Iššifruojant Drosophila genomą buvo nustatyta, kad. Visas vienos biologinės rūšies genomas randamas kitose. Augalų lyginamoji ir funkcinė genomika

) randama vaisinės muselės genome ( Drosophila ananassae) visa parazitinės bakterijos genomo kopija Volbachija.

Wolbachia bakterija gyvena šeimininkų ląstelių citoplazmoje ir yra žinoma, kad išmoko tiksliai reguliuoti savo šeimininkų dauginimąsi, vystymąsi ir net evoliuciją. Todėl jis dažnai vadinamas „mikrobų manipuliatoriumi“ arba „musių valdovu“ (nes gyvena vabzdžių ląstelėse).

Tyrimas prasidėjo, kai Julie Dunning-Hotopp iš JCVI atrado, kaip kai kurie Wolbachia genai „bendradarbiauja“ su Drosophila genais, tarsi jie būtų to paties genomo dalis.

Koloniją apgyvendino Ročesterio universiteto mokslininkas Michaelas Clarkas Drosophila ananassae laboratorijoje kartu su Vorenu suprasti, kokia yra paslaptis.

Wolbachia genas Drosophila genome (iliustracija iš Ročesterio universiteto).

„Mėnesius maniau, kad dėl kažko klystu, – sako Clarke’as. – Net maniau, kad išsivystė atsparumas antibiotikams, nes kiekvieną Wolbachia geną radau vėl ir vėl. Kai pagaliau paėmiau audinius, kuriuos prieš kelis mėnesius palikau ramybėje, pačios Wolbachijos neradau.

Dabar Warrenas ir Clarkas bando suprasti, koks tokio didelio DNR gabalo įterpimo pranašumas yra Drosophila - galbūt „svetimi“ genai suteikia šeimininkui naujų galimybių.

Taigi Wolbachia genai pereina į šeimininko DNR (iliustracija Nicolle Rager Fuller, National Science).

Tyrimo rezultatai paskelbti žurnale Science. Jame autoriai teigia, kad horizontalus genų perdavimas (genų perkėlimas tarp nesusijusių rūšių) tarp bakterijų ir daugialąsčių organizmų mūsų pasaulyje vyksta daug dažniau, nei manyta anksčiau.

Molekulinių genetinių manipuliavimo mechanizmų, kuriuos atlieka Wolbachia su savo šeimininkais, iššifravimas suteiks žmonėms galingas naujas priemones, kurios gali daryti įtaką gyviems organizmams ir visai gamtai.

Tačiau ne visi vabzdžiai yra jautrūs blogai Wolbachia įtakai. Pavyzdžiui, drugeliai iš Samoa salų „išmoko“ apsaugoti savo patinus. Įdomu, ar maliariniai uodai, kuriuos nori užkrėsti šia bakterija, išmoks su ja kovoti?

Visos Rusijos biologijos testo pavyzdys

11 klasė

Darbo atlikimo instrukcijos

Testą sudaro 14 užduočių. Biologijos darbui atlikti skiriama 1 valanda 30 minučių (90 min.).

Užduočių atsakymai – tai skaičių seka, skaičius, žodis (frazė) arba trumpas laisvas atsakymas, kuris užrašomas šiam darbui skirtoje vietoje. Jei užrašote neteisingą atsakymą, jį perbraukite ir šalia parašykite naują.

Atlikdami užduotis galite naudoti juodraštį. Vertinant darbus, į įrašus juodraštyje neatsižvelgiama. Patariame užduotis atlikti tokia tvarka, kokia jos pateikiamos. Norėdami sutaupyti laiko, praleiskite užduotį, kurios negalite atlikti iš karto, ir pereikite prie kitos. Jei atlikę visus darbus turite laiko, galite grįžti prie praleistų užduočių.

Taškai, kuriuos gaunate už atliktas užduotis, yra sumuojami.

Stenkitės atlikti kuo daugiau užduočių ir surinkti kuo daugiau taškų.

Visos Rusijos bandomojo darbo pavyzdžio paaiškinimai

Susipažindami su bandomojo darbo pavyzdžiu, turėtumėte nepamiršti, kad į pavyzdį įtrauktos užduotys neatspindi visų įgūdžių ir turinio klausimų, kurie bus tikrinami atliekant visos Rusijos bandomąjį darbą. Pilnas turinio elementų ir gebėjimų, kuriuos galima išbandyti darbe, sąrašas pateikiamas turinio elementų kodifikatoriuje ir absolventų parengimo lygiui keliamų reikalavimų biologijos kompaktiniam diskui kurti. Pavyzdinio bandomojo darbo tikslas – susidaryti idėją apie VPR struktūrą, užduočių skaičių ir formą bei sudėtingumo lygį.

1. Eksperimento metu eksperimentuotojas apšvietė dalį lašo su jame esančiomis amebomis. Po trumpo laiko pirmuonys pradėjo aktyviai judėti viena kryptimi.

1.1. Kokią organizmų savybę parodo eksperimentas?

Paaiškinimas: yra 7 gyvų organizmų savybės (būtent šiomis savybėmis gyvi daiktai skiriasi nuo negyvųjų): mityba, kvėpavimas, dirglumas, judrumas, išsiskyrimas, dauginimasis, augimas. Amebos juda iš šviesios lašo dalies į tamsiąją, nes reaguoja į šviesą, tai yra, mes pasirenkame savybę – dirglumą.

Atsakymas: dirglumas.

1.2. Pateikite panašaus reiškinio augaluose pavyzdį.

Paaiškinimas: čia galime parašyti bet kokį augalų reakcijos (dirglumo pasireiškimo) pavyzdį.

Atsakymas: gaudymo aparato uždarymas mėsėdžiuose augaluose ARBA lapų pasukimas į saulę arba saulėgrąžų judėjimas dienos metu po saulės ARBA stiebų lenkimas dėl kraštovaizdžio (aplinkos) pokyčių.

2. Miško pakraštyje gyvena ir sąveikauja daug augalų, gyvūnų, grybų ir mikroorganizmų. Apsvarstykite grupę, kurią sudaro angis, erelis, ežiukas, gyvas driežas ir žiogas. Atlikite užduotis.

2.1. Pažymėkite objektus, pavaizduotus nuotraukose ir brėžinyje, įtrauktus į aukščiau pateiktą grupę.

1 - gyvas driežas

2 - angis

3 - ežiuko komanda

4 - paprastasis amūras

5 - erelis

2.2. Klasifikuokite šiuos organizmus pagal jų vietą maisto grandinėje. Kiekviename langelyje užrašykite vieno iš grupės objektų numerį arba pavadinimą.

Maisto grandinė: ežiukas – paprastasis amūras – gyvas driežas – angis – erelis.

Paaiškinimas: pradedame maisto grandinę nuo gamintojo (žaliasis augalas - organinių medžiagų gamintojas) - ežiukas, tada 1-os eilės vartotojas (vartotojai vartoja organines medžiagas ir turi keletą užsakymų) - paprastasis amūras, gyvasveislis (2 eilės vartotojas) , angis (3 eilės vartotojas), erelis (4 eilės vartotojas).

2.3. Kaip ežių skaičiaus mažinimas komandoje paveiks erelių skaičių? Pagrįskite savo atsakymą.

Atsakymas: mažėjant ežių skaičiui komandoje, mažėja visų vėlesnių komponentų ir galiausiai erelių, tai yra, mažėja erelių skaičius.

3. Pažiūrėkite į paveikslėlį, kuriame pavaizduota anglies ciklo gamtoje diagrama. Nurodykite medžiagos pavadinimą, nurodytą klaustuku.

Paaiškinimas: Klaustukas žymi anglies dioksidą (CO2), nes CO2 susidaro degant, kvėpuojant ir skaidant organines medžiagas, o fotosintezės metu susidaro (ir taip pat ištirpsta vandenyje).

Atsakymas: anglies dioksidas (CO2).

4. Petras sumaišė vienodus kiekius fermento ir jo substrato 25 mėgintuvėliuose. Vamzdžiai buvo palikti tam pačiam laikui skirtingose ​​​​temperatūrose ir išmatuotas reakcijos greitis. Remdamasis eksperimento rezultatais, Piteris sukonstravo grafiką (x ašis rodo temperatūrą (celsijaus laipsniais), y ašis – reakcijos greitį (savavališkais vienetais).

Apibūdinkite fermentinės reakcijos greičio priklausomybę nuo temperatūros.

Atsakymas: kai temperatūra pakyla iki 30C, reakcijos greitis didėja, vėliau pradeda mažėti. Optimali temperatūra yra 38 C.

5. Nustatyti biologinių sistemų elementų pavaldumo seką, pradedant nuo didžiausio.

Trūksta elementų:

1 asmuo

2. Bicepsas

3. Raumenų ląstelė

4. Ranka

5. Amino rūgštis

6. Aktino baltymas

Užrašykite atitinkamą skaičių seką.

Paaiškinimas: išdėstomi elementai pradedant aukščiausiu lygiu:

žmogus yra organizmas

ranka – vargonai

bicepsas – audinys

raumenų ląstelė – ląstelinė

aktino baltymas - molekulinis (baltymai susideda iš aminorūgščių)

aminorūgštis – molekulinė

Atsakymas: 142365.

6. Baltymai atlieka daug svarbių funkcijų žmogaus ir gyvūnų organizme: aprūpina organizmą statybine medžiaga, yra biologiniai katalizatoriai arba reguliatoriai, suteikia judėjimą, šiek tiek perneša deguonį. Kad organizmas nepatirtų problemų, žmogui per dieną reikia 100-120 g baltymų.

6.1. Naudodamiesi lentelės duomenimis, apskaičiuokite baltymų kiekį, kurį žmogus gavo per vakarienę, jei jo racione buvo: 20 g duonos, 50 g grietinės, 15 g sūrio ir 75 g menkės. Atsakymą suapvalinkite iki sveikų skaičių.

Paaiškinimas: 100 g duonos yra 7,8 g baltymų, tada 20 g duonos yra 5 kartus mažiau baltymų - 1,56 g. 100 g grietinės yra 3 g baltymų, tada 50 g yra 2 kartus mažiau - 1,5 g. 100 g sūrio - 20 g baltymų, 15 g sūrio - 3 g, 100 g menkės - 17,4 g baltymų, 75 g menkės - 13,05 g.

Iš viso: 1,56 + 1,5 + 3 + 13,05 = 19,01 (tai yra maždaug lygus 19).

Atsakymas: 19

ARBA

6.1.Asmuo išgėrė puodelį stiprios kavos, kurioje buvo 120 mg kofeino, kuris visiškai pasisavino ir tolygiai pasiskirstė kraujyje ir kituose kūno skysčiuose. Tiriamo žmogaus kūno skysčių tūris gali būti lygus 40 litrų. Apskaičiuokite, kiek laiko po vartojimo (valandomis) kofeinas nustos veikti šį asmenį, jei kofeinas nustos veikti esant 2 mg/l koncentracijai, o jo koncentracija sumažėja 0,23 mg per valandą. Atsakymą suapvalinkite iki dešimtųjų.

Paaiškinimas: 120 mg kofeino žmogaus organizme pasiskirstė 40 litrų tūryje, tai yra koncentracija tapo 3 mg/l. Esant 2 mg/l koncentracijai, kofeinas nustoja veikti, tai yra, veiksmingas tik 1 mg/l. Norėdami sužinoti valandų skaičių, 1 mg/l padalinkite iš 0,23 mg (koncentracijos sumažėjimas per valandą), gauname 4,3 val.

Atsakymas: 4,3 valandos.

6.2. Įvardykite vieną iš virškinimo sistemos liaukų gaminamų fermentų:

Atsakymas: skrandžio sienelės gamina pepsiną, kuris rūgščioje aplinkoje skaido baltymus į dipeptidus. Lipazė skaido lipidus (riebalus). Nukleazės skaido nukleino rūgštis. Amilazė skaido krakmolą. Maltazė suskaido maltozę į gliukozę. Laktazė skaido laktozę į gliukozę ir galaktozę. Reikia parašyti vieną fermentą.

7. Nustatyti išvardytų ligų kilmę. Užrašykite kiekvienos ligos numerius sąraše atitinkamoje lentelės langelyje. Lentelės langeliuose galima įrašyti kelis skaičius.

Žmonių ligų sąrašas:

1. Hemofilija

2. Vėjaraupiai

3. Skorbutas

4. Miokardo infarktas

5. Cholera

Paaiškinimas: CDF žr. Žmonių ligos

8. Medicininėje genetikoje plačiai taikomas genealoginis metodas. Jis pagrįstas asmens kilmės knygos sudarymu ir tam tikros savybės paveldėjimo tyrimu. Tokiuose tyrimuose naudojami tam tikri užrašai. Ištirkite vienos giminės, kurios kai kurie nariai turi susiliejusią ausies spenelį, šeimos medžio fragmentą.

Naudodami siūlomą schemą nustatykite, ar šis požymis yra dominuojantis ar recesyvinis ir ar jis susijęs su lytinėmis chromosomomis.

Paaiškinimas: bruožas yra recesyvinis, nes pirmoje kartoje jis visai nepasireiškia, o antroje kartoje pasireiškia tik 33% vaikų. Šis bruožas nėra susijęs su lytimi, nes pasireiškia tiek berniukams, tiek mergaitėms.

Atsakymas: recesyvinis, nesusijęs su lytimi.

9. Vladimiras visada norėjo turėti šiurkščius plaukus, kaip ir jo tėtis (dominuojanti savybė (A)). Bet jo plaukai buvo švelnūs, kaip ir mamos. Pagal plaukų kokybę nustatykite šeimos narių genotipus. Įveskite atsakymus į lentelę.

Paaiškinimas: švelnūs plaukai yra recesyvinis požymis (a), tėvas yra heterozigotinis šiam požymiui, nes sūnus yra homozigotinis recesyvas (aa), kaip ir motina. Tai yra:

R: Aa x aa

G: Ak, a x a

F1: Aa – 50 % vaikų šiurkščiaplaukių

aa - 50% vaikų su švelniais plaukais.

Atsakymas:

Motina	tėvas	Sūnus
ahh	Ahh	ahh

10. Jekaterina nusprendė duoti kraujo kaip donorė. Paimant kraują paaiškėjo, kad Kotryna turi III grupę. Jekaterina žino, kad jos mama turi I kraujo grupę.

10.1. Kokio kraujo rūšį galėjo turėti Kotrynos tėvas?

Paaiškinimas: remiantis lentelės duomenimis, Kotrynos tėvas gali turėti III ar IV kraujo grupę.

Atsakymas: III arba IV.

10.2. Remdamiesi kraujo perpylimo taisyklėmis, nustatykite, ar Catherine gali būti kraujo donore savo tėvui.

Paaiškinimas: Jekaterina, turinti I kraujo grupę, yra universali donorė (jei sutampa Rh faktoriai), tai yra, iš jos galima perpilti kraują tėčiui.

Atsakymas: galbūt.

11. Paveiksle pavaizduoto organelio funkcija – organinių medžiagų oksidacija ir energijos kaupimas ATP sintezės metu. Šio organelio vidinė membrana vaidina svarbų vaidmenį šiuose procesuose.

11.1. Koks šios organelės pavadinimas?

Atsakymas: Nuotraukoje pavaizduota mitochondrija.

11.2. Paaiškinkite, kaip vidinės membranos sandarumas organelėje yra susijęs su jos atliekama funkcija.

Atsakymas: vidinės membranos klosčių pagalba padidina organelių vidinį paviršių ir gali oksiduotis didesnis kiekis organinių medžiagų, taip pat didesnį kiekį ATP gali pagaminti ATP sintazės – fermentiniai kompleksai, kurie gamina. energijos ATP (pagrindinės energijos molekulės) pavidalu.

12. MRNR fragmento seka yra tokia:

UGCGAAUGUUUUGTSUG

Nustatykite DNR sekcijos, kuri buvo šios RNR molekulės sintezės šablonas, seką ir baltymo, kurį koduoja šis mRNR fragmentas, seką. Atlikdami užduotį naudokite komplementarumo taisyklę ir genetinio kodo lentelę.

Lentelės naudojimo taisyklės

Pirmasis tripleto nukleotidas paimtas iš kairės vertikalios eilės; antrasis – iš viršutinės horizontalios eilės ir trečias – iš dešinės vertikalios eilės. Ten, kur susikerta linijos, einančios iš visų trijų nukleotidų, yra norima aminorūgštis.

Paaiškinimas: padalykite seką į tripletus (kiekvienas po tris nukleotidus): UGC GAA UGU UUG TsUG. Įrašykime atitinkamą nukleotidų seką DNR (atvirkštinė komplementari nukleotidų seka, atsižvelgiant į tai, kad A-T (RNR U), G-C.

Tai yra, DNR grandinė: ACG CTT ACA AAU GAU.

Naudodamiesi RNR seka, randame atitinkamą aminorūgščių seką. Pirmoji aminorūgštis yra cis, tada glu, cis, leu, leu.

Baltymai: cis-glu-cis-ley-ley.

12.3. Iššifruojant pomidorų genomą buvo nustatyta, kad DNR molekulės fragmente timino dalis yra 20 proc. Naudodami Chargaffo taisyklę, kuri apibūdina kiekybinius ryšius tarp skirtingų tipų azoto bazių DNR (G+T = A+C), apskaičiuokite nukleotidų su citozinu kiekį (%) šiame mėginyje.

Paaiškinimas: jei timino kiekis yra 20%, tai adenino kiekis taip pat yra 20% (nes jie papildo vienas kitą). 60% lieka guaninui ir citozinui (100 - (20 + 20)), tai yra po 30%.

Atsakymas: citozinas sudaro 30 proc.

13. Šiuolaikinė evoliucijos teorija gali būti pavaizduota kaip tokia diagrama.

Atsakymas: tikriausiai žirafos protėviai turėjo skirtingą kaklo ilgį, bet kadangi žirafoms reikėjo pasiekti aukštai augančius žalius lapus, išliko tik žirafos ilgu kaklu, tai yra tinkamiausios (šis bruožas buvo siejamas iš kartos į kartą, tai lėmė genetinės populiacijos sudėties pokyčius). Taigi natūralios atrankos metu išliko tik ilgiausią kaklą turintys individai, o kaklo ilgis palaipsniui didėjo.

14. Paveikslėlyje pavaizduota kordaitė – išnykęs sumedėjęs gimnasėklių augalas, gyvenęs prieš 370–250 mln.

Naudodami geochronologinės lentelės fragmentą, nustatykite epochą ir laikotarpius, kuriais šis organizmas gyveno. Kokie augalai buvo galimi jų protėviai?

Geochronologinė lentelė

Paaiškinimas: Gimnosėkliai tikriausiai atsirado paleozojaus eroje. laikotarpiai: permas, karbonas (galbūt devonas). Jie atsirado iš medžių paparčių (paleozojaus epochoje klestėjo primityvesni augalai, o mezozojaus eroje plačiai paplito ir klestėjo gimnasėkliai).

Era: paleozojaus

Laikotarpiai: permas, karbonas, devonas

Galimi protėviai: medžių paparčiai

2 018 Rusijos Federacijos federalinė švietimo ir mokslo priežiūros tarnyba

Šokinėjimo genai

Praėjusio amžiaus viduryje amerikiečių tyrinėtoja Barbara McClintock atrado nuostabius genus kukurūzuose, kurie gali savarankiškai pakeisti savo padėtį chromosomose. Dabar jie vadinami „šokinėjančiais genais“ arba perkeliamais (mobiliais) elementais. Atradimas ilgą laiką nebuvo pripažintas, mobiliuosius elementus laikant unikaliu reiškiniu, būdingu tik kukurūzams. Tačiau būtent už šį atradimą McClintock 1983 metais buvo apdovanotas Nobelio premija – šiandien šokinėjimo genai buvo rasti beveik visose tirtose gyvūnų ir augalų rūšyse.

Iš kur atsirado šokinėjimo genai, ką jie veikia ląstelėje, ar jie naudingi? Kodėl turėdami genetiškai sveikus tėvus Drosophila vaisinių muselių šeima dėl šokinėjančių genų gali dažnai susilaukti mutantų palikuonių ar net būti bevaikė? Koks yra šokinėjančių genų vaidmuo evoliucijoje?

Reikia pasakyti, kad genai, užtikrinantys ląstelių funkcionavimą, išsidėstę chromosomose tam tikra tvarka. Dėl to buvo galima sudaryti daugelio vienaląsčių ir daugialąsčių organizmų rūšių vadinamuosius genetinius žemėlapius. Tačiau tarp genų yra daug daugiau genetinės medžiagos nei juose! Kokį vaidmenį atlieka ši „balastinė“ DNR dalis, iki galo nenustatyta, tačiau būtent čia dažniausiai randami mobilūs elementai, kurie ne tik patys juda, bet ir gali su savimi pasiimti gretimus DNR fragmentus.

Iš kur atsiranda šokinėjimo genai? Daroma prielaida, kad bent dalis jų yra kilę iš virusų, nes kai kurie judrūs elementai gali sudaryti virusines daleles (pavyzdžiui, čigonų judrusis elementas vaisinėje muselėje Drosophila melanogaster). Kai kurie mobilieji elementai genome atsiranda per vadinamuosius horizontalus perkėlimas iš kitų rūšių. Pavyzdžiui, nustatyta, kad mobilusis valkata-elementas (išvertus į rusų kalbą vadinamas valkata) Drosophila melanogaster pakartotinai įtrauktas į šios rūšies genomą. Yra versija, kad kai kurios reguliuojamosios DNR dalys taip pat gali turėti savarankiškumą ir tendenciją „valgyti“.

Naudingas balastas

Kita vertus, dauguma šokinėjančių genų, nepaisant pavadinimo, elgiasi tyliai, nors sudaro penktadalį visos genetinės medžiagos. Drosophila melanogaster arba beveik pusė žmogaus genomo.

Aukščiau minėtas DNR perteklius turi savo pranašumą: balastinė DNR (įskaitant pasyvius mobiliuosius elementus) nukenčia, jei į genomą patenka svetima DNR. Tikimybė, kad naujas elementas bus integruotas į naudingą geną ir taip sutrikdys jo funkciją, sumažėja, jei balastinės DNR yra daug daugiau nei reikšmingos DNR.

Tam tikras DNR perteklius naudingas taip pat, kaip ir raidžių „perteklius“ žodžiuose: rašome „Maria Ivanovna“, bet sakome „Marivan“. Kai kurios raidės neišvengiamai prarandamos, bet prasmė išlieka. Tas pats principas veikia ir atskirų aminorūgščių reikšmės lygmenyje baltymo-fermento molekulėje: griežtai išsaugoma tik aminorūgščių seka, kuri sudaro aktyvųjį centrą. Taigi, skirtinguose lygiuose atleidimas yra tam tikras buferis, suteikiantis sistemos stiprumo rezervą. Taip mobilieji elementai, praradę mobilumą, pasirodo, nėra nenaudingi genomui. Kaip sakoma, „iš plonos avies bent kuokštelis vilnos“, nors galbūt čia labiau tiktų kita patarlė – „kiekvienas basas iš eilės“.

Mobilieji elementai, išlaikę galimybę šokinėti, juda išilgai Drosophila chromosomų 10–2–10–5 dažniu vienam genui per kartą, priklausomai nuo elemento tipo, genetinio fono ir išorinių sąlygų. Tai reiškia, kad vienas iš šimto šokinėjančių genų ląstelėje gali pakeisti savo padėtį po kito ląstelės dalijimosi. Dėl to po kelių kartų judriųjų elementų pasiskirstymas išilgai chromosomos gali labai smarkiai pasikeisti.

Šį pasiskirstymą patogu tirti politeninėse (daugiagrandėse) chromosomose iš Drosophila lervų seilių liaukų. Šios chromosomos yra daug kartų storesnės nei įprastai, o tai labai supaprastina jų tyrimą mikroskopu. Kaip gaunamos tokios chromosomos? Seilių liaukų ląstelėse kiekvienos chromosomos DNR dauginasi, kaip ir normaliai dalijantis ląstelėms, tačiau pati ląstelė nesidalija. Dėl to ląstelių skaičius liaukoje nekinta, tačiau per 10-11 ciklų kiekvienoje chromosomoje susikaupia keli tūkstančiai vienodų DNR grandžių.

Iš dalies dėl politeno chromosomų Drosophila šokinėjimo genai yra geriau ištirti nei kitų daugialąsčių organizmų. Dėl šių tyrimų paaiškėjo, kad net toje pačioje Drosophila populiacijoje sunku rasti du individus, kurių chromosomos būtų vienodos perkeliamų elementų pasiskirstymo. Neatsitiktinai manoma, kad daugumą spontaniškų Drosophila mutacijų sukelia šių „šokėjų“ judėjimas.

Pasekmės gali būti įvairios...

Remiantis jų poveikiu genomui, aktyvius judrius elementus galima suskirstyti į kelias grupes. Kai kurie iš jų atlieka genomui itin svarbias ir naudingas funkcijas. Pavyzdžiui, telomerinis DNR, esanti Drosophila chromosomų galuose, susideda iš specialių mobilių elementų. Ši DNR yra nepaprastai svarbi - jos praradimas reiškia visos chromosomos praradimą ląstelių dalijimosi metu, o tai lemia ląstelių mirtį.

Kiti mobilieji elementai yra tiesioginiai „kenkėjai“. Bent jau šiuo metu jie taip laikomi. Pavyzdžiui, mobilieji R2 klasės elementai gali būti specialiai įtraukti į nariuotakojų genus, koduojančius vieną iš ribosomų baltymų, ląstelių baltymų sintezės „gamyklas“. Tokių sutrikimų turintys asmenys išgyvena tik todėl, kad genome yra pažeista tik dalis daugelio šiuos baltymus koduojančių genų.

Taip pat yra judrių elementų, kurie juda tik reprodukciniuose audiniuose, gaminančiuose lytines ląsteles. Tai paaiškinama tuo, kad skirtinguose audiniuose tas pats judrus elementas gali gaminti judėjimui reikalingas fermentų baltymų molekules, kurios skiriasi ilgiu ir funkcija.

Pastarojo pavyzdys yra P elementas Drosophila melanogaster, kuris į savo natūralias populiacijas pateko per horizontalų perdavimą iš kitos Drosophila rūšies ne daugiau kaip prieš šimtą metų. Tačiau dabar Žemėje beveik nėra gyventojų Drosophila melanogaster, kuriame P elementas nebūtų rastas. Pažymėtina, kad dauguma jo kopijų yra brokuotos, be to, beveik visur buvo rasta ta pati defekto versija. Pastarojo vaidmuo genome yra unikalus: jis „netoleruoja“ savo bičiulių ir atlieka represoriaus vaidmenį, blokuodamas jų judėjimą. Taigi Drosophila genomo apsaugą nuo „svetimo“ šuolių iš dalies gali atlikti jo paties dariniai.

Svarbiausia pasirinkti tinkamus tėvus!

Dauguma mobiliųjų elementų šuolių neturi įtakos Drosophila išvaizdai, nes jie atsiranda ant balastinės DNR, tačiau yra ir kitų situacijų, kai jų aktyvumas smarkiai padidėja.

Keista, bet galingiausias veiksnys, skatinantis šokinėjančių genų judėjimą, yra prasta tėvų atranka. Pavyzdžiui, kas atsitiks, jei sukryžminsite pateles iš laboratorinės populiacijos? Drosophila melanogaster, kurie neturi P elemento (nes jų protėviai buvo pagauti iš gamtos maždaug prieš šimtą metų), o patinai neša P elementą? Hibriduose dėl greito judriojo elemento judėjimo gali atsirasti daug įvairių genetinių sutrikimų. Šį reiškinį, vadinamą hibridine disgeneze, sukelia tai, kad motinos citoplazmoje nėra represoriaus, kuris uždraustų perkeliamo elemento judėjimą.

Taigi, jei jaunikis iš populiacijos A ir nuotakos iš populiacijos B gali sukurti daugiavaikes šeimas, tai ne visada yra priešingai. Genetiškai sveikų tėvų šeima gali susilaukti daug mutantų ar nevaisingų palikuonių ar net būti bevaikė, jei tėvo ir motinos genome yra skirtingas judriųjų elementų rinkinys. Ypač daug pažeidimų atsiranda, jei eksperimentas atliekamas 29° C temperatūroje. Išorinių veiksnių įtaka, esanti ant genetinio fono, sustiprina genomo neatitikimo efektą, nors patys vieni šie veiksniai (netgi jonizuojanti spinduliuotė) nepajėgūs. sukelti tokius didžiulius mobiliųjų elementų judesius.

Panašūs įvykiai Drosophila melanogaster gali atsirasti dalyvaujant kitoms mobiliųjų elementų šeimoms.

„Mobilioji“ evoliucija

Ląstelių genomą galima laikyti savotiška nuolatinių ir laikinų narių ekosistema, kurioje kaimynai ne tik sugyvena, bet ir sąveikauja tarpusavyje. Šeimininkų genų sąveika su judriais elementais dar menkai suprantama, tačiau galima duoti daug rezultatų – nuo ​​organizmo žūties svarbio geno pažeidimo atveju iki anksčiau pažeistų funkcijų atkūrimo.

Pasitaiko, kad patys šokinėjantys genai sąveikauja tarpusavyje. Taigi žinomas imunitetą primenantis reiškinys, kai mobilusis elementas negali prasiskverbti arti jau esančio. Tačiau ne visi mobilieji elementai yra tokie subtilūs: pavyzdžiui, P elementai gali lengvai prasiskverbti vienas į kitą ir ištraukti kitus žaidėjus iš žaidimo.

Be to, genome yra tam tikra mobiliųjų elementų skaičiaus savireguliacija. Faktas yra tas, kad mobilieji elementai gali keistis homologiniais regionais vienas su kitu - šis procesas vadinamas rekombinacija. Dėl tokios sąveikos mobilieji elementai, priklausomai nuo jų orientacijos, gali prarasti ( ištrynimas) arba išplėsti ( inversija) tarp jų išsidėstę šeimininko DNR fragmentai. Jei prarandama reikšminga chromosomos dalis, genomas mirs. Inversijos ar nedidelės delecijos atveju sukuriama chromosomų įvairovė, kuri laikoma būtina evoliucijos sąlyga.

Jei vyksta rekombinacijos tarp judrių elementų, esančių skirtingose ​​chromosomose, susidaro chromosomų persitvarkymai, kurie vėlesnio ląstelių dalijimosi metu gali sukelti genomo disbalansą. O nesubalansuotas genomas, kaip ir nesubalansuotas biudžetas, yra padalintas labai prastai. Taigi nesėkmingų genomų mirtis yra viena iš priežasčių, kodėl aktyvūs judrūs elementai neužpildo chromosomų neribotą laiką.

Kyla natūralus klausimas: kiek reikšmingas mobiliųjų elementų indėlis į evoliuciją? Pirma, dauguma mobiliųjų elementų yra įvedami, grubiai tariant, visur, kur jie turi būti, todėl jie gali pažeisti arba pakeisti geno, į kurį jie yra įvesti, struktūrą ar reguliavimą. Tada natūrali atranka atmeta nesėkmingus variantus, o sėkmingi variantai su prisitaikančiomis savybėmis yra fiksuojami.

Jei mobiliojo elemento įvedimo pasekmės pasirodys neutralios, šis variantas gali išlikti populiacijoje, suteikdamas tam tikrą genų struktūros įvairovę. Tai gali praversti nepalankiomis sąlygomis. Teoriškai, masiškai judant mobiliesiems elementams, mutacijos vienu metu gali atsirasti daugelyje genų, kurios gali būti labai naudingos smarkiai pasikeitus gyvenimo sąlygoms.

Taigi, apibendrinant: genome yra daug mobiliųjų elementų ir jie yra skirtingi; jie gali sąveikauti tiek tarpusavyje, tiek su šeimininko genais; gali pakenkti ir būti nepakeičiamas. Genomo nestabilumas, kurį sukelia judrių elementų judėjimas, gali baigtis tragiškai individui, tačiau gebėjimas greitai keistis yra būtina sąlyga populiacijos ar rūšies išlikimui. To dėka sukuriama įvairovė, kuri yra natūralios atrankos ir vėlesnių evoliucinių transformacijų pagrindas.

Galima nubrėžti analogiją tarp šokinėjančių genų ir imigrantų: vieni imigrantai ar jų palikuonys tampa lygiaverčiais piliečiais, kitiems išduodami leidimai gyventi, o kiti – nesilaikantys įstatymų – ištremiami arba įkalinami. O masinės žmonių migracijos gali greitai pakeisti pačią valstybę.

Literatūra

Ratner V. A., Vasilyeva L. A. Mobiliųjų genetinių elementų transpozicijų indukcija streso įtaka. Rusiškas įrišimas. 2000 m.

Gvozdevas V. A. Mobili eukariotų DNR // Soroso edukacinis žurnalas. 1998. Nr.8.

2011-09-05, 09:36, Limarevas pasakė:

Limarevas V.N.

Žmogaus genomo dekodavimas.

Fragmentas iš L. G. knygos. Puchko: „Radietinis žmogaus pažinimas“

Genomo iššifravimo problemai išspręsti buvo surengtas tarptautinis projektas „žmogaus genomas“, kurio biudžetas siekė milijardus dolerių.

Iki 2000 m. žmogaus genomas buvo praktiškai suplanuotas. Genai buvo suskaičiuoti, identifikuoti ir įrašyti į duomenų bazes. Tai didžiuliai informacijos kiekiai.

Žmogaus genomo įrašymas skaitmenizuota forma užima apie 300 terabaitų kompiuterio atminties, o tai prilygsta 3 tūkstančiams 100 gigabaitų talpos kietųjų diskų.

Tai paaiškėjo. Kad žmogus turi ne šimtus tūkstančių, kaip manyta anksčiau, o kiek daugiau nei 30 tūkstančių genų. Musė turi vaisinių muselių, jų tik perpus mažiau – apie 13 tūkstančių, o pelės – beveik tiek pat, kiek ir žmogus. Iššifruotame genome yra tik apie 1% genų, būdingų tik žmogui. Didžiąją dalį DNR spiralės, kaip paaiškėjo, užima ne genai, o vadinamosios „tuščios sekcijos“, kuriose genai tiesiog nėra užkoduoti, taip pat vienas po kito kartojasi dvigubi fragmentai, prasmė ir prasmė. kas neaišku.

Žodžiu, genai pasirodė net ne gyvybės statybinės medžiagos, o tik plano, pagal kurį statomas kūno pastatas, elementai. Statybiniai blokai, kaip paprastai buvo manoma prieš genetikos iškilimą, yra baltymai.

Tapo visiškai akivaizdu, kad 1% genų, būdingų tik žmogui, negali užkoduoti tokio didžiulio informacijos kiekio, kuris skiria žmogų nuo pelės. Kur saugoma visa informacija? Daugeliui mokslininkų tampa nepaneigiamas faktas, kad be dieviškojo principo neįmanoma paaiškinti žmogaus prigimties. Nemažai mokslininkų teigia, kad, remiantis esamomis idėjomis apie žmogaus kūną, žmogaus genomo iššifruoti iš esmės neįmanoma.

Pasaulis nėra žinomas – jis pažįstamas (mano komentarai prie straipsnio).

1) Apsvarstykite fragmentą: „Be dieviškojo principo neįmanoma paaiškinti žmogaus prigimties“.

Aukščiau pateikta informacija jokiu būdu to nenurodo.

Genomas iš tikrųjų turi sudėtingesnę struktūrą, nei manyta anksčiau.

Bet juk straipsnyje minimas kompiuteris susideda ne tik iš atminties ląstelių.

Kompiuteris turi dvi atmintis: ilgalaikę ir veikiančią, taip pat procesorių, kuriame apdorojama informacija. Elektromagnetinis laukas taip pat dalyvauja apdorojant informaciją. Norint iššifruoti genomo informaciją, reikia suprasti, kaip ji vyksta, ne tik informacijos saugojimą, bet ir jos apdorojimą. Taip pat pripažįstu mintį, kad dalis informacijos saugoma įrašyta per elektromagnetinį lauką. Ir taip pat už žmogaus ribų, kaip jau rašiau, specialiuose Aukščiausiojo proto informacijos centruose.

Įsivaizduokite ištisinį tekstą, užkoduotą dvejetainiu kodu 0 arba 1 Morzės abėcėlėje, kol nežinote, kokia kalba jis parašytas (anglų ar prancūzų...) ir nežinote, kad šis tęstinis tekstas susideda iš žodžių, sakinių. , pastraipos, skyriai, tomai, lentynos, spintelės ir kt.

Biologijoje beveik tas pats, tik čia viskas užkoduota keturženkliu kodu ir mes iki šiol iššifravome elementariųjų genų tvarką + - / *, bet nemokame kalbos ir atitinkamai žodžiai, sakiniai, pastraipos, skyriai, tomai, lentynos, spintelės ir kt. Mums iššifruotas genomas vis dar yra tvirtas 4 laipsnių kodo tekstas ir beveik neįmanoma viso to ištirti.

Bet pasirodo, kad tam tikrais laikotarpiais (tiek individe, tiek jo kartų kohortoje, tiek rūšyje, gentyje) kai kurie genai ir jų kompleksai (atsakingi už žodžius, sakinius, pastraipas, skyrius, tomus, lentynas, spinteles ir kt. .) yra aktyvūs , o kitais evoliucijos laikotarpiais yra pasyvūs, kuriuos netiesiogiai nulemiau įvairiomis poligeninėmis savybėmis (kaip parodyta temoje Bendrasis periodinis evoliucijos dėsnis).

Šiuo metu yra tik du metodai genams tirti, tai yra paprastas laboratorinis mėginio genų sumos (DNR) apskaičiavimas ir yra prietaisas, skaičiuojantis pagamintos baltymo RNR kiekį. prilipo prie pagaminto elektroninio lusto specifinės DNR, bet kadangi bet kuriuo metu yra aktyvus didžiulis DNR kiekis ir atitinkamai per RNR gaminamas didžiulis kiekis skirtingų baltymų, labai sunku atskirti „šiuos makaronus šaukštu, šakute ir japoniškomis lazdelėmis“. šią sriubą ir raskite tai, ko ieškote – raskite priežasties ir pasekmės ryšius tarp specifinės DNR (kaip DNR komplekso) ir jos įtakos poligeniniam bruožui.

Atrodo, radau paprastą metodą, kaip surūšiuoti visą šią DNR, RNR ir jų baltymų, lemiančių poligeniškumo laipsnį, sriubą.

Kaip paaiškėjo, kiekvienas poligeninis požymis individo evoliucijos tvarka (kartų kohorta, rūšis ir gentis) yra periodiškas, todėl turi būti periodiškas RNR ir DNR veikloje, todėl tereikia surasti (pirmiausia). einant į genetines detales) koreliacija tarp metrinio poligeninio požymio pokyčio (individui, kartų kohortai, rūšiai, genčiai...) ir atitinkamo RNR, DNR aktyvumo, proporcingo šiems laikotarpiams.

Leidykla „BINOM. Žinių laboratorija išleidžia genetiko Craigo Venterio atsiminimų knygą „Gyvenimas iššifruotas“. Craigas Venteris yra žinomas dėl savo darbų, susijusių su žmogaus genomo skaitymu ir iššifravimu. 1992 m. jis įkūrė Genomo tyrimų institutą (TIGR). 2010 metais Venteris sukūrė pirmąjį pasaulyje dirbtinį organizmą – sintetinę bakteriją Mycoplasma laboratorium. Kviečiame perskaityti vieną iš knygos skyrių, kuriame Craigas Venteris pasakoja apie 1999–2000 m. darbus, siekiant sekvenuoti musės Drosophila genomo.

Pirmyn ir tik pirmyn

Pamatiniai paveldimumo aspektai, mūsų nuostabai, pasirodė gana paprasti, todėl buvo vilties, kad galbūt gamta nėra tokia nepažinta, o jos nesuprantamumas, ne kartą skelbiamas įvairių žmonių, tėra dar viena iliuzija, mūsų neišmanymo vaisius. . Tai mus nuteikia optimistiškai, nes jei pasaulis būtų toks sudėtingas, kaip teigia kai kurie mūsų draugai, biologija neturėtų jokių šansų tapti tiksliuoju mokslu.

Tomas Huntas Morganas. Fizinis paveldimumo pagrindas

Daugelis žmonių manęs klausė, kodėl iš visų mūsų planetos būtybių pasirinkau vaisinę musę; kiti stebėjosi, kodėl iš karto neperėjau prie žmogaus genomo iššifravimo. Esmė ta, kad mums reikėjo pagrindo būsimiems eksperimentams, norėjome įsitikinti savo metodo teisingumu prieš išleisdami beveik 100 milijonų dolerių žmogaus genomo sekos nustatymui.

Mažoji vaisinė muselė vaidino didžiulį vaidmenį vystant biologiją, ypač genetiką. Drosophila gentis apima įvairias muses – acto, vyno, obuolių, vynuogių, vaisių – iš viso apie 26 šimtus rūšių. Tačiau ištarkite žodį „drosophila“ ir bet kuris mokslininkas iškart pagalvos apie vieną konkrečią rūšį – Drosophilamelanogaster. Kadangi ši mažytė muselė dauginasi greitai ir lengvai, ji tarnauja kaip pavyzdinis organizmas evoliuciniams biologams. Ją jie naudoja siekdami nušviesti kūrimo stebuklą – nuo ​​apvaisinimo momento iki suaugusio organizmo atsiradimo. Drosofilos dėka buvo padaryta daug atradimų, įskaitant homeobokso turinčius genus, reguliuojančius bendrą visų gyvų organizmų struktūrą.

Kiekvienas genetikos studentas yra susipažinęs su Amerikos genetikos tėvo Thomaso Hunto Morgano eksperimentais su Drosophila. 1910 metais tarp įprastų raudonakių musių jis pastebėjo mutantų patinus baltomis akimis. Jis sukryžmino baltaakį patiną su raudonakėmis patele ir nustatė, kad jų palikuonys buvo raudonakės: baltaakis pasirodė esantis recesyvinis požymis, o dabar žinome, kad norint, kad musės turėtų baltas akis, reikia dviejų kopijų. baltų akių geno, po vieną iš kiekvieno iš tėvų. Toliau kryžmindamas mutantus, Morganas išsiaiškino, kad baltų akių bruožą turi tik vyrai, ir padarė išvadą, kad šis bruožas buvo susijęs su lytine chromosoma (Y chromosoma). Morganas ir jo mokiniai tyrinėjo paveldimus vaisinių muselių bruožus. Šiandien eksperimentai su Drosophila atliekami molekulinės biologijos laboratorijose visame pasaulyje, kur daugiau nei penki tūkstančiai žmonių tiria šį nedidelį vabzdį.

Drosophila svarbą sužinojau iš pirmų rankų, kai panaudojau jos cDNR genų bibliotekas adrenalino receptoriams tirti ir atradau jų atitikmenį musės – oktopamino receptoriuose. Šis atradimas parodė musės ir žmogaus nervų sistemos evoliucinio paveldimumo bendrumą. Bandydamas suprasti žmogaus smegenų cDNR bibliotekas, radau panašių funkcijų genų, kompiuteriniu būdu palygindamas žmogaus genus su Drosophila genais.

Drosophila genų sekos nustatymo projektas prasidėjo 1991 m., kai Jerry Rubinas iš Kalifornijos universiteto Berklyje ir Allenas Spradlingas iš Carnegie instituto nusprendė, kad laikas imtis šios užduoties. Iki 1998 m. gegužės mėn. 25% sekų jau buvo užbaigta, ir aš pateikiau pasiūlymą, kuris, Rubino teigimu, buvo „per geras, kad jį praleistume“. Mano idėja buvo gana rizikinga: tūkstančiams vaisinių muselių tyrinėtojų iš skirtingų šalių tektų atidžiai išnagrinėti kiekvieną mūsų gauto kodo raidę, palyginti ją su paties Džerio aukštos kokybės pamatiniais duomenimis ir tada padaryti išvadą apie mano metodo tinkamumą. .

Pradinis planas buvo užbaigti musės genomo sekos nustatymą per šešis mėnesius iki 1999 m. balandžio mėn., o tada pradėti ataką prieš žmogaus genomą. Man atrodė, kad tai buvo veiksmingiausias ir aiškiausias būdas parodyti, kad mūsų naujasis metodas veikia. Ir jei mums nepavyks, pagalvojau, geriau būtų greitai tai patikrinti naudojant Drosophila pavyzdį, o ne dirbti su žmogaus genomu. Tačiau iš tikrųjų visiška nesėkmė būtų pati įspūdingiausia nesėkmė biologijos istorijoje. Džeris taip pat kenkė savo reputacijai, todėl visi „Celera“ buvo pasiryžę jį palaikyti. Paprašiau Marko Adamso vadovauti mūsų projekto daliai, o kadangi Jerry taip pat turėjo aukščiausios klasės komandą Berklyje, mūsų bendradarbiavimas vyko sklandžiai.

Visų pirma, iškilo klausimas dėl DNR, kurią turėjome sekti, grynumo. Kaip ir žmonės, musės skiriasi genetiniu lygmeniu. Jei populiacijoje yra daugiau nei 2% genetinės variacijos, o pasirinktoje grupėje yra 50 skirtingų individų, dekoduoti pasirodo labai sunku. Pirmasis Džerio žingsnis buvo kuo daugiau musių giminystės, kad gautume vienodą DNR variantą. Tačiau genetiniam grynumui užtikrinti nepakako giminingo giminystės: išskiriant musės DNR kildavo pavojus užkrėsti genetine medžiaga iš musės maiste arba jos žarnyne esančių bakterijų ląstelių. Norėdamas išvengti šių problemų, Džeris mieliau išskyrė DNR iš musių embrionų. Bet net ir iš embrioninių ląstelių pirmiausia turėjome išskirti branduolius su reikalinga DNR, kad neužterštume jų mitochondrijų – ląstelės „elektrinių“ – ekstrabranduoline DNR. Dėl to gavome mėgintuvėlį su drumstu grynos Drosophila DNR tirpalu.

1998 m. vasarą Hamo komanda, turėdama tokią gryną musės DNR, pradėjo kurti jos fragmentų bibliotekas. Pats Hamas labiausiai mėgo pjaustyti DNR ir perdengti susidariusius fragmentus, taip sumažindamas klausos aparato jautrumą, kad jokie pašaliniai garsai atitrauktų jo nuo darbo. Bibliotekų kūrimas turėjo būti didelio masto eiliškumo pradžia, tačiau iki šiol visur buvo girdėti tik grąžtų, plaktukų ir pjūklų garsai. Šalia nuolat rėžėsi visa armija statybininkų, o mes toliau sprendėme svarbiausias problemas – sekvencerių, robotų ir kitos įrangos veikimo trikčių šalinimą, stengėmės ne per metus, o per kelis mėnesius sukurti tikrą sekvenavimo „fabriką“. “ nuo nulio.

Pirmasis 3700 modelio DNR sekvenavimo įrenginys buvo pristatytas Celera 1998 m. gruodžio 8 d. su dideliu susijaudinimu ir kolektyviniu palengvėjimu. Prietaisas buvo išimtas iš medinės dėžės, patalpintas į rūsio patalpą be langų – jo laikinuosius namus ir tuoj pat pradėtas testavimas. Pradėjus veikti, gavome labai kokybiškus rezultatus. Tačiau šie ankstyvieji sekvenatoriai buvo gana nestabilūs, o kai kurie buvo sugedę nuo pat pradžių. Taip pat nuolat kildavo problemų su darbuotojais, kartais beveik kasdien. Pavyzdžiui, roboto manipuliatoriaus valdymo programoje atsirado rimta klaida – kartais roboto mechaninė ranka dideliu greičiu išsitiesdavo virš įrenginio ir atsitrenkdavo į sieną. Dėl to sekvencinė įranga sustojo, o ją sutvarkyti teko kviesti remonto komandą. Kai kurie sekvenatoriai sugedo dėl klaidinančių lazerio spindulių. Apsaugai nuo perkaitimo buvo naudojama folija ir juosta, nes aukštoje temperatūroje geltonos spalvos Gs fragmentai išgaravo iš sekų.

Nors dabar įrenginiai buvo reguliariai tiekiami, apie 90 % jų nuo pat pradžių buvo sugedę. Kai kuriomis dienomis sekvenatoriai visai neveikė. Tvirtai tikėjau Mike'u Hunkapilleriu, bet mano tikėjimas labai susvyravo, kai jis ėmė kaltinti mūsų darbuotojus dėl mūsų nesėkmių, statybų dulkių, menkiausių temperatūrų svyravimų, mėnulio fazių ir pan. Kai kurie iš mūsų net papilkėjo nuo streso.

Mirę 3700-ieji sėdėjo kavinėje ir laukė, kol bus išsiųsti atgal į ABI, ir galiausiai viskas pasiekė tokį tašką, kad pietus turėjome valgyti praktiškai sekvencininkų morge. Buvau apimta nevilties – juk man kasdien reikėjo tam tikro skaičiaus veikiančių prietaisų, būtent 230! Už maždaug 70 milijonų dolerių ABI pažadėjo mums suteikti arba 230 puikiai veikiančių įrenginių, kurie veiktų visą dieną be pertrūkių, arba 460, kurie veiktų bent pusę dienos. Be to, Mike'as turėjo padvigubinti kvalifikuoto techninio personalo skaičių, kuris po gedimo iš karto suremontuotų sekvenerius.

Tačiau koks interesas visa tai daryti už tuos pačius pinigus! Be to, Mike'as dabar turi dar vieną klientą – vyriausybės genominį projektą, kurio vadovai jau pradėjo pirkti šimtus įrenginių be jokių bandymų. „Celera“ ateitis priklausė nuo šių sekvencerių, tačiau Maikas, matyt, nesuvokė, kad ABI ateitis taip pat priklausė nuo jų. Konfliktas buvo neišvengiamas, kaip buvo akivaizdu per svarbų ABI inžinierių ir mano komandos susitikimą Celeroje.

Po to, kai pranešėme apie didžiulį sugedusių instrumentų skaičių ir tai, kiek laiko užtruko sekvencerių gedimų taisymas, Mike'as vėl bandė visą kaltę suversti mano darbuotojams, tačiau net jo paties inžinieriai su juo nesutiko. Galiausiai įsikišo Tony White. „Man nerūpi, kiek tai kainuoja arba kas turi būti nužudytas“, – sakė jis. Tada pirmą ir paskutinį kartą jis tikrai stojo į mano pusę. Jis įsakė Mike'ui kuo greičiau užtikrinti naujų sekvencerių pristatymą, net ir kitų klientų sąskaita ir net jei dar nežinoma, kiek tai kainuos.

Tonis taip pat įsakė Mike'ui pasamdyti dar dvidešimt technikų, kurie greitai ištaisytų ir nustatytų visų problemų priežastį. Iš tikrųjų tai buvo lengviau pasakyti nei padaryti, nes trūko patyrusių darbuotojų. Pradžioje Ericas Landeris išviliojo du labiausiai kvalifikuotus inžinierius, ir, Mike'o nuomone, mes taip pat buvome kalti. Kreipdamasis į Marką Adamsą, Mike'as pasakė: „Turėjai juos pasamdyti anksčiau, nei kas nors kitas“. Po tokio pareiškimo visiškai praradau jam bet kokią pagarbą. Juk pagal mūsų susitarimą aš negalėjau samdyti ABI darbuotojų, o Landeris ir kiti vyriausybinio genomo projekto vadovai turėjo teisę tai daryti, tad labai greitai geriausi ABI inžinieriai pradėjo dirbti pas mūsų konkurentus. Susitikimo pabaigoje supratau, kad problemos išliko, tačiau sužibo vilties spindulėlis pagerėti.

Taip ir atsitiko, nors ir ne iš karto. Mūsų sekvencerių arsenalas išaugo nuo 230 iki 300 įrenginių, o jei 20-25% jų sugesdavo, dar turėjome apie 200 veikiančių sekvencerių ir kažkaip susitvarkėme su užduotimis. Techninis personalas dirbo didvyriškai ir nuolat didino remonto darbų tempą, sumažindamas prastovų laiką. Visą šį laiką galvojau apie vieną dalyką: tai, ką darome, yra įmanoma. Nesėkmės įvyko dėl tūkstančio priežasčių, bet nesėkmės nebuvo mano planų dalis.

Drosophila genomo seką pradėjome rimtai nustatyti balandžio 8 d., maždaug tuo metu, kai turėjome baigti šį darbą. Aš, žinoma, supratau, kad White'as nori manimi atsikratyti, bet padariau viską, ką galiu, kad atlikčiau pagrindinę užduotį. Namuose mane persekiojo įtampa ir nerimas, bet negalėjau šių problemų aptarti su savo „patikėtiniu“. Klerė parodė savo panieką, kai pamatė, kaip aš esu susirūpinęs Seleros reikalais. Ji jautė, kad kartočiau tas pačias klaidas, kurias padariau dirbdamas TIGR/HGS. Iki liepos 1 d. jaučiausi giliai prislėgtas, kaip ir Vietname.

Kadangi konvejerio metodas mums dar nepasiteisino, teko dirbti sunkų, alinantį darbą – vėl „sulipdyti“ genomo fragmentus. Kad aptiktų atitikmenis nesiblaškydamas nuo pasikartojimų, Gene'as Myersas pasiūlė algoritmą, pagrįstą pagrindiniu mano šautuvo metodo versijos principu: suskirstyti abiejų gautų klonų galus. Kadangi Hamas gaudavo trijų tiksliai žinomų dydžių klonus, žinojome, kad dvi galinės sekos buvo griežtai apibrėžtu atstumu viena nuo kitos. Kaip ir anksčiau, šis „suderinimo“ metodas suteiks mums puikią galimybę iš naujo surinkti genomą.

Bet kadangi kiekvienas sekos galas buvo suskirstytas atskirai, kad šis surinkimo būdas veiktų tiksliai, reikėjo atidžiai vesti įrašus – kad būtume visiškai tikri, kad visas galinių eilučių poras galime sujungti teisingai: juk jei bent vienas iš šimto bandymų sukelia klaidą ir nerandama nė vieno, kuris atitiktų nuoseklumą, viskas nukris ir metodas neveiks. Vienas iš būdų to išvengti – naudoti brūkšninius kodus ir jutiklius kiekvienam proceso etapui sekti. Bet darbo pradžioje laborantai neturėjo reikiamos programinės įrangos ir įrangos sekos nustatymui, todėl viską teko daryti rankiniu būdu. „Celera“ nedidelė, mažiau nei dvidešimties žmonių komanda kasdien apdorodavo rekordinius 200 000 klonų. Galėtume numatyti kai kurias klaidas, pvz., klaidingai nuskaitytus duomenis iš 384 šulinių, ir tada naudoti kompiuterį, kad surastume aiškiai klaidingą veiksmą ir ištaisytume situaciją. Žinoma, dar buvo ir trūkumų, bet tai tik patvirtino komandos meistriškumą ir pasitikėjimą, kad galime pašalinti klaidas.

Nepaisant visų sunkumų, per keturis mėnesius sugebėjome perskaityti 3156 milijonus sekų, iš viso apie 1,76 milijardo nukleotidų porų, esančių tarp 1,51 milijono DNR klonų galų. Dabar atėjo eilė Gene'ui Myersui, jo komandai ir mūsų kompiuteriui – reikėjo visus skyrius sujungti į Drosophila chromosomas. Kuo ilgesni skyriai, tuo tikslesnė seka tapo. Drosophila atveju sekos vidutiniškai siekė 551 bazių porą, o vidutinis tikslumas buvo 99,5%. Atsižvelgiant į 500 raidžių sekas, beveik kiekvienas gali rasti atitikmenis, judindamas vieną seką išilgai kitos, kol randama atitiktis.

Norėdami sekti Haemophilus influenzae, turėjome 26 tūkstančius sekų. Norint palyginti kiekvieną iš jų su visais kitais, reikėtų 26 tūkst. palyginimų kvadratu, arba 676 mln. Drosophila genomui, turinčiam 3,156 mln. skaitymų, reikėtų maždaug 9,9 trilijonų palyginimų. Žmogaus ir pelių atveju, kai atlikome 26 milijonus sekų skaitymų, reikėjo atlikti apie 680 trilijonų palyginimų. Todėl nenuostabu, kad dauguma mokslininkų labai skeptiškai vertino galimą šio metodo sėkmę.

Nors Myersas žadėjo viską sutvarkyti, jam nuolat kilo abejonių. Dabar jis dirbo dienomis ir naktimis, atrodė išsekęs ir kažkaip pilkas. Be to, jis turėjo problemų šeimoje, o didžiąją laisvo laiko dalį pradėjo leisti su žurnalistu Jamesu Shreve'u, kuris rašė apie mūsų projektą ir kaip šešėlis sekė tyrimo eigą. Bandydamas kažkaip atitraukti Geną, pasiėmiau jį su savimi į Karibų jūrą atsipalaiduoti ir plaukti savo jachta. Tačiau net ir ten jis sėdėjo valandų valandas, susikėlęs prie nešiojamojo kompiuterio, suraukęs juodus antakius ir merkdamas juodas akis nuo ryškios saulės. Ir, nepaisant neįtikėtinų sunkumų, Gene ir jo komanda per šešis mėnesius sugebėjo sukurti daugiau nei pusę milijono kompiuterinio kodo eilučių naujajam surinkėjui.

Jei sekos nustatymo rezultatai būtų 100% tikslūs, be pasikartojančios DNR, genomo surinkimas būtų gana paprasta užduotis. Tačiau iš tikrųjų genomuose yra daug pasikartojančių skirtingų tipų, ilgių ir dažnių DNR. Su trumpais, mažiau nei penkių šimtų bazinių porų pakartojimais susidoroti gana lengva; ilgesni pakartojimai yra sunkesni. Norėdami išspręsti šią problemą, naudojome „poros paieškos“ metodą, tai yra, sekvenavome abu kiekvieno klono galus ir gavome skirtingo ilgio klonus, kad užtikrintume maksimalų atitikmenų skaičių.

Algoritmai, užkoduoti Jin komandos pusėje milijono kompiuterinio kodo eilučių, pasiūlė nuoseklų scenarijų – nuo ​​pačių „nekenksmingiausių“ veiksmų, tokių kaip tiesiog dviejų sekų sutapimas, iki sudėtingesnių, tokių kaip aptiktų porų naudojimas. sujungti persidengiančių sekų salas. Tai buvo tarsi dėlionės dėliojimas, kai iš surinktų sekcijų mažos salelės sujungiamos į didesnes salas, o tada visas procesas kartojamas dar kartą. Tik mūsų dėlionėje buvo 27 milijonai dalių. Ir buvo labai svarbu, kad sekcijos būtų paimtos iš aukštos kokybės surinkimo sekos: įsivaizduokite, kas nutiktų, jei surinktumėte dėlionę, o jos elementų spalvos ar vaizdai būtų neryškūs ir neryškūs. Didelė dalis nuskaitymų turi būti suderintų porų pavidalu, kai genomo sekos tvarka yra didelė. Atsižvelgiant į tai, kad rezultatai vis dar buvo stebimi rankiniu būdu, mums palengvėjo, kad 70 % mūsų turimų sekų buvo būtent tokios. Kompiuteriniai modeliuotojai paaiškino, kad naudojant mažesnį procentą būtų buvę neįmanoma surinkti mūsų „Humpty Dumpty“.

Ir dabar mes galėjome naudoti „Celera“ surinkėją, kad galėtume sekti seką: pirmajame etape rezultatai buvo pakoreguoti, kad būtų pasiektas didžiausias tikslumas; antrajame etape Screener pašalino užkrečiančias sekas iš plazmidės arba E. coli DNR. Surinkimo procesą gali sutrikdyti vos 10 „svetimos“ sekos bazinių porų. Trečiajame etape programa „Screener“ patikrino, ar kiekvienas fragmentas atitinka žinomas pasikartojančias vaisinės muselės genomo sekas – duomenis iš Jerry Rubin, kuris „maloniai“ mums jas pateikė. Buvo užfiksuotos pakartojimų su iš dalies persidengiančiais regionais vietos. Ketvirtajame žingsnyje kita programa (Overlapper) atrado persidengiančias sritis, lygindama kiekvieną fragmentą su visais kitais – tai buvo didžiulis eksperimentas apdorojant didžiulį skaičių skaitinių duomenų. Kiekvieną sekundę palyginome 32 milijonus fragmentų, siekdami rasti bent 40 persidengiančių bazinių porų, kurių skirtumai būtų mažesni nei 6%. Kai atradome du persidengiančius regionus, sujungėme juos į didesnį fragmentą, vadinamąjį „contig“ – persidengiančių fragmentų rinkinį.

Idealiu atveju to pakaktų genomui surinkti. Tačiau turėjome kovoti su DNR kodo mikčiojimu ir pasikartojimais, o tai reiškė, kad viena DNR dalis gali sutapti su keliais skirtingais regionais, sukurdama netikrus ryšius. Norėdami supaprastinti užduotį, palikome tik unikaliai sujungtus fragmentus, vadinamuosius „vienetus“. Programa, kurią naudojome šiai operacijai atlikti (Unitigger), iš esmės pašalino visą DNR seką, kurios negalėjome tiksliai identifikuoti, palikdama tik šiuos vienetus. Šis žingsnis ne tik suteikė galimybę apsvarstyti kitas fragmentų surinkimo galimybes, bet ir gerokai supaprastino užduotį. Po sumažinimo persidengiančių fragmentų skaičius sumažėjo nuo 212 mln. iki 3,1 mln., o problema supaprastinta 68 kartus. Dėlionės dalys pamažu, bet stabiliai stojo į savo vietas.

Ir tada galėtume panaudoti informaciją apie tai, kaip to paties klono sekos buvo suporuotos naudojant „skeleto“ algoritmą. Visi įmanomi vienetai su tarpusavyje persidengiančiomis bazių poromis buvo sujungti į specialias struktūras. Šiam etapui apibūdinti savo paskaitose remiu analogiją su vaikiškų žaislų konstravimo rinkiniu Tinkertoys. Jį sudaro skirtingo ilgio pagaliukai, kuriuos galima įsmeigti į skylutes, esančias ant medinių raktų dalių (rutulių ir diskų), ir taip sukurti trimatę struktūrą. Mūsų atveju pagrindinės dalys yra vienetai. Žinant, kad suporuotos sekos yra 2 tūkstančių, 10 tūkstančių ar 50 tūkstančių bazinių porų ilgio klonų galuose – tai yra, atrodo, kad jos viena nuo kitos yra tam tikro skylių skaičiaus atstumu – jas galima išrikiuoti.

Išbandžius šią techniką su Jerry Rubino seka, kuri sudarė maždaug penktadalį vaisinės muselės genomo, atsirado tik 500 spragų. Bandydami pagal savo duomenis rugpjūčio mėn., gavome daugiau nei 800 000 mažų fragmentų. Žymiai didesnis duomenų kiekis apdorojimui parodė, kad technika veikė prastai – rezultatas buvo priešingas nei tikėtasi. Per kelias ateinančias dienas panika augo, o galimų klaidų sąrašas ilgėjo. Iš viršutinio pastato Nr. 2 aukšto adrenalino antplūdis prasiskverbė į patalpą, juokais vadinamą „ramiomis kameromis“. Tačiau ten nebuvo nei ramybės, nei ramybės jausmo, ypač bent porą savaičių, kai darbuotojai tiesiogine prasme blaškėsi ratais, ieškodami išeities iš susidariusios situacijos.

Problemą galiausiai išsprendė Arthuras Delcheris, dirbęs su „Operlapper“ programa. Jis pastebėjo kažką keisto 678 eilutėje iš 150 000 kodo eilučių, kur nedidelis neatitikimas reiškė, kad nebuvo įrašyta svarbi rungtynių dalis. Klaida buvo ištaisyta ir rugsėjo 7 d. turėjome 134 ląstelių karkasus, dengiančius tikrąjį (euchromatinį) vaisinės muselės genomą. Mes apsidžiaugėme ir lengviau atsikvėpėme. Atėjo laikas pranešti apie mūsų sėkmę visam pasauliui.

Genomo sekos nustatymo konferencija, kurią pradėjau rengti prieš keletą metų, suteikė tam puikią galimybę. Buvau tikras, kad bus daug žmonių, norinčių įsitikinti, ar ištesėjome pažadą. Nusprendžiau, kad Markas Adamsas, Gene'as Myersas ir Jerry'is Rubinas turėtų pakalbėti apie mūsų pasiekimus ir, svarbiausia, apie sekos nustatymo procesą, genomo surinkimą ir to reikšmę mokslui. Dėl žmonių, norinčių atvykti į konferenciją, antplūdžio, turėjau perkelti ją iš „Hilton Head“ į didesnį „Fontainebleau“ viešbutį Majamyje. Konferencijoje dalyvavo stambių farmacijos ir biotechnologijų įmonių atstovai, genominių tyrimų specialistai iš viso pasaulio, nemažai apžvalgininkų, reporterių ir investicinių bendrovių atstovų – buvo visi. Mūsų konkurentai iš Incytės išleido nemažus pinigus rengdami priėmimą po konferencijos, korporacinių vaizdo filmavimų ir pan. – padarė viską, kad įtikintų visuomenę, jog jie siūlo „išsamiausią informaciją apie žmogaus genomą“.

Susirinkome didelėje konferencijų salėje. Dekoruotas neutraliomis spalvomis, dekoruotas sieniniais šviestuvais, buvo skirtas dviems tūkstančiams žmonių, bet žmonių vis užeidavo, netrukus salė prisipildė. Konferencija atidaryta 1999 m. rugsėjo 17 d., pirmoje sesijoje skaitė Jerry, Mark ir Gene pranešimus. Po trumpos įžangos Jerry Rubinas paskelbė, kad publika netrukus išgirs apie geriausią bendrą garsių kompanijų projektą, kuriame jis kada nors dalyvavo. Atmosfera kaitino. Publika suprato, kad jis nebūtų taip pompastiškai kalbėjęs, jei nebūtume paruošę kažko tikrai sensacingo.

Paskendusioje tyloje Markas Adamsas pradėjo išsamiai apibūdinti mūsų „pagamintos parduotuvės“ Celeroje darbą ir naujus genomo sekos nustatymo metodus. Tačiau apie surinktą genomą jis nepratarė nė žodžio, tarsi erzindamas publiką. Tada išėjo Gene ir papasakojo apie šautuvų metodo principus, apie Haemophilus sekos nustatymą ir apie pagrindinius surinkėjo etapus. Naudodamas kompiuterinę animaciją, jis pademonstravo visą atvirkštinio genomo surinkimo procesą. Pristatymams skirtas laikas baigėsi, ir daugelis jau buvo nusprendę, kad viskas apsiribos elementariu pristatymu naudojant PowerPoint, nepateikiant konkrečių rezultatų. Tačiau tada Gene piktybiškai šypsodamasis pažymėjo, kad publika tikriausiai vis tiek norėtų pamatyti realius rezultatus ir nebūtų patenkinta imitacija.

Neįmanoma pateikti mūsų rezultatų aiškiau ir išraiškingiau, nei tai padarė Gene'as Myersas. Jis suprato, kad vien sekos nustatymo rezultatai nepadarys tinkamo įspūdžio, todėl, kad būtų įtikinamesni, palygino juos su Jerry kruopštaus tyrimo tradiciniu metodu rezultatais. Jie pasirodė identiški! Taigi, Jin palygino mūsų genomo surinkimo rezultatus su visais žinomais žymenimis, susietais su vaisinės musės genomu prieš dešimtmečius. Iš tūkstančių žymeklių tik šeši neatitiko mūsų surinkimo rezultatų. Atidžiai ištyrę visas šešias, įsitikinome, kad „Celera“ seka buvo teisinga ir kad kitose laboratorijose senais metodais atliktame darbe yra klaidų. Galiausiai Gene pasakė, kad mes ką tik pradėjome nustatyti žmogaus DNR seką, o pasikartojimai tikriausiai bus mažesnė problema nei su Drosophila.

Po to sekė garsūs ir ilgai trunkantys plojimai. Per pertrauką nesiliaujantis riaumojimas reiškė, kad tikslą pasiekėme. Vienas iš žurnalistų pastebėjo, kad vyriausybės genomo projekto dalyvis liūdnai purto galvą: „Atrodo, šie niekšai tikrai viską padarys“. Iš konferencijos išėjome su nauju energijos užtaisu.

Liko išspręsti dvi svarbias problemas, kurios abi buvo mums žinomos. Pirma, kaip paskelbti rezultatus. Nepaisant supratimo memorandumo, kurį pasirašėme su Jerry Rubin, mūsų verslo komanda nebuvo patenkinta idėja perduoti vertingus Drosophila sekos rezultatus į GenBank. Jie pasiūlė vaisinių muselių sekos rezultatus patalpinti į atskirą Nacionalinio biotechnologijų informacijos centro duomenų bazę, kur kiekvienas galėtų juos naudoti su viena sąlyga – ne komerciniais tikslais. Karštaus būdo, grandininis rūkantis Michaelas Ashburneris iš Europos bioinformatikos instituto dėl to buvo nepaprastai nepatenkintas. Jis tikėjo, kad Celera „apgavo visus“ 2. (Jis rašė Rubinui: „Kas po velnių vyksta Celeroje? Galų gale aš vis tiek nusiunčiau mūsų rezultatus į „GenBank“.

Antroji problema buvo susijusi su Drosophila – turėjome jos genomo sekos nustatymo rezultatus, bet visiškai nesupratome, ką jie reiškia. Turėjome juos išanalizuoti, jei norėjome parašyti referatą, kaip ir prieš ketverius metus su Haemophilus. Musės genomo analizė ir charakterizavimas gali užtrukti ne vienerius metus – o aš tiek laiko neturėjau, nes dabar turėjau susitelkti ties žmogaus genomu. Aptarę tai su Jerry ir Marku, nusprendėme įtraukti mokslinę bendruomenę į darbą su Drosophila, paversdami jį įdomia moksline problema ir taip greitai pajudėdami į priekį, paversdami linksmas atostogas iš nuobodaus genomo aprašymo proceso. kaip tarptautinis skautų jamboree. Pavadinome jį Genomic Jamboree ir pakvietėme žymiausius mokslininkus iš viso pasaulio atvykti į Rokvilį maždaug savaitei ar dešimčiai dienų, kad ištirtų musės genomą. Remdamiesi gautais rezultatais, planavome parašyti straipsnių ciklą.

Idėja visiems patiko. Džeris pradėjo siųsti kvietimus į mūsų renginį pirmaujančių mokslininkų grupėms, o „Celera“ bioinformatikos specialistai nusprendė, kokių kompiuterių ir programų reikės, kad mokslininkų darbas būtų kuo efektyvesnis. Sutarėme, kad Celera apmokės jų kelionės ir apgyvendinimo išlaidas. Tarp pakviestųjų buvo mano aršiausi kritikai, tačiau tikėjomės, kad jų politinės ambicijos nepaveiks mūsų įmonės sėkmės.

Lapkričio mėnesį pas mus atvyko apie 40 Drosophila specialistų ir net mūsų priešams pasiūlymas buvo per daug patrauklus, kad būtų galima atsisakyti. Iš pradžių, kai dalyviai suprato, kad per kelias dienas turi išanalizuoti daugiau nei šimtą milijonų bazinių porų genetinio kodo, situacija buvo gana įtempta. Kol naujai atvykę mokslininkai miegojo, mano darbuotojai dirbo visą parą, kūrė programas nenumatytoms problemoms spręsti. Trečios dienos pabaigoje, kai paaiškėjo, kad nauji programinės įrangos įrankiai leidžia mokslininkams, kaip sakė vienas iš mūsų svečių, „per kelias valandas padaryti nuostabių atradimų, kurie anksčiau užtrukdavo beveik visą gyvenimą“, situacija nurimo. Kiekvieną dieną vidury dienos, Kinijos gongo signalui, visi susirinkdavo kartu aptarti naujausių rezultatų, spręsti esamas problemas ir sudaryti darbo planą kitam etapui.

Kiekvieną dieną diskusijos darėsi vis įdomesnės. Celeros dėka mūsų svečiai turėjo galimybę pirmieji pažvelgti į naują pasaulį, o tai, kas buvo atskleista, pranoko lūkesčius. Netrukus paaiškėjo, kad neturime pakankamai laiko aptarti visko, ko norėjome, ir suprasti, ką visa tai reiškia. Markas surengė šventinę vakarienę, kuri truko neilgai, nes visi greitai nuskubėjo atgal į laboratorijas. Netrukus pietūs ir vakarienės buvo vartojami tiesiai prieš kompiuterių ekranus, kuriuose buvo rodomi duomenys apie Drosophila genomą. Pirmą kartą buvo aptiktos ilgai lauktos receptorių genų šeimos ir stebėtinai daug vaisinių muselių genų, panašių į žmogaus ligų genus. Kiekvieną atradimą lydėjo džiaugsmingi riksmai, švilpimai ir draugiški pečių paglostymai. Keista, bet mūsų mokslo šventėje viena pora rado laiko susižadėti.

Vis dėlto nerimo būta: darbo metu mokslininkai aptiko tik apie 13 tūkstančių genų vietoj lauktų 20 tūkstančių. Kadangi „žemas“ kirminas C. elegans turi apie 20 tūkstančių genų, daugelis manė, kad vaisinėje muselėje jų turi būti daugiau, nes ji turi 10 kartų daugiau ląstelių ir netgi turi nervų sistemą. Buvo vienas paprastas būdas įsitikinti, kad skaičiavimuose nėra klaidų: paimkite 2500 žinomų musės genų ir pažiūrėkite, kiek jų galime rasti savo sekoje. Po kruopščios analizės Michaelas Cherry iš Stanfordo universiteto pranešė, kad rado visus genus, išskyrus šešis. Po diskusijos šie šeši genai buvo klasifikuojami kaip artefaktai. Tai, kad genai buvo nustatyti be klaidų, mus įkvėpė ir suteikė pasitikėjimo. Tūkstančiai mokslininkų, atsidavusių Drosophila tyrimams, bendruomenė praleido dešimtmečius stebėdama tuos 2500 genų, o dabar net 13 600 jų buvo priešais juos kompiuterio ekrane.

Per neišvengiamą fotosesiją darbo pabaigoje atėjo nepamirštama akimirka: po tradicinio peties paglostymo ir draugiškų rankų paspaudimų Mike'as Ashburneris atsisėdo keturiomis, kad galėčiau įsiamžinti nuotraukoje pasidėjęs koja ant nugaros. . Taigi, nepaisant visų savo abejonių ir skepticizmo, jis norėjo pripažinti mūsų pasiekimus. Garsus genetikas ir Drosophila tyrinėtojas netgi sugalvojo tinkamą nuotraukos antraštę: „Stovinti ant milžino pečių“. (Jis buvo gana silpnos figūros.) „Pagerbkime tuos, kurie to nusipelnė“, – vėliau rašė jis 4 . Mūsų oponentai bandė pateikti vėlavimą perkelti sekų nustatymo rezultatus į viešą duomenų bazę kaip nukrypimą nuo mūsų pažadų, tačiau jie taip pat buvo priversti pripažinti, kad susitikimas padarė „labai vertingą indėlį į pasaulinius vaisinių muselių tyrimus“ 5 . Patyrę, kas yra tikroji „mokslinė nirvana“, visi išsiskyrė kaip draugai.

Nusprendėme paskelbti tris didelius straipsnius: vieną apie viso genomo sekos nustatymą, kai pirmasis autorius yra Mike'as, kitą apie genomo surinkimą, kai pirmasis autorius yra Gene, ir trečią apie lyginamąją kirminų, mielių ir žmogaus genomo genomiką, o pirmasis autorius yra Džeris. autorius. Straipsniai buvo pateikti „Science“ 2000 m. vasario mėn. ir paskelbti specialiame numeryje 2000 m. kovo 24 d., praėjus mažiau nei metams po mano pokalbio su Jerry Rubinu Cold Spring Harbore. 6 Prieš paskelbdamas, Džeris pasirūpino, kad kalbėčiau kasmetinėje Drosophila tyrimų konferencijoje Pitsburge, kurioje dalyvavo šimtai žymiausių šios srities žmonių. Ant kiekvienos kėdės kambaryje mano darbuotojai padėjo kompaktinį diską, kuriame buvo visas Drosophila genomas, taip pat mūsų žurnale Science paskelbtų straipsnių perspausdinimai. Džeris mane labai šiltai pristatė, patikindamas, kad įvykdžiau visus savo įsipareigojimus ir puikiai dirbome kartu. Mano pokalbis baigėsi kai kurių susitikimo metu atliktų tyrimų ataskaita ir trumpu kompaktiniame diske esančių duomenų komentaru. Plojimai po mano kalbos buvo tokie pat nuostabūs ir malonūs, kaip ir prieš penkerius metus, kai mes su Hamu pirmą kartą pristatėme Haemophilus genomą mikrobiologijos suvažiavime. Vėliau straipsniai apie Drosophila genomą tapo dažniausiai cituojamais straipsniais mokslo istorijoje.

Nors tūkstančiai vaisinių muselių tyrinėtojų visame pasaulyje džiaugėsi rezultatais, mano kritikai greitai pradėjo puolimą. Johnas Sulstonas bandymą nustatyti musės genomo seką pavadino nesėkme, nors mūsų gauta seka buvo išsamesnė ir tikslesnė nei jo kruopštaus dešimties metų pastangų sekti kirmino genomą, kuriai užbaigti prireikė dar ketverių metų, rezultatas. paskelbus juodraštį Moksle. Sulstono kolega Maynardas Olsonas pavadino Drosophila genomo seką „gėda“, kurią vyriausybės Žmogaus genomo projektas turės išspręsti Celeros „malonės dėka“. Tiesą sakant, Jerry Rubino komanda sugebėjo greitai užpildyti likusias sekos spragas, paskelbdama ir palyginus išanalizavusi jau sekvenuotą genomą per mažiau nei dvejus metus. Šie duomenys patvirtino, kad visame genome turėjome 1–2 klaidas 10 kb, o darbiniame (euchromatiniame) genome - mažiau nei 1 paklaidą 50 kb.

Tačiau nepaisant visuotinio Drosophila projekto pripažinimo, įtampa mano santykiuose su Tony White'u 1999 m. vasarą pasiekė karštligę. White'as negalėjo susitaikyti su spaudos dėmesiu mano asmeniui. Kiekvieną kartą atvykęs į Celerą jis praeidavo pro straipsnių kopijas apie mūsų pasiekimus, kabėjusias ant sienų koridoriuje šalia mano biuro. Ir štai vieną jų padidinome – sekmadienio laikraščio „USA Today“ priedo viršelį. Ant jos antraštės „Ar šis ADVENTORISTAS padarys didžiausią mūsų laikų mokslinį atradimą? 7 parodė mane, mėlynais languotais marškiniais, sukryžiavusį kojas, o aplink mane ore sklandė Kopernikas, Galilėjus, Niutonas ir Einšteinas – ir nė ženklo Baltojo.

Kiekvieną dieną jo spaudos sekretorius skambindavo pasiteirauti, ar Tony galėtų dalyvauti iš pažiūros nesibaigiančioje Celeroje vykstančioje interviu sraute. Jis šiek tiek nurimo – ir net tada tik trumpam, kai kitais metais jai pavyko padaryti jo nuotrauką ant žurnalo „Forbes“ viršelio, kaip žmogaus, sugebėjusio padidinti PerkinElmer kapitalizaciją nuo 1,5 mlrd. USD iki 24 mlrd. USD 8 . („Tony White‘as vargšą PerkinElmerį pavertė aukštųjų technologijų genų gaudytoju.“) Tonį taip pat persekiojo mano socialinė veikla.

Kalbėjau maždaug kartą per savaitę, priimdama nedidelę dalelę iš daugybės kvietimų, kuriuos nuolat gaudavau, nes pasaulis norėjo sužinoti apie mūsų darbą. Tonis netgi skundėsi PerkinElmer, tuo metu pervadinto į PE Corporation, direktorių valdybai, kad mano kelionės ir pasirodymai pažeidė įmonės taisykles. Per dvi savaites trukusias atostogas (savo lėšomis) mano namuose Cape Cod Tony kartu su finansų direktoriumi Dennisu Wingeriu ir Applera generaliniu advokatu Williamu Sauchu nuskrido į Celerą, kad apklaustų mano geriausius darbuotojus apie „Venter“ valdymo efektyvumą. Jie tikėjosi surinkti pakankamai purvo, kad pateisintų mano atleidimą. White'as buvo šokiruotas, kai visi sakė, kad jei aš išstosiu, jie taip pat pasitrauks. Tai sukėlė daug įtampos mūsų komandoje, bet taip pat suartino mus kaip niekad. Buvome pasirengę švęsti kiekvieną pergalę taip, lyg ji būtų paskutinė.

Po to, kai buvo paskelbta musės genomo seka – tuo metu didžiausia seka istorijoje – Gene, Ham, Mark ir aš pasidžiaugėme, kad Tony White'as stovėjo pakankamai ilgai, kad būtų pripažinta mūsų sėkmė. Įrodėme, kad mūsų metodas taip pat veiks nustatant žmogaus genomo seką. Net jei Tony White'as kitą dieną nustojo finansuoti, žinojome, kad pagrindinis mūsų pasiekimas liks mums. Labiau už viską norėjau palikti Celerą ir neturėti reikalų su Tony White'u, bet kadangi norėjau dar labiau sekti Homo sapiens genomą, turėjau padaryti kompromisą. Stengiausi kiek galėdamas įtikti White'ui, kad tik tęsčiau darbą ir užbaigčiau savo planą.

Pastabos

1. Shreeve J. Genomo karas: kaip Craigas Venteris bandė užfiksuoti gyvybės kodą ir išgelbėti pasaulį (New York: Ballantine, 2005), p. 285.

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

3. Shreeve J. Genomo karas, p. 300.

4. Ashburner M. Won for All, p. 55.

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

6. Adams M. D., Celniker S. E. ir kt. „Drosophila Melanogaster genomo seka“, Mokslas, Nr. 287, 2185–95, 2000 m. kovo 24 d.

7. Gillis J. „Ar šis MAVERICK atrakins didžiausią savo amžiaus mokslinį atradimą? Kopernikas, Niutonas, Einšteinas ir VENTERIS?“, JAV savaitgalis, 1999 m. sausio 29–31 d.

8. Ross P. E. „Genų mašina“, „Forbes“, 2000 m. vasario 21 d.

Craigas Venteris