელი ვადით არ ავსებენ ქრომოსომებს.

ჩნდება ბუნებრივი კითხვა: რამდენად მნიშვნელოვანია მობილური ელემენტების წვლილი ევოლუციაში? უპირველეს ყოვლისა, მობილური ელემენტების უმეტესობა შემოტანილია, უხეშად რომ ვთქვათ, სადაც არ უნდა იყოს ისინი, რის შედეგადაც მათ შეუძლიათ დააზიანონ ან შეცვალონ გენის სტრუქტურა ან რეგულაცია, რომელშიც ისინი შედიან. შემდეგ ბუნებრივი გადარჩევა უარყოფს წარუმატებელ ვარიანტებს და ფიქსირდება წარმატებული ადაპტაციური თვისებების მქონე ვარიანტები.

თუ მობილური ელემენტის დანერგვის შედეგები ნეიტრალური აღმოჩნდება, მაშინ ეს ვარიანტი შეიძლება შენარჩუნდეს პოპულაციაში, რაც უზრუნველყოფს გენის სტრუქტურაში გარკვეულ მრავალფეროვნებას. ეს შეიძლება სასარგებლო იყოს არახელსაყრელ პირობებში. თეორიულად, მობილური ელემენტების მასიური მოძრაობით, მუტაციები შეიძლება გამოჩნდეს მრავალ გენში ერთდროულად, რაც შეიძლება ძალიან სასარგებლო იყოს ცხოვრების პირობების მკვეთრი ცვლილების შემთხვევაში.

ასე რომ, შევაჯამოთ: გენომში ბევრი მობილური ელემენტია და ისინი განსხვავდებიან; მათ შეუძლიათ ურთიერთქმედება როგორც ერთმანეთთან, ასევე მასპინძელ გენებთან; შეიძლება ზიანი მიაყენოს და იყოს შეუცვლელი. მობილური ელემენტების მოძრაობით გამოწვეული გენომის არასტაბილურობა შეიძლება ინდივიდისთვის ტრაგედიით დასრულდეს, მაგრამ სწრაფი ცვლილების უნარი აუცილებელი პირობაა პოპულაციის ან სახეობის გადარჩენისთვის. ამის წყალობით იქმნება მრავალფეროვნება, რაც საფუძველია ბუნებრივი გადარჩევისა და შემდგომი ევოლუციური გარდაქმნებისა.

ანალოგია შეიძლება გავაკეთო მხტუნავ გენებსა და ემიგრანტებს შორის: ზოგიერთი ემიგრანტი ან მათი შთამომავალი ხდება თანაბარი მოქალაქე, ზოგს ეძლევა ბინადრობის ნებართვა, ზოგს კი - ვინც კანონს არ იცავს - დეპორტირებული ან ციხეში აქცევს. და ხალხის მასობრივმა მიგრაციამ შეიძლება სწრაფად შეცვალოს თავად სახელმწიფო.

ლიტერატურა

Ratner V. A., Vasilyeva L. A. მობილური გენეტიკური ელემენტების ტრანსპოზიციის ინდუქცია სტრესის გავლენით. რუსული სავალდებულო. 2000 წ.

Gvozdev V. A. ევკარიოტების მობილური დნმ // სოროსის საგანმანათლებლო ჟურნალი. 1998. No8.

05.09.2011 09:36 საათზე ლიმარევმა თქვა:

ლიმარევი V.N.

ადამიანის გენომის გაშიფვრა.

ფრაგმენტი წიგნიდან ლ.გ. პუჩკო: "ადამიანის რადიაციული შემეცნება"

გენომის გაშიფვრის პრობლემის გადასაჭრელად მოეწყო საერთაშორისო პროექტი „ადამიანის გენომი“ მილიარდობით დოლარის ბიუჯეტით.

2000 წლისთვის ადამიანის გენომი ფაქტობრივად იქნა შედგენილი. გენები დაითვალეს, იდენტიფიცირდნენ და დაფიქსირდა მონაცემთა ბაზებში. ეს არის უზარმაზარი ინფორმაცია.

ადამიანის გენომის ციფრულ ფორმაში ჩაწერას დაახლოებით 300 ტერაბაიტი კომპიუტერის მეხსიერება სჭირდება, რაც უდრის 100 გიგაბაიტიანი ტევადობის 3 ათას მყარ დისკს.

Აღმოჩნდა. რომ ადამიანს არა აქვს ასობით ათასი, როგორც ადრე ეგონათ, არამედ 30 ათასზე მეტი გენი. ბუზს ხილის ბუზები ჰყავს, მათგან მხოლოდ ნახევარია - დაახლოებით 13 ათასი, თაგვს კი თითქმის იგივე რაოდენობა აქვს, რაც ადამიანს. გაშიფრულ გენომში არის მხოლოდ ადამიანებისთვის უნიკალური გენების დაახლოებით 1%. დნმ-ის სპირალის უმეტესი ნაწილი, როგორც გაირკვა, დაკავებულია არა გენებით, არამედ ეგრეთ წოდებული „ცარიელი სექციებით“, რომლებშიც გენები უბრალოდ არ არის კოდირებული, ისევე როგორც ორმაგი ფრაგმენტები, რომლებიც მეორდება ერთმანეთის მიყოლებით, მნიშვნელობა და მნიშვნელობა. რაც გაუგებარია.

ერთი სიტყვით, გენები სიცოცხლის საშენი ელემენტი კი არ აღმოჩნდა, არამედ მხოლოდ იმ გეგმის ელემენტები, რომლის მიხედვითაც შენდება სხეულის შენობა. სამშენებლო ბლოკები, როგორც ზოგადად ითვლებოდა გენეტიკის აღზევებამდე, არის ცილები.

სრულიად აშკარა გახდა, რომ ადამიანებისთვის უნიკალური გენების 1%-ს არ შეუძლია დაშიფვროს ისეთი უზარმაზარი ინფორმაცია, რომელიც განასხვავებს ადამიანს თაგვისგან. სად ინახება მთელი ინფორმაცია? ბევრი მეცნიერისთვის უდაო ხდება ის ფაქტი, რომ ღვთიური პრინციპის გარეშე შეუძლებელია ადამიანის ბუნების ახსნა. რიგი მეცნიერები ვარაუდობენ, რომ ადამიანის სხეულის შესახებ არსებული იდეების ფარგლებში, პრინციპში შეუძლებელია ადამიანის გენომის გაშიფვრა.

მსოფლიო არ არის ცნობილი - ის ცნობილია (ჩემი კომენტარები სტატიაზე).

1) განვიხილოთ ფრაგმენტი: „ღვთაებრივი პრინციპის გარეშე შეუძლებელია ადამიანის ბუნების ახსნა“.

ზემოთ მოყვანილი ინფორმაცია არანაირად არ მიუთითებს ამაზე.

გენომს მართლაც უფრო რთული სტრუქტურა აქვს, ვიდრე ადრე ეგონათ.

მაგრამ, ბოლოს და ბოლოს, სტატიაში ნახსენები კომპიუტერი მხოლოდ მეხსიერების უჯრედებისგან არ შედგება.

კომპიუტერს აქვს ორი მეხსიერება: გრძელვადიანი და ოპერატიული, ასევე პროცესორი, რომელშიც ხდება ინფორმაციის დამუშავება. ელექტრომაგნიტური ველი ასევე მონაწილეობს ინფორმაციის დამუშავებაში. გენომის ინფორმაციის გაშიფვრისთვის აუცილებელია იმის გაგება, თუ როგორ ხდება ეს, არა მხოლოდ ინფორმაციის შენახვა, არამედ მისი დამუშავებაც. მე ასევე ვაღიარებ იმ აზრს, რომ ზოგიერთი ინფორმაცია ინახება ელექტრომაგნიტური ველის მეშვეობით. და ასევე ადამიანის გარეთ, როგორც უკვე დავწერე, უზენაესი გონების სპეციალურ საინფორმაციო ცენტრებში.

წარმოიდგინეთ უწყვეტი ტექსტი, რომელიც დაშიფრულია ორობითი კოდით 0 ან 1 მორზეს კოდით, მაშინ როცა არ იცით რა ენაზეა დაწერილი (ინგლისურად თუ ფრანგულად...) და არ იცით, რომ ეს უწყვეტი ტექსტი შედგება სიტყვებისგან, წინადადებებისგან. , აბზაცები, თავები, ტომები, თაროები, კარადები და ა.შ.

ბიოლოგიაშიც თითქმის იგივეა, მხოლოდ აქ ყველაფერია დაშიფრული ოთხნიშნა კოდით და ჩვენ აქამდე გავშიფრეთ ელემენტარული გენების რიგი + -/*, მაგრამ ენა არ ვიცით და შესაბამისად სიტყვები, წინადადებები, აბზაცები, თავები, ტომები, თაროები, კარადები და ა.შ. ჩვენთვის გაშიფრული გენომი ჯერ კიდევ 4-კლასიანი კოდის მყარი ტექსტია და ამის თავიდან შესწავლა თითქმის შეუძლებელია.

მაგრამ ირკვევა, რომ დროის გარკვეულ პერიოდებში (როგორც ინდივიდში, ასევე მის თაობებში, ასევე სახეობებში, გვარში) ზოგიერთი გენი და მათი კომპლექსები (პასუხისმგებელია სიტყვებზე, წინადადებებზე, აბზაცებზე, თავებზე, ტომებზე, თაროებზე, კაბინეტებზე და ა.შ. .) აქტიურები არიან, ხოლო ევოლუციის სხვა პერიოდებში ისინი პასიურები არიან, რასაც მე ირიბად განვსაზღვრავ სხვადასხვა პოლიგენური მახასიათებლებით (როგორც ნაჩვენებია თემაში ევოლუციის ზოგადი პერიოდული კანონი).

ამჟამად გენების შესწავლის მხოლოდ ორი მეთოდი არსებობს, ეს არის ნიმუშის გენების ჯამის (დნმ) ჯამის მარტივი ლაბორატორიული გამოთვლა და არსებობს მოწყობილობა, რომელიც ითვლის წარმოებული ცილის რნმ-ის რაოდენობას. ჩაეჭიდა წარმოებულ ელექტრონულ ჩიპსკონკრეტული დნმ, მაგრამ ვინაიდან ნებისმიერ დროს დნმ-ის უზარმაზარი რაოდენობა აქტიურია და, შესაბამისად, რნმ-ის მეშვეობით წარმოიქმნება სხვადასხვა ცილების დიდი რაოდენობა, ძალიან რთულია „ამ ფაფისებური კოვზით, ჩანგლით და იაპონური ჩოპსტიკებით“ გამოყოფა. ეს წვნიანი და იპოვნეთ ის, რასაც ეძებთ - იპოვეთ მიზეზ-შედეგობრივი კავშირი კონკრეტულ დნმ-ს (როგორც დნმ-ის კომპლექსს) და მის გავლენას პოლიგენურ მახასიათებელზე.

როგორც ჩანს, მე ვიპოვე მარტივი მეთოდი, თუ როგორ უნდა გავარჩიო დნმ-ის, რნმ-ის და მათი ცილების მთელი წვნიანი, რომელიც განსაზღვრავს პოლიგენური მახასიათებლის ხარისხს.

როგორც გაირკვა, თითოეული პოლიგენური მახასიათებელი ინდივიდის ევოლუციის თანმიმდევრობით (თაობათა კოჰორტა, სახეობა და გვარი) პერიოდულია; შესაბამისად, ის პერიოდული უნდა იყოს რნმ-ისა და დნმ-ის აქტივობაში და ამიტომ უბრალოდ უნდა იპოვოთ (პირველი გენეტიკურ დეტალებში გადასვლა) კორელაცია პოლიგენურ ნიშან-თვისებაში მეტრულ ცვლილებას (ინდივიდუალურში, თაობათა კოჰორტაში, სახეობებში, გვარში...) და რნმ-ის, დნმ-ის შესაბამის აქტივობას შორის, ამ პერიოდების პროპორციულად.

გამომცემლობა „ბინომ. ცოდნის ლაბორატორია გამოსცემს გენეტიკოსის კრეიგ ვენტერის მემუარების წიგნს Life Deciphered. კრეიგ ვენტერი ცნობილია ადამიანის გენომის წაკითხვისა და გაშიფვრის ნაშრომით. 1992 წელს მან დააარსა გენომის კვლევის ინსტიტუტი (TIGR). 2010 წელს ვენტერმა შექმნა მსოფლიოში პირველი ხელოვნური ორგანიზმი – სინთეზური ბაქტერია Mycoplasma laboratorium. გეპატიჟებით წაიკითხოთ წიგნის ერთ-ერთი თავი, რომელშიც კრეიგ ვენტერი საუბრობს 1999-2000 წლების სამუშაოზე დროზოფილას ბუზის გენომის თანმიმდევრობის შესახებ.

წინ და მხოლოდ წინ

მემკვიდრეობის ფუნდამენტური ასპექტები, ჩვენდა გასაკვირად, საკმაოდ მარტივი აღმოჩნდა და ამიტომ გაჩნდა იმედი, რომ შესაძლოა ბუნება არც ისე შეუცნობელი იყოს და მისი გაუგებრობა, რომელიც არაერთხელ აცხადებენ სხვადასხვა ადამიანთა მიერ, არის კიდევ ერთი ილუზია, ჩვენი უმეცრების ნაყოფი. . ეს გვაიძულებს ოპტიმისტურად განვსაზღვროთ, რადგან სამყარო ისეთი რთული რომ ყოფილიყო, როგორც ზოგიერთი ჩვენი მეგობარი ამტკიცებს, ბიოლოგიას არ ექნებოდა შანსი გახდეს ზუსტი მეცნიერება.

თომას ჰანტ მორგანი. მემკვიდრეობის ფიზიკური საფუძველი

ბევრმა მკითხა, რატომ ავირჩიე ჩვენი პლანეტის ყველა ცოცხალი არსებიდან ბუზი; სხვებს აინტერესებდათ, რატომ არ გადავედი მაშინვე ადამიანის გენომის გაშიფვრაზე. საქმე იმაშია, რომ ჩვენ გვჭირდებოდა საფუძველი მომავალი ექსპერიმენტებისთვის, გვინდოდა დავრწმუნდეთ ჩვენი მეთოდის სისწორეში, სანამ თითქმის 100 მილიონი დოლარი დავხარჯავდით ადამიანის გენომის თანმიმდევრობის დასადგენად.

პატარა ბუზმა დიდი როლი ითამაშა ბიოლოგიის, განსაკუთრებით გენეტიკის განვითარებაში. Drosophila-ს გვარში შედის სხვადასხვა ბუზი - ძმარი, ღვინო, ვაშლი, ყურძენი და ხილი - ჯამში დაახლოებით 26 ასეული სახეობა. მაგრამ თქვით სიტყვა „დროსოფილა“ და ნებისმიერი მეცნიერი მაშინვე მოიფიქრებს ერთ კონკრეტულ სახეობას – დროზოფილამელანოგასტერს. იმის გამო, რომ ის სწრაფად და მარტივად მრავლდება, ეს პატარა ბუზი ევოლუციური ბიოლოგების ორგანიზმის მოდელია. მას იყენებენ, რათა ნათელი მოჰფინონ შემოქმედების სასწაულს - განაყოფიერების მომენტიდან ზრდასრული ორგანიზმის გაჩენამდე. დროზოფილას წყალობით მრავალი აღმოჩენა გაკეთდა, მათ შორის ჰომეობოქსის შემცველი გენების აღმოჩენა, რომლებიც არეგულირებენ ყველა ცოცხალი ორგანიზმის ზოგად სტრუქტურას.

გენეტიკის ყველა სტუდენტი იცნობს ამერიკული გენეტიკის მამის, თომას ჰანტ მორგანის მიერ ჩატარებულ ექსპერიმენტებს დროზოფილაზე. 1910 წელს მან შენიშნა მამაკაცი მუტანტები თეთრი თვალებით ჩვეულებრივ წითელთვალა ბუზებს შორის. მან გადაკვეთა თეთრთვალა მამრი წითელთვალა მდედრს და აღმოაჩინა, რომ მათი შთამომავლობა წითელთვალება იყო: თეთრთვალება რეცესიული თვისება იყო და ახლა ჩვენ ვიცით, რომ ბუზებს თეთრი თვალები რომ ჰქონდეთ, საჭიროა ორი ეგზემპლარი. თეთრი თვალების გენი, თითო მშობლიდან. აგრძელებდა მუტანტების შეჯვარებას, მორგანმა აღმოაჩინა, რომ მხოლოდ მამაკაცებს აქვთ თეთრი თვალების თვისება და დაასკვნა, რომ ეს თვისება ასოცირდება სქესის ქრომოსომასთან (Y ქრომოსომა). მორგანმა და მისმა სტუდენტებმა შეისწავლეს მემკვიდრეობითი თვისებები ათასობით ბუზებში. დღესდღეობით დროზოფილასთან ექსპერიმენტები ტარდება მოლეკულური ბიოლოგიის ლაბორატორიებში მთელს მსოფლიოში, სადაც ხუთ ათასზე მეტი ადამიანი სწავლობს ამ პატარა მწერს.

მე პირადად გავიგე Drosophila-ს მნიშვნელობა, როდესაც გამოვიყენე მისი cDNA გენების ბიბლიოთეკები ადრენალინის რეცეპტორების შესასწავლად და აღმოვაჩინე მათი ეკვივალენტი ბუზებში - ოქტოპამინის რეცეპტორები. ამ აღმოჩენამ მიუთითა ბუზისა და ადამიანის ნერვული სისტემის ევოლუციური მემკვიდრეობის საერთოობაზე. ადამიანის ტვინის cDNA ბიბლიოთეკების გაგების მცდელობისას აღმოვაჩინე მსგავსი ფუნქციების მქონე გენები ადამიანის გენების კომპიუტერული შედარება დროზოფილას გენებთან.

დროზოფილას გენის თანმიმდევრობის პროექტი 1991 წელს დაიწყო, როდესაც ჯერი რუბინმა კალიფორნიის უნივერსიტეტიდან, ბერკლიდან და ალენ სპრადლინგმა კარნეგის ინსტიტუტიდან გადაწყვიტეს, რომ დრო იყო ამ ამოცანის შესრულება. 1998 წლის მაისისთვის, თანმიმდევრობის 25% უკვე დასრულებული იყო და მე გავაკეთე წინადადება, რომელიც რუბინმა თქვა, რომ „ზედმეტად კარგი იყო, რომ არ გამოტოვო“. ჩემი იდეა საკმაოდ სარისკო იყო: ბუზების ათასობით მკვლევარს სხვადასხვა ქვეყნიდან უნდა შეესწავლა ჩვენ მიერ მიღებული კოდის ყველა ასო, შეადარეს ის ჯერის საკუთარ მაღალხარისხიან, საცნობარო მონაცემებს და შემდეგ გამოეტანა დასკვნა ჩემი მეთოდის ვარგისიანობის შესახებ. .

თავდაპირველი გეგმა იყო ბუზის გენომის თანმიმდევრობის დასრულება 1999 წლის აპრილისთვის ექვს თვეში და შემდეგ დაიწყება შეტევა ადამიანის გენომზე. მეჩვენებოდა, რომ ეს იყო ყველაზე ეფექტური და ნათელი გზა იმის საჩვენებლად, რომ ჩვენი ახალი მეთოდი მუშაობს. და თუ ჩვენ წარმატებას ვერ მივაღწევთ, ვფიქრობდი, მაშინ უკეთესი იქნებოდა ამის სწრაფად გადამოწმება დროზოფილას მაგალითით, ვიდრე ადამიანის გენომზე მუშაობა. მაგრამ სინამდვილეში, სრული მარცხი იქნება ყველაზე სანახაობრივი მარცხი ბიოლოგიის ისტორიაში. ჯერი ასევე აყენებდა თავის რეპუტაციას, ამიტომ სელერაში ყველა გადაწყვეტილი იყო მისი მხარდაჭერა. მე ვთხოვე მარკ ადამსს მეხელმძღვანელა პროექტის ჩვენი ნაწილი და რადგან ჯერის ასევე ჰყავდა უმაღლესი დონის გუნდი ბერკლიში, ჩვენი თანამშრომლობა ცურვით წარიმართა.

უპირველეს ყოვლისა, გაჩნდა კითხვა დნმ-ის სიწმინდის შესახებ, რომელიც უნდა დაგვეყოლებინა. ადამიანების მსგავსად, ბუზები განსხვავდებიან გენეტიკურ დონეზე. თუ პოპულაციაში 2%-ზე მეტი გენეტიკური ვარიაციაა და შერჩეულ ჯგუფში გვყავს 50 განსხვავებული ინდივიდი, მაშინ დეკოდირება ძალიან რთული აღმოჩნდება. ჯერის პირველი ნაბიჯი იყო ბუზების შეჯვარება რაც შეიძლება მეტი, რათა მოგვცეს დნმ-ის ერთიანი ვარიანტი. მაგრამ შეჯვარება საკმარისი არ იყო გენეტიკური სიწმინდის უზრუნველსაყოფად: ბუზის დნმ-ის ამოღებისას არსებობდა ბუზის საკვებში ან მის ნაწლავებში ბაქტერიული უჯრედებიდან გენეტიკური მასალით დაბინძურების რისკი. ამ პრობლემების თავიდან ასაცილებლად, ჯერიმ ამჯობინა ბუზის ემბრიონებიდან დნმ-ის ამოღება. მაგრამ ემბრიონის უჯრედებიდანაც კი, ჩვენ ჯერ უნდა გამოვყოთ ბირთვები საჭირო დნმ-ით, რათა არ დაგვებინძურებინა მიტოქონდრიის ექსტრაბირთვული დნმ-ით - უჯრედის "ელექტროსადგურები". შედეგად მივიღეთ სინჯარა სუფთა დროზოფილას დნმ-ის ღრუბლიანი ხსნარით.

1998 წლის ზაფხულში ჰემის გუნდმა, რომელსაც ჰქონდა ასეთი სუფთა ბუზის დნმ, დაიწყო მისი ფრაგმენტების ბიბლიოთეკების შექმნა. თავად ჰემს ყველაზე მეტად მოსწონდა დნმ-ის მოჭრა და მიღებული ფრაგმენტების გადაფარვა, სმენის აპარატის მგრძნობელობის დაქვეითება ისე, რომ რაიმე გარე ხმები არ გადაეშალა მას სამუშაოდან. ბიბლიოთეკების შექმნა ფართომასშტაბიანი თანმიმდევრობის დასაწყისი უნდა ყოფილიყო, მაგრამ ჯერჯერობით ყველგან მხოლოდ ბურღის, ჩაქუჩის და ხერხის ხმები ისმოდა. მშენებელთა მთელი არმია მუდმივად აწუხებდა თვალს და ჩვენ ვაგრძელებდით ყველაზე მნიშვნელოვანი პრობლემების გადაჭრას - სეკვენსერების, რობოტების და სხვა აღჭურვილობის მუშაობის პრობლემების მოგვარებას, ვცდილობდით არა წლების განმავლობაში, არამედ რამდენიმე თვეში შეგვექმნა რეალური თანმიმდევრობის "ქარხანა". " ნულიდან.

პირველი Model 3700 დნმ-ის სეკვენსერი გადაეცა Celera-ს 1998 წლის 8 დეკემბერს დიდი აღფრთოვანებით და კოლექტიური შვებით. მოწყობილობა ამოიღეს ხის ყუთიდან, მოათავსეს სარდაფში უფანჯრო ოთახში - მის დროებით სახლში და მაშინვე დაიწყეს ტესტირება. როგორც კი დაიწყო მუშაობა, მივიღეთ ძალიან მაღალი ხარისხის შედეგები. მაგრამ ეს ადრეული თანმიმდევრობა საკმაოდ არასტაბილური იყო და ზოგიერთი თავიდანვე გაუმართავი იყო. ასევე მუდმივი პრობლემები იყო მუშებთან, ზოგჯერ თითქმის ყოველდღიურად. მაგალითად, სერიოზული შეცდომა გამოჩნდა რობოტი მანიპულატორის მართვის პროგრამაში - ზოგჯერ რობოტის მექანიკური მკლავი მოწყობილობაზე დიდი სიჩქარით ვრცელდებოდა და კედელს ეჯახებოდა. შედეგად, სეკვენსერი შეჩერდა და სარემონტო ჯგუფის გამოძახება მოუხდა მის გამოსასწორებლად. ზოგიერთი თანმიმდევრობა ვერ მოხერხდა მაწანწალა ლაზერის სხივების გამო. გადახურებისგან დასაცავად გამოიყენებოდა ფოლგა და ლენტი, ვინაიდან მაღალ ტემპერატურაზე ყვითელი ფერის G-ს ფრაგმენტები აორთქლდა თანმიმდევრობიდან.

მიუხედავად იმისა, რომ მოწყობილობები ახლა რეგულარულად მიეწოდებოდა, მათი დაახლოებით 90% თავიდანვე გაუმართავი იყო. ზოგიერთ დღეებში სეკვენსერები საერთოდ არ მუშაობდნენ. მე მტკიცედ მჯეროდა მაიკ ჰუნკაპილერის, მაგრამ ჩემი რწმენა ძლიერ შეირყა, როდესაც მან დაიწყო ჩვენი წარუმატებლობის გადაბრალება ჩვენი თანამშრომლებისთვის, სამშენებლო მტვრის, ტემპერატურის უმნიშვნელო რყევების, მთვარის ფაზების და ა.შ. ზოგიერთი ჩვენგანი სტრესისგან ნაცრისფერიც კი გახდა.

გარდაცვლილი 3700-ები ისხდნენ კაფეტერიაში და ელოდნენ ABI-ში დაბრუნებას და საბოლოოდ საქმე იქამდე მივიდა, რომ ლანჩი პრაქტიკულად სეკვენსერების მორგში მოგვიწია. სასოწარკვეთილებაში ვიყავი - ბოლოს და ბოლოს, ყოველდღიურად მჭირდებოდა გარკვეული რაოდენობის სამუშაო მოწყობილობა, კერძოდ 230! დაახლოებით 70 მილიონ დოლარად ABI დაგვპირდა, რომ მოგვაწოდებდა ან 230 სრულყოფილად ფუნქციონალურ მოწყობილობას, რომელიც იმუშავებდა მთელი დღის განმავლობაში შეუფერხებლად, ან 460-ს, ​​რომელიც იმუშავებდა მინიმუმ ნახევარი დღის განმავლობაში. გარდა ამისა, მაიკს უნდა გაორმაგებულიყო კვალიფიციური ტექნიკური პერსონალის რაოდენობა, რათა დაუყონებლივ შეეკეთებინათ სეკვენსერები მარცხის შემდეგ.

თუმცა, რა ინტერესია ამ ყველაფრის გაკეთება ერთსა და იმავე ფულზე! გარდა ამისა, მაიკს ახლა ჰყავს კიდევ ერთი კლიენტი - სამთავრობო გენომიური პროექტი, რომლის ლიდერებმა უკვე დაიწყეს ასობით მოწყობილობის შეძენა ყოველგვარი ტესტირების გარეშე. Celera-ს მომავალი ამ სეკვენსერებზე იყო დამოკიდებული, მაგრამ მაიკმა, როგორც ჩანს, ვერ აცნობიერებდა, რომ ABI-ს მომავალიც მათზე იყო დამოკიდებული. კონფლიქტი გარდაუვალი იყო, როგორც ეს აშკარა იყო ABI ინჟინრებისა და Celera-ში ჩემს გუნდს შორის მნიშვნელოვან შეხვედრაზე.

მას შემდეგ, რაც ჩვენ შეგვატყობინეთ დეფექტური ინსტრუმენტების დიდ რაოდენობაზე და რამდენი ხანი დასჭირდა სეკვენსერის გაუმართაობის გამოსწორებას, მაიკმა კვლავ სცადა მთელი ბრალი დაეკისრა ჩემს თანამშრომლებს, მაგრამ მისივე ინჟინრებიც კი არ დაეთანხმნენ მას. ტონი უაიტი საბოლოოდ ჩაერია. ”არ მაინტერესებს, რა ღირს ან ვინ უნდა მოკლას ამისთვის,” - თქვა მან. მაშინ პირველად და უკანასკნელად მან მართლაც ჩემი მხარე დაიკავა. მან უბრძანა მაიკს უზრუნველყოს ახალი სეკვენსერების რაც შეიძლება სწრაფად მიწოდება, თუნდაც სხვა მომხმარებლების ხარჯზე და მაშინაც კი, თუ ჯერ კიდევ არ იყო ცნობილი, რა დაჯდებოდა ეს.

ტონიმ ასევე უბრძანა მაიკს, დაექირავებინა კიდევ ოცი ტექნიკოსი, რათა სწრაფად შეეკეთებინათ და დაედგინათ ყველა პრობლემის მიზეზი. სინამდვილეში, ამის თქმა უფრო ადვილი იყო, ვიდრე გაკეთება, რადგან გამოცდილი მუშები დეფიციტი იყო. დასაწყისისთვის, ერიკ ლენდერმა ბრაკონიერობა მოახდინა ორ ყველაზე კვალიფიციურ ინჟინერს და მაიკის აზრით, ჩვენც ვიყავით დამნაშავე. მარკ ადამსს მიუბრუნდა, მაიკმა თქვა: ”თქვენ უნდა დაქირავებულიყავით ისინი სხვის დაქირავებამდე.” ასეთი განცხადების შემდეგ სრულიად დავკარგე მისდამი პატივისცემა. ბოლოს და ბოლოს, ჩვენი შეთანხმების თანახმად, მე ვერ დავიქირავე ABI თანამშრომლები, მაშინ როცა ლენდერს და სამთავრობო გენომის პროექტის სხვა ლიდერებს ჰქონდათ ამის უფლება, ამიტომ ძალიან მალე საუკეთესო ABI ინჟინრებმა დაიწყეს მუშაობა ჩვენი კონკურენტებისთვის. შეხვედრის ბოლოს მივხვდი, რომ პრობლემები დარჩა, მაგრამ გაუმჯობესების იმედის სხივი გაჩნდა.

ასეც მოხდა, თუმცა არა მაშინვე. ჩვენი სეკვენსერების არსენალი 230-დან 300 მოწყობილობამდე გაიზარდა და თუ მათი 20-25% ჩავარდა, ჩვენ მაინც გვქონდა 200-მდე სამუშაო სეკვენსერი და როგორღაც გავუმკლავდით დავალებებს. ტექნიკური პერსონალი გმირულად მუშაობდა და სტაბილურად ზრდიდა სარემონტო სამუშაოების ტემპს, ამცირებდა უწყვეტობას. მთელი ამ ხნის განმავლობაში ერთ რამეზე ვფიქრობდი: რასაც ჩვენ ვაკეთებთ შესაძლებელია. წარუმატებლობა იყო ათასი მიზეზის გამო, მაგრამ მარცხი არ იყო ჩემი გეგმების ნაწილი.

ჩვენ დავიწყეთ დროზოფილას გენომის თანმიმდევრობა სერიოზულად 8 აპრილს, დაახლოებით იმ დროს, როცა ეს სამუშაო უნდა დასრულებულიყო. მე, რა თქმა უნდა, მესმოდა, რომ უაითს სურდა ჩემი მოშორება, მაგრამ მე ყველაფერი გავაკეთე, რომ მთავარი დავალება შემესრულებინა. სახლში დაძაბულობა და შფოთვა მაწუხებდა, მაგრამ ამ პრობლემებს ჩემს „საიდუმლოსთან“ ვერ განვიხილავდი. კლერმა ზიზღი გამოავლინა, როცა დაინახა, როგორ ვიყავი დაკავებული სელერას საქმეებით. მან იგრძნო, რომ მე ვიმეორებდი იმავე შეცდომებს, რაც დავუშვი TIGR/HGS-ში მუშაობის დროს. 1 ივლისისთვის ღრმა დეპრესიაში ვგრძნობდი თავს, ისევე როგორც ვიეტნამში.

იმის გამო, რომ კონვეიერის მეთოდმა ჯერ კიდევ არ გამოგვიმუშავა, ჩვენ მოგვიწია მძიმე, დამქანცველი სამუშაოს შესრულება - გენომის ფრაგმენტების კვლავ „წებება“. შესატყვისების აღმოსაჩენად გამეორებებით ყურადღების გაფანტვის გარეშე, ჯინ მაიერსმა შემოგვთავაზა ალგორითმი, რომელიც ეფუძნება თოფის მეთოდის ჩემი ვერსიის ძირითად პრინციპს: თანმიმდევრობა ყველა მიღებული კლონის ორივე ბოლოდან. იმის გამო, რომ ჰემი იღებდა სამი ზუსტად ცნობილი ზომის კლონებს, ჩვენ ვიცოდით, რომ ორი ტერმინალური თანმიმდევრობა ერთმანეთისგან მკაცრად განსაზღვრულ მანძილზე იყო. როგორც ადრე, "შემთხვევის" ეს მეთოდი მოგვცემს გენომის ხელახლა შეკრების შესანიშნავ შესაძლებლობას.

მაგრამ რაკი თანმიმდევრობის ყოველი ბოლო ცალ-ცალკე იყო დალაგებული, ამ შეკრების მეთოდის ზუსტად მუშაობისთვის საჭირო იყო ფრთხილად ჩანაწერების შენარჩუნება - სრულიად დარწმუნებული რომ შეგვეძლო ბოლო მიმდევრობის ყველა წყვილის სწორად დაკავშირება: ბოლოს და ბოლოს, თუ მაინც ასიდან ერთი მცდელობა იწვევს შეცდომას და ვერ მოიძებნება შესაბამისი წყვილი თანმიმდევრულობისთვის, ყველაფერი გაქრება და მეთოდი არ იმუშავებს. ამის თავიდან აცილების ერთ-ერთი გზაა შტრიხკოდების და სენსორების გამოყენება პროცესის ყოველი ეტაპის თვალყურის დევნებისთვის. მაგრამ სამუშაოს დასაწყისში ლაბორანტებს არ გააჩნდათ თანმიმდევრობისთვის საჭირო პროგრამული უზრუნველყოფა და აღჭურვილობა, ამიტომ მათ ყველაფერი ხელით უნდა გაეკეთებინათ. Celera-ში ოცზე ნაკლები ადამიანის მცირე გუნდი ამუშავებდა რეკორდულ 200 000 კლონს ყოველდღე. შეგვეძლო გამოვრიცხოთ გარკვეული შეცდომები, როგორიცაა 384 ჭაბურღილის მონაცემების არასწორად წაკითხვა და შემდეგ გამოვიყენოთ კომპიუტერი აშკარად მცდარი ოპერაციის საპოვნელად და სიტუაციის გამოსასწორებლად. რა თქმა უნდა, ჯერ კიდევ იყო გარკვეული ხარვეზები, მაგრამ ამან მხოლოდ დაადასტურა გუნდის უნარი და ნდობა, რომ შეგვეძლო შეცდომების აღმოფხვრა.

მიუხედავად ყველა სირთულისა, ჩვენ შევძელით 3156 მილიონი თანმიმდევრობის წაკითხვა ოთხ თვეში, სულ დაახლოებით 1,76 მილიარდი ნუკლეოტიდური წყვილი, რომელიც შეიცავს 1,51 მილიონი დნმ-ის კლონის ბოლოებს შორის. ახლა ჯინ მაიერსის, მისი გუნდისა და ჩვენი კომპიუტერის ჯერი დადგა - საჭირო იყო ყველა განყოფილების ერთად მოთავსება დროზოფილას ქრომოსომებში. რაც უფრო გრძელი ხდებოდა სექციები, მით უფრო ნაკლებად ზუსტი ხდებოდა თანმიმდევრობა. დროზოფილას შემთხვევაში, მიმდევრობები საშუალოდ შეადგენდა 551 ბაზის წყვილს და საშუალო სიზუსტე იყო 99,5%. 500-ასოიანი თანმიმდევრობების გათვალისწინებით, თითქმის ყველას შეუძლია დაადგინოს შესატყვისები ერთი მიმდევრობის მეორეზე გადაადგილებით, სანამ მატჩი არ მოიძებნება.

Haemophilus influenzae-ის თანმიმდევრობისთვის ჩვენ გვქონდა 26 ათასი თანმიმდევრობა. თითოეული მათგანის ყველა დანარჩენთან შესადარებლად საჭიროა 26 ათასი შედარება კვადრატში, ანუ 676 მილიონი. დროზოფილას გენომი, მისი 3,156 მილიონი წაკითხვით, დასჭირდება დაახლოებით 9,9 ტრილიონი შედარება. ადამიანისა და თაგვის შემთხვევაში, სადაც ჩვენ შევქმენით 26 მილიონი მიმდევრობის წაკითხვა, საჭირო იყო დაახლოებით 680 ტრილიონი შედარება. ამიტომ გასაკვირი არ არის, რომ მეცნიერთა უმეტესობა ძალიან სკეპტიკურად უყურებდა ამ მეთოდის შესაძლო წარმატებას.

მიუხედავად იმისა, რომ მაიერსი ყველაფერს გამოასწორებდა, მას მუდმივად ეპარებოდა ეჭვი. ახლა დღე და ღამე მუშაობდა, დაქანცული და რაღაცნაირად ნაცრისფერი ჩანდა. გარდა ამისა, მას ოჯახში პრობლემები ჰქონდა და თავისუფალი დროის უმეტესი ნაწილი ჟურნალისტ ჯეიმს შრევთან ერთად დაიწყო, რომელიც ჩვენს პროექტზე წერდა და ჩრდილივით თვალს ადევნებდა კვლევის მიმდინარეობას. ვცდილობდი როგორმე ჯინს მოეშორებინა, თან წავიყვანე კარიბის ზღვის აუზზე დასასვენებლად და ჩემს იახტზე ცურვით. მაგრამ იქაც კი საათობით იჯდა, ლეპტოპზე ჩამოხრილი, შავი წარბები შეჭმუხნა და შავ თვალებს აცეცებდა კაშკაშა მზისგან. და, მიუხედავად წარმოუდგენელი სირთულეებისა, ჯინმა და მისმა გუნდმა შეძლეს ნახევარ მილიონზე მეტი სტრიქონის კომპიუტერული კოდის გენერირება ახალი ასამბლერისთვის ექვს თვეში.

თუ თანმიმდევრობის შედეგები 100%-ით ზუსტი იქნებოდა, დნმ-ის დუბლიკატის გარეშე, გენომის შეკრება შედარებით მარტივი ამოცანა იქნებოდა. მაგრამ სინამდვილეში, გენომები შეიცავს სხვადასხვა ტიპის, სიგრძისა და სიხშირის განმეორებით დნმ-ის დიდ რაოდენობას. ხუთასზე ნაკლები საბაზისო წყვილის მოკლე გამეორებები შედარებით მარტივია, უფრო გრძელი გამეორებები უფრო რთული. ამ პრობლემის გადასაჭრელად ჩვენ გამოვიყენეთ „წყვილის პოვნის“ მეთოდი, ანუ თითოეული კლონის ორივე ბოლო დავყოთ თანმიმდევრობით და მივიღეთ სხვადასხვა სიგრძის კლონები, რათა უზრუნველვყოთ შესატყვისების მაქსიმალური რაოდენობა.

ალგორითმები, რომლებიც კოდირებულია ჯინის გუნდის ნახევარმილიონ ხაზში კომპიუტერული კოდით, გვთავაზობდა ნაბიჯ-ნაბიჯ სცენარს - ყველაზე "უწყინარი" ქმედებებიდან, როგორიცაა უბრალოდ ორი თანმიმდევრობის გადაფარვა, უფრო რთულ ქმედებებამდე, როგორიცაა აღმოჩენილი წყვილების გამოყენება. გადახურვის მიმდევრობების კუნძულების შერწყმა. ეს თავსატეხის შედგენას ჰგავდა, სადაც აწყობილი სექციების პატარა კუნძულები იკრიბება უფრო დიდი კუნძულების შესაქმნელად, შემდეგ კი მთელი პროცესი კვლავ მეორდება. მხოლოდ ჩვენს თავსატეხში იყო 27 მილიონი ცალი. და ძალიან მნიშვნელოვანი იყო, რომ სექციები აღებული იყო მაღალი ხარისხის შეკრების თანმიმდევრობიდან: წარმოიდგინეთ, რა მოხდება, თუ თავსატეხს აწყობთ, ხოლო მისი ელემენტების ფერები ან გამოსახულებები ბუნდოვანი და ბუნდოვანია. გენომის თანმიმდევრობის გრძელვადიანი რიგისთვის, წაკითხვის მნიშვნელოვანი ნაწილი უნდა იყოს შესატყვისი წყვილების სახით. იმის გათვალისწინებით, რომ შედეგებს ჯერ კიდევ ხელით ადევნებდნენ თვალყურს, შვება მივიღეთ იმით, რომ ჩვენთან არსებული თანმიმდევრობების 70% ზუსტად ასეთი იყო. კომპიუტერის მოდელებმა განმარტეს, რომ უფრო დაბალი პროცენტით შეუძლებელი იქნებოდა ჩვენი "Humpty Dumpty"-ის აწყობა.

ახლა კი ჩვენ შევძელით Celera ასამბლერის გამოყენება მიმდევრობის თანმიმდევრობისთვის: პირველ ეტაპზე შედეგების კორექტირება მოხდა უმაღლესი სიზუსტის მისაღწევად; მეორე საფეხურზე სკრინერმა ამოიღო დამაბინძურებელი თანმიმდევრობები პლაზმიდიდან ან E. coli დნმ-დან. შეკრების პროცესი შეიძლება დაირღვეს "უცხო" თანმიმდევრობის 10 ბაზის წყვილით. მესამე საფეხურზე Screener-ის პროგრამამ შეამოწმა თითოეული ფრაგმენტი ბუზის გენომში ცნობილ განმეორებით თანმიმდევრობებთან შესაბამისობაში - ჯერი რუბინის მონაცემები, რომელმაც „კეთილგანწყობილი“ მოგვაწოდა ისინი. დაფიქსირდა გამეორებების ადგილები ნაწილობრივ გადაფარვითი რეგიონებით. მეოთხე საფეხურზე, სხვა პროგრამამ (Overlapper) აღმოაჩინა გადაფარვის არეები თითოეული ფრაგმენტის ყველა დანარჩენთან შედარების გზით - კოლოსალური ექსპერიმენტი უზარმაზარი რიცხვითი მონაცემების დამუშავებაში. ჩვენ შევადარეთ 32 მილიონი ფრაგმენტი ყოველ წამში, მიზნად ისახავს ვიპოვოთ მინიმუმ 40 გადახურული ბაზის წყვილი 6%-ზე ნაკლები სხვაობით. როდესაც ჩვენ აღმოვაჩინეთ ორი გადახურული რეგიონი, ჩვენ გავაერთიანეთ ისინი უფრო დიდ ფრაგმენტად, ეგრეთ წოდებულ „კონტიგში“ - გადახურვის ფრაგმენტების ერთობლიობა.

იდეალურ შემთხვევაში, ეს საკმარისი იქნებოდა გენომის ასაწყობად. მაგრამ დნმ-ის კოდში დნმ-ის კოდში შეკუმშვასა და გამეორებას უნდა შევებრძოლოთ, რაც იმას ნიშნავდა, რომ დნმ-ის ერთი ნაწილი შეიძლება გადაფარავდეს რამდენიმე სხვადასხვა რეგიონს და შექმნას ყალბი კავშირები. დავალების გასამარტივებლად დავტოვეთ მხოლოდ ცალსახად დაკავშირებული ფრაგმენტები, ე.წ. პროგრამამ, რომელიც ჩვენ ვიყენებდით ამ ოპერაციის შესასრულებლად (Unitigger) არსებითად წაშალა დნმ-ის მთელი თანმიმდევრობა, რომლის ამოცნობაც დანამდვილებით ვერ შეგვეძლო და დარჩა მხოლოდ ეს ერთეულები. ამ ნაბიჯმა არა მხოლოდ მოგვცა შესაძლებლობა განგვეხილა ფრაგმენტების აწყობის სხვა ვარიანტები, არამედ მნიშვნელოვნად გაამარტივა ამოცანა. შემცირების შემდეგ გადახურული ფრაგმენტების რაოდენობა 212 მილიონიდან 3,1 მილიონამდე შემცირდა, პრობლემა კი 68-ჯერ გამარტივდა. თავსატეხის ნაჭრები თანდათან, მაგრამ სტაბილურად ხვდებოდა თავის ადგილზე.

შემდეგ ჩვენ შეგვეძლო გამოგვეყენებინა ინფორმაცია იმავე კლონის თანმიმდევრობების დაწყვილების შესახებ „ჩონჩხის“ ალგორითმის გამოყენებით. ყველა შესაძლო ერთეული ურთიერთდაფარვის ბაზის წყვილებით გაერთიანდა სპეციალურ ჩარჩოებში. ჩემს ლექციებში ამ ეტაპის აღსაწერად ანალოგს ვაკეთებ საბავშვო სათამაშოების კონსტრუქციული ნაკრების Tinkertoys-თან. იგი შედგება სხვადასხვა სიგრძის ჯოხებისგან, რომლებიც შეიძლება ჩასვათ ხის გასაღების ნაწილებზე (ბურთებსა და დისკებზე) განლაგებულ ნახვრეტებში და ამით შექმნათ სამგანზომილებიანი სტრუქტურა. ჩვენს შემთხვევაში, ძირითადი ნაწილები ერთეულებია. იმის ცოდნა, რომ დაწყვილებული თანმიმდევრობები განლაგებულია კლონების ბოლოებზე 2 ათასი, 10 ათასი ან 50 ათასი ბაზის წყვილი სიგრძით - ანუ, როგორც ჩანს, ისინი ერთმანეთისგან გარკვეული რაოდენობის ხვრელების მანძილზე არიან - მათი დალაგება შესაძლებელია.

ჯერი რუბინის თანმიმდევრობაზე ამ ტექნიკის ტესტირებამ, რომელიც ხილის ბუზის გენომის დაახლოებით მეხუთედს შეადგენდა, მხოლოდ 500 უფსკრული იყო. აგვისტოში საკუთარ მონაცემებზე ტესტირებისას, ჩვენ მივიღეთ 800000-ზე მეტი მცირე ფრაგმენტი. დამუშავებისთვის საგრძნობლად უფრო დიდმა მონაცემმა აჩვენა, რომ ტექნიკა ცუდად მუშაობდა - შედეგი საპირისპირო იყო, რაც მოსალოდნელი იყო. მომდევნო რამდენიმე დღის განმავლობაში პანიკა გაიზარდა და შესაძლო შეცდომების სია გახანგრძლივდა. No2 კორპუსის ბოლო სართულიდან ოთახში ადრენალინმა შემოიჭრა ხუმრობით "მშვიდი პალატები". თუმცა, იქ არ იყო სიმშვიდის და სიმშვიდის გრძნობა, მით უმეტეს, სულ მცირე, რამდენიმე კვირის განმავლობაში, როდესაც თანამშრომლები ფაქტიურად ტრიალებდნენ წრეებში და ეძებდნენ გამოსავალს სიტუაციიდან.

პრობლემა საბოლოოდ გადაჭრა არტურ დელჩერმა, რომელიც მუშაობდა Overlapper პროგრამით. მან შენიშნა რაღაც უცნაური სტრიქონზე 678 150000 სტრიქონიდან, სადაც უმნიშვნელო შეუსაბამობა ნიშნავდა, რომ მატჩის მნიშვნელოვანი ნაწილი არ იყო ჩაწერილი. შეცდომა გამოსწორდა და 7 სექტემბერს გვქონდა 134 უჯრედის ხარაჩო, რომელიც ფარავდა ბუზის ნამდვილ (ევქრომატულ) გენომს. გაგვიხარდა და შვებით ამოვისუნთქეთ. დადგა დრო, რომ ჩვენი წარმატება მთელ მსოფლიოს გამოვაცხადოთ.

გენომის თანმიმდევრობის კონფერენცია, რომლის მასპინძლობაც რამდენიმე წლის წინ დავიწყე, ამის შესანიშნავი შესაძლებლობა მოგვცა. დარწმუნებული ვიყავი, რომ იქნებოდა უამრავი ხალხი, ვისაც სურს გაერკვია, შევასრულეთ თუ არა დაპირება. მე გადავწყვიტე, რომ მარკ ადამსმა, ჯინ მაიერსმა და ჯერი რუბინმა ისაუბრონ ჩვენს მიღწევებზე და, უპირველეს ყოვლისა, თანმიმდევრობის პროცესზე, გენომის შეკრებაზე და ამის მნიშვნელობაზე მეცნიერებისთვის. კონფერენციაზე მისვლის მსურველთა შემოდინების გამო, მე მომიწია მისი გადატანა ჰილტონ ჰედიდან მაიამის უფრო დიდ სასტუმრო ფონტენბლოში. კონფერენციას ესწრებოდნენ მსხვილი ფარმაცევტული და ბიოტექნოლოგიური კომპანიების წარმომადგენლები, გენომის კვლევის სპეციალისტები მთელი მსოფლიოდან, საკმაოდ ბევრი მიმომხილველი, რეპორტიორი და საინვესტიციო კომპანიების წარმომადგენლები - ყველა იქ იყო. ჩვენმა კონკურენტებმა Incyte-დან ბევრი ფული დახარჯეს კონფერენციის შემდეგ მიღების მოწყობაზე, კორპორატიულ ვიდეო გადაღებებზე და ა.შ. - მათ ყველაფერი გააკეთეს იმისათვის, რომ საზოგადოება დაერწმუნებინათ, რომ სთავაზობდნენ „ყველაზე დეტალურ ინფორმაციას ადამიანის გენომის შესახებ“.

დიდ საკონფერენციო დარბაზში შევიკრიბეთ. ნეიტრალურ ფერებში მორთული, კედლის ნათურებით გაფორმებული, ორ ათას ადამიანზე იყო გათვლილი, მაგრამ ხალხი სულ მოდიოდა და მალე დარბაზი სრულად გაივსო. კონფერენცია გაიხსნა 1999 წლის 17 სექტემბერს, ჯერის, მარკისა და ჯინის პრეზენტაციებით პირველ სესიაზე. მოკლე შესავლის შემდეგ, ჯერი რუბინმა გამოაცხადა, რომ აუდიტორია აპირებდა გაეგო ცნობილი კომპანიების საუკეთესო ერთობლივი პროექტის შესახებ, რომელშიც ის ოდესმე ყოფილა ჩართული. ატმოსფერო თბებოდა. მაყურებელი მიხვდა, რომ ის ასე პომპეზურად არ ილაპარაკებდა, რამე მართლაც სენსაციური რომ არ მოვამზადოთ.

მომდევნო სიჩუმეში, მარკ ადამსმა დაიწყო დეტალურად აღწერა ჩვენი „ფაბრიკირებული მაღაზიის“ მუშაობა Celera-ში და გენომის თანმიმდევრობის ახალი მეთოდების აღწერა. თუმცა აწყობილ გენომზე სიტყვაც არ უთქვამს ისე, თითქოს აუდიტორიას აცინებდა. შემდეგ ჯინი გამოვიდა და ისაუბრა თოფის მეთოდის პრინციპებზე, ჰემოფილუსის თანმიმდევრობაზე და ასამბლერის ძირითად ეტაპებზე. კომპიუტერული ანიმაციის გამოყენებით მან აჩვენა გენომის საპირისპირო შეკრების მთელი პროცესი. პრეზენტაციებისთვის გამოყოფილი დრო იწურებოდა და ბევრმა უკვე გადაწყვიტა, რომ ყველაფერი შემოიფარგლებოდა ელემენტარული პრეზენტაციით PowerPoint-ის გამოყენებით, კონკრეტული შედეგების წარმოდგენის გარეშე. მაგრამ შემდეგ ჯინმა ბოროტი ღიმილით აღნიშნა, რომ აუდიტორიას ალბათ მაინც სურდა რეალური შედეგების ნახვა და არ დაკმაყოფილდებოდა იმიტაციით.

შეუძლებელი იყო ჩვენი შედეგების უფრო ნათლად და ექსპრესიულად წარმოჩენა, ვიდრე ეს გააკეთა ჯინ მაიერსმა. მან გააცნობიერა, რომ მხოლოდ თანმიმდევრობის შედეგები არ მოახდენდა სწორ შთაბეჭდილებას, ამიტომ უფრო დამაჯერებელი რომ ყოფილიყო, მან შეადარა ისინი ჯერის შრომატევადი კვლევის შედეგებს ტრადიციული მეთოდის გამოყენებით. ისინი იდენტური აღმოჩნდნენ! ამრიგად, ჯინმა შეადარა ჩვენი გენომის შეკრების შედეგები ათწლეულების წინ ბუზის გენომზე გამოსახულ ყველა ცნობილ მარკერს. ათასობით მარკერიდან მხოლოდ ექვსი არ ემთხვეოდა ჩვენი შეკრების შედეგებს. ექვსივეს გულდასმით შესწავლით, ჩვენ დავრწმუნდით, რომ სელერას თანმიმდევრობა სწორი იყო და რომ შეცდომებს შეიცავდა სხვა ლაბორატორიებში შესრულებული სამუშაოები ძველი მეთოდებით. დაბოლოს, ჯინმა თქვა, რომ ჩვენ ახლახან დავიწყეთ ადამიანის დნმ-ის თანმიმდევრობის დადგენა და გამეორება ალბათ ნაკლები პრობლემა იქნებოდა, ვიდრე დროზოფილასთან.

ხმამაღალი და ხანგრძლივი ტაში მოჰყვა. ღრიალი, რომელიც შესვენებაზე არ წყდებოდა, იმას ნიშნავდა, რომ მიზანს მივაღწიეთ. ერთ-ერთმა ჟურნალისტმა შენიშნა სამთავრობო გენომის პროექტის მონაწილე, რომელიც სევდიანად აქნევდა თავის თავს: „როგორც ჩანს, ეს ნაძირალები ნამდვილად ყველაფერს გააკეთებენ“. კონფერენცია ენერგიის ახალი მუხტით დავტოვეთ.

ორი მნიშვნელოვანი პრობლემა დარჩა გადასაჭრელი, ორივე ჩვენთვის ნაცნობი. პირველი ის არის, თუ როგორ გამოვაქვეყნოთ შედეგები. მიუხედავად ურთიერთგაგების მემორანდუმისა, რომელიც ჯერი რუბინთან გავაფორმეთ, ჩვენს ბიზნეს გუნდს არ მოეწონა Drosophila-ს ღირებული თანმიმდევრობის შედეგების GenBank-ისთვის გადაცემის იდეა. მათ შესთავაზეს ბუზების თანმიმდევრობის შედეგების ცალკე მონაცემთა ბაზაში განთავსება ბიოტექნოლოგიის ინფორმაციის ეროვნულ ცენტრში, სადაც ყველას შეეძლო მათი გამოყენება ერთი პირობით - არა კომერციული მიზნებისთვის. ევროპის ბიოინფორმატიკის ინსტიტუტის ცხელ ტემპერამენტს, ჯაჭვით მწეველ მაიკლ ეშბერნერს ამის გამო უკიდურესად უკმაყოფილო იყო. მას სჯეროდა, რომ სელერამ „ყველა მოატყუა“ 2. (მან რუბინს მისწერა: „რა ჯანდაბა ხდება სელერაზე?“ 3) კოლინზიც უკმაყოფილო იყო, მაგრამ რაც მთავარია, ჯერი რუბინიც. საბოლოოდ, მე მაინც გავუგზავნე ჩვენი შედეგები GenBank-ს.

მეორე პრობლემა დროზოფილას ეხებოდა – გვქონდა მისი გენომის თანმიმდევრობის შედეგები, მაგრამ საერთოდ ვერ გავიგეთ, რას გულისხმობდნენ. ჩვენ უნდა გაგვეანალიზებინა, თუ გვინდოდა ნაშრომის დაწერა, ისევე, როგორც ოთხი წლის წინ გავაკეთეთ ჰემოფილუსთან. ბუზის გენომის ანალიზს და დახასიათებას შეიძლება წელიწადზე მეტი დასჭირდეს - და მე ეს დრო არ მქონდა, რადგან ახლა ადამიანის გენომზე უნდა გამეკეთებინა აქცენტი. ჯერისთან და მარკთან ამის განხილვის შემდეგ, გადავწყვიტეთ ჩავრთოთ სამეცნიერო საზოგადოება დროზოფილაზე მუშაობაში, ვაქციოთ იგი საინტერესო სამეცნიერო პრობლემად და ამით სწრაფად გადავიტანოთ საქმე წინ, გენომის აღწერის მოსაწყენი პროცესის სახალისო შვებულება გავხადოთ - როგორც საერთაშორისო სკაუტური ჯამბორი. ჩვენ მას ვუწოდეთ გენომიური ჯამბორი და მოვიწვიეთ წამყვანი მეცნიერები მთელი მსოფლიოდან, რომ ჩამოსულიყვნენ როკვილში დაახლოებით ერთი კვირით ან ათი დღით ბუზის გენომის გასაანალიზებლად. მიღებული შედეგებიდან გამომდინარე დავგეგმეთ სტატიების სერიის დაწერა.

ყველას მოეწონა იდეა. ჯერიმ დაიწყო ჩვენი ღონისძიების მოწვევის გაგზავნა წამყვანი მკვლევართა ჯგუფებისთვის და Celera-ს ბიოინფორმატიკის სპეციალისტებმა გადაწყვიტეს, რა კომპიუტერები და პროგრამები იქნებოდა საჭირო იმისათვის, რომ მეცნიერთა მუშაობა მაქსიმალურად ეფექტური ყოფილიყო. ჩვენ შევთანხმდით, რომ სელერა გადაიხდის მათ მგზავრობისა და განსახლების ხარჯებს. მოწვეულთა შორის იყვნენ ჩემი ყველაზე მკაცრი კრიტიკოსები, მაგრამ ვიმედოვნებდით, რომ მათი პოლიტიკური ამბიციები გავლენას არ მოახდენდა ჩვენი წამოწყების წარმატებაზე.

ნოემბერში ჩვენთან დროსოფილას 40-მდე სპეციალისტი მოვიდა და ჩვენი მტრებისთვისაც კი შემოთავაზება ძალიან მიმზიდველი იყო უარის თქმაზე. თავდაპირველად, როდესაც მონაწილეები მიხვდნენ, რომ რამდენიმე დღეში უნდა გაეანალიზებინათ ას მილიონზე მეტი ბაზის წყვილი გენეტიკური კოდი, სიტუაცია საკმაოდ დაიძაბა. სანამ ახლად ჩამოსულ მეცნიერებს ეძინათ, ჩემი თანამშრომლები მუშაობდნენ მთელი საათის განმავლობაში და ამუშავებდნენ პროგრამებს გაუთვალისწინებელი პრობლემების გადასაჭრელად. მესამე დღის ბოლოს, როდესაც გაირკვა, რომ ახალი პროგრამული ინსტრუმენტები საშუალებას აძლევს მეცნიერებს, როგორც ჩვენმა ერთ-ერთმა სტუმარმა თქვა, „რამოდენიმე საათში გაეკეთებინათ საოცარი აღმოჩენები, რომლებსაც ადრე თითქმის მთელი სიცოცხლე სჭირდებოდათ“, სიტუაცია დამშვიდდა. ყოველდღე, შუადღისას, ჩინური გონგის სიგნალით, ყველა ერთად იკრიბებოდა, რათა განეხილათ უახლესი შედეგები, გადაეჭრათ მიმდინარე პრობლემები და შეადგინოთ სამუშაო გეგმა შემდეგი ტურისთვის.

დისკუსიები ყოველდღე უფრო და უფრო საინტერესო ხდებოდა. Celera-ს წყალობით, ჩვენს სტუმრებს ჰქონდათ შესაძლებლობა, პირველები გამოეხედათ ახალ სამყაროში და რაც გამოვლინდა, მოლოდინს გადააჭარბა. მალე გაირკვა, რომ არ გვქონდა საკმარისი დრო, რომ განგვეხილა ყველაფერი, რაც გვინდოდა და გაგვეგო რას ნიშნავდა ეს ყველაფერი. მარკმა საზეიმო ვახშამი მოაწყო, რომელიც დიდხანს არ გაგრძელებულა, რადგან ყველა სწრაფად დაბრუნდა ლაბორატორიებში. მალე ლანჩები და ვახშმები კომპიუტერის ეკრანის წინ მიირთმევდნენ, რომლებზეც ნაჩვენები იყო დროზოფილას გენომის შესახებ მონაცემები. პირველად აღმოაჩინეს რეცეპტორების გენების დიდი ხნის ნანატრი ოჯახები, ისევე როგორც ადამიანის დაავადების გენების მსგავსი ხილის ბუზის გენების გასაოცარი რაოდენობა. თითოეულ აღმოჩენას თან ახლდა მხიარული კივილი, სასტვენი და მხარზე მეგობრული ხელი. გასაკვირია, რომ ჩვენი სამეცნიერო ქეიფის შუაგულში ერთმა წყვილმა გამონახა დრო ნიშნობისთვის.

თუმცა იყო გარკვეული შეშფოთება: სამუშაოს დროს მეცნიერებმა აღმოაჩინეს მხოლოდ 13 ათასი გენი მოსალოდნელი 20 ათასის ნაცვლად. მას შემდეგ, რაც "დაბალ" ჭია C. elegans-ს აქვს დაახლოებით 20 ათასი გენი, ბევრს სჯეროდა, რომ ბუზს მეტი უნდა ჰქონდეს, რადგან მას აქვს 10-ჯერ მეტი უჯრედი და აქვს ნერვული სისტემაც კი. არსებობდა ერთი მარტივი გზა, რათა დავრწმუნდეთ, რომ გამოთვლებში შეცდომა არ იყო: აიღეთ ბუზის 2500 ცნობილი გენი და ნახეთ რამდენი მათგანის პოვნა ჩვენს თანმიმდევრობაში. ფრთხილად ანალიზის შემდეგ, მაიკლ ჩერიმ სტენფორდის უნივერსიტეტიდან განაცხადა, რომ მან აღმოაჩინა ყველა გენი, გარდა ექვსისა. განხილვის შემდეგ, ეს ექვსი გენი კლასიფიცირდება როგორც არტეფაქტები. იმ ფაქტმა, რომ გენები შეცდომების გარეშე იქნა იდენტიფიცირებული, შთააგონებდა და გვარწმუნებდა. ათასობით მეცნიერის საზოგადოებამ, რომელიც დროზოფილას კვლევას ეძღვნებოდა, ათწლეულები გაატარა ამ 2500 გენის თვალყურის დევნებაზე და ახლა მათ თვალწინ კომპიუტერის ეკრანზე 13600-მდე იყო.

სამუშაოს ბოლოს გარდაუვალი ფოტოსესიის დროს დაუვიწყარი მომენტი დადგა: მხარზე ტრადიციული ხელის და მეგობრული ხელის ჩამორთმევის შემდეგ, მაიკ ეშბერნერი ოთხზე ჩამოჯდა, რათა მე უკვდავყო ჩემი თავი ფოტოზე ზურგზე ფეხით. . ასე რომ, მას სურდა - მიუხედავად ყველა ეჭვისა და სკეპტიციზმისა - დამსახურება მიეღო ჩვენს მიღწევებს. ცნობილმა გენეტიკოსმა და დროზოფილის მკვლევარმა, მან ფოტოსთვის შესაბამისი წარწერაც კი მოიფიქრა: „გიგანტის მხრებზე დგას“. (მას საკმაოდ სუსტი ფიგურა ჰქონდა.) „მოდით, მივცეთ პატივი მათ, ვინც ამას იმსახურებს“, მოგვიანებით დაწერა 4 . ჩვენი ოპონენტები ცდილობდნენ თანმიმდევრობის შედეგების საჯარო მონაცემთა ბაზაში გადაცემის შეფერხება წარმოედგინათ, როგორც ჩვენი დაპირებებიდან გადახვევა, მაგრამ ისინიც იძულებულნი გახდნენ ეღიარებინათ, რომ შეხვედრამ „უაღრესად ღირებული წვლილი შეიტანა გლობალური ბუზების კვლევაში“ 5 . როდესაც განიცადა რა არის ნამდვილი "მეცნიერული ნირვანა", ყველა დაშორდა როგორც მეგობრები.

ჩვენ გადავწყვიტეთ გამოგვექვეყნებინა სამი დიდი ნაშრომი: ერთი მთლიანი გენომის თანმიმდევრობის შესახებ მაიკთან, როგორც პირველ ავტორთან, ერთი გენომის ასამბლეის შესახებ ჯინთან, როგორც პირველ ავტორთან და მესამეზე ჭიის, საფუარის და ადამიანის გენომის შედარებითი გენომიკის შესახებ ჯერი, როგორც პირველი. ავტორი. ნაშრომები გადაეცა Science-ს 2000 წლის თებერვალში და გამოქვეყნდა სპეციალურ ნომერში 2000 წლის 24 მარტს, ჯერი რუბინთან ჩემი საუბრიდან Cold Spring Harbor-ში ერთი წლის შემდეგ. 6 გამოქვეყნებამდე ჯერიმ მომიწყო საუბარი პიტსბურგში დროსოფილას კვლევის ყოველწლიურ კონფერენციაზე, რომელსაც ესწრებოდა ამ დარგის ასობით გამოჩენილი ადამიანი. ოთახის ყველა სკამზე ჩემმა თანამშრომლებმა განათავსეს CD, რომელიც შეიცავს დროზოფილას გენომს, ისევე როგორც მეცნიერებაში გამოქვეყნებული ჩვენი ნაშრომების ხელახალი ბეჭდვას. ჯერიმ ძალიან თბილად გამაცნო და დამარწმუნა გულშემატკივარი, რომ მე შევასრულე ყველა ჩემი ვალდებულება და კარგად ვიმუშავეთ ერთად. ჩემი საუბარი დასრულდა შეხვედრის დროს ჩატარებული ზოგიერთი კვლევის მოხსენებით და CD-ზე არსებული მონაცემების მოკლე კომენტარით. ჩემი გამოსვლის შემდეგ აპლოდისმენტები ისეთივე გასაკვირი და სასიამოვნო იყო, როგორც ხუთი წლის წინ, როდესაც მე და ჰემმა პირველად წარვადგინეთ ჰემოფილუსის გენომი მიკრობიოლოგიის კონვენციაზე. შემდგომში, დროზოფილას გენომის შესახებ ნაშრომები გახდა ყველაზე ხშირად ციტირებული ნაშრომები მეცნიერების ისტორიაში.

მიუხედავად იმისა, რომ მთელ მსოფლიოში ხილის ბუზების ათასობით მკვლევარი აღფრთოვანებული იყო შედეგებით, ჩემი კრიტიკოსები სწრაფად გადავიდნენ შეტევაზე. ჯონ სულსტონმა ბუზის გენომის თანმიმდევრობის დადგენის მცდელობას წარუმატებელი უწოდა, მიუხედავად იმისა, რომ ჩვენ მიერ მოპოვებული თანმიმდევრობა უფრო სრულყოფილი და ზუსტი იყო, ვიდრე მისი ათწლიანი მცდელობის შედეგი ჭიის გენომის თანმიმდევრობის დასადგენად, რომლის დასრულებას კიდევ ოთხი წელი დასჭირდა. მეცნიერებაში პროექტის გამოქვეყნების შემდეგ. სულსტონის კოლეგამ მეინარდ ოლსონმა დროზოფილას გენომის თანმიმდევრობა უწოდა "სირცხვილი", რომლის დალაგებაც სამთავრობო ადამიანის გენომის პროექტს მოუწევდა სელერას "მადლობით". ფაქტობრივად, ჯერი რუბინის გუნდმა შეძლო სწრაფად დაეხურა დარჩენილი ხარვეზები თანმიმდევრობაში, გამოქვეყნებული და შედარებითი ანალიზით უკვე დაწყებული გენომის ორ წელზე ნაკლებ დროში. ამ მონაცემებმა დაადასტურა, რომ ჩვენ გვქონდა 1-2 შეცდომა 10 კბ-ზე მთელ გენომში და 1-ზე ნაკლები შეცდომა 50 კბ-ზე სამუშაო (ევქრომატულ) გენომში.

თუმცა, მიუხედავად Drosophila პროექტის საყოველთაო აღიარებისა, დაძაბულობამ ჩემს ურთიერთობაში ტონი უაითთან 1999 წლის ზაფხულში მიაღწია სიცხის დონეს. თეთრი ვერ შეეგუა იმ ყურადღებას, რომელსაც პრესა აქცევდა ჩემს პიროვნებას. ყოველ ჯერზე, როცა ის სელერაში მოდიოდა, ჩემს ოფისის გვერდით, დერეფანში კედლებზე ჩამოკიდებული სტატიების ასლებს უვლიდა ჩვენი მიღწევების შესახებ. და აქ გავაფართოვეთ ერთი მათგანი - გაზეთ USA Today-ის საკვირაო ჩანართის ყდა. მასზე, სათაურით "მოახდენს თუ არა ეს ავანტიურისტი ჩვენი დროის უდიდეს მეცნიერულ აღმოჩენას?" 7-მა მაჩვენა, ლურჯ კარკასულ პერანგში, ფეხები გადაჯვარედინებული, და ჩემს ირგვლივ კოპერნიკი, გალილეო, ნიუტონი და აინშტაინი დაცურავდნენ ჰაერში - და თეთრის არანაირი ნიშანი.

ყოველდღე, მისი პრესმდივანი ურეკავდა, რათა ენახა, შეეძლო თუ არა ტონი მონაწილეობა მიიღოს ინტერვიუების ერთი შეხედვით გაუთავებელ ნაკადში, რომელიც მიმდინარეობდა Celera-ში. ის ცოტათი დამშვიდდა - და მხოლოდ მაშინაც კი, მხოლოდ მოკლედ, როდესაც მომდევნო წელს მან მოახერხა მისი ფოტოს დადება ჟურნალ Forbes-ის გარეკანზე, როგორც ადამიანი, რომელმაც შეძლო პერკინელმერის კაპიტალიზაცია $1,5 მილიარდიდან 24 მილიარდ დოლარამდე 8 . (“ტონი უაიტმა ღარიბი პერკინ ელმერი მაღალტექნოლოგიური გენების დამჭერად აქცია.” ტონი ასევე ასვენებდა ჩემს სოციალურ საქმიანობას.

მე ვსაუბრობდი კვირაში ერთხელ, ვიღებდი იმ უზარმაზარი რაოდენობის მოწვევის მცირე ნაწილს, რომელსაც მუდმივად ვიღებდი, რადგან მსოფლიოს სურდა გაეგო ჩვენი მუშაობის შესახებ. ტონიმ ჩიოდა კიდეც PerkinElmer-ის დირექტორთა საბჭოსთან, რომელსაც მაშინ დაარქვეს PE Corporation, რომ ჩემი მოგზაურობები და გამოჩენები არღვევდა კორპორატიულ წესებს. ორკვირიანი შვებულების დროს (ჩემი ხარჯებით) ჩემს სახლში კეიპ კოდში, ტონი გაფრინდა სელერაში CFO Dennis Winger-თან და Applera-ს გენერალურ მრჩეველთან უილიამ საუჩთან ერთად, რათა გაესაუბრებოდა ჩემს საუკეთესო თანამშრომლებს „ვენტერის მენეჯმენტის ეფექტურობის“ შესახებ. იმედოვნებდნენ, რომ იმდენი ჭუჭყი შეაგროვებდნენ, რომ გაამართლონ ჩემი სამსახურიდან გათავისუფლება. უაითი შოკში ჩავარდა, როცა ყველამ თქვა, რომ თუ მე დავტოვებ, ისინიც დატოვებენ. ამან გამოიწვია დიდი დაძაბულობა ჩვენს გუნდში, მაგრამ ასევე გვაახლოვა, როგორც არასდროს. მზად ვიყავით ყოველი გამარჯვება ისე აღგვენიშნა, თითქოს ეს უკანასკნელი ყოფილიყო.

ბუზის გენომის თანმიმდევრობის გამოქვეყნების შემდეგ - იმ დროისთვის ყველაზე დიდი თანმიმდევრობა ისტორიაში - ჯინმა, ჰემმა, მარკმა და მე ვთქვით, რომ საკმარისად დიდხანს ვიდექით ტონი უაითისთვის, რომ ჩვენი წარმატება აღიარებულიყო. ჩვენ დავამტკიცეთ, რომ ჩვენი მეთოდი ასევე იმუშავებს ადამიანის გენომის თანმიმდევრობის განსაზღვრისას. მაშინაც კი, თუ ტონი უაითმა მეორე დღესვე შეწყვიტა დაფინანსება, ვიცოდით, რომ ჩვენი მთავარი მიღწევა ჩვენთან დარჩებოდა. ყველაფერზე მეტად მინდოდა სელერას დატოვება და ტონი უაითთან ურთიერთობა არ მქონია, მაგრამ რადგან ჰომო საპიენსის გენომის კიდევ უფრო თანმიმდევრობა მინდოდა, კომპრომისზე წასვლა მომიწია. შეძლებისდაგვარად ვცდილობდი უაითს მომეწონებინა, უბრალოდ, საქმე გამეგრძელებინა და ჩემი გეგმა დამესრულებინა.

შენიშვნები

1. Shreeve J. The Genome War: How Craig Venter Tented to Capture the Code of Life and Save the World (New York: Ballantine, 2005), გვ. 285.

2. Ashburner M. Won for All: How the Drosophila Genome Was Sequenced (Cold Spring Harbor Laboratory Press, 2006), გვ. 45.

3. Shreeve J. The Genome War, გვ. 300.

4. Ashburner M. Won for All, გვ. 55.

5. Sulston J., Ferry G. The Common Thread (ლონდონი: Corgi, 2003), გვ. 232.

6. Adams M. D., Celniker S. E. და სხვ. „დროსოფილა მელანოგასტერის გენომის თანმიმდევრობა“, მეცნიერება, No 287, 2185–95, 2000 წლის 24 მარტი.

7. Gillis J. „გახსნის თუ არა ეს MAVERICK მისი ეპოქის უდიდესი სამეცნიერო აღმოჩენა? კოპერნიკი, ნიუტონი, აინშტაინი და ვენტერი?“, აშშ უქმე, 1999 წლის 29–31 იანვარი.

8. Ross P. E. “Gene Machine”, Forbes, 2000 წლის 21 თებერვალი.

კრეიგ ვენტერი