Геном за 4400$

Стоимость расшифровки целого генома человека продолжает стремительно падать. Калифорнийская биотехнологическая компания Complete Genomics заявляла в прошлом году, что очень скоро отсеквенировать (расшифровать) геном одного человека будет стоить всего 5000$. Сегодня это обещание практически выполнено: в последнем номере авторитетного научного журнала Science специалисты из компании Complete Genomics сообщают, что им удалось отсеквенировать геномы трех человек, причем стоимость расшифровки одного генома составила всего 4400$. Правда, в эту сумму входят только расходы на необходимые реагенты. В то же время, такая низкая цена дает надежду на ускорение исследований, направленных на выявление генетических нарушений, связанных с различными тяжелыми заболеваниями.

Быстрое снижение цен на секвенирование геномов можно описать так называемым Законом Мура, согласно которому количество транзисторов на компьютерной микросхеме удваивается каждые 18 месяцев, что приводит к неуклонному увеличению производительности и снижению стоимости процессоров. В 2003 г. стоимость секвенирования генома одного человека составляла примерно 300 миллионов долларов. В 2007 г. она равнялась уже 1 миллиону долларов, а в прошлом году – 60 тысячам долларов США.

Специалисты из Complete Genomics считают, что обязаны своим успехом высокой скорости работы и уменьшению количеств реагентов, используемых в реакциях. При секвенировании геном сначала разбирается на однонитевые фрагменты, которые затем гибридизуются с короткими отрезками синтетической ДНК, последовательность нуклеотидов которых известна. Гибридизованная ДНК замыкается в колечки, в каждом из которых содержится около 400 дезоксирибонуклеотидов – отдельных «букв» генетического кода. После этого происходит мультипликация ДНК с помощью фермента ДНК-полимеразы: каждое «колечко» многократно копируется, и в результате образуется шарик из ДНК диаметром около 200 нанометров. Эти «ДНК-наношарики» наносят на микрочип со специальными клейкими участками, к которым шарики прикрепляются по одному.

Компания Complete Genomics использует усовершенствованную технологию секвенирования: к ДНК-наношарикам присоединяются короткие (по 10 нуклеотидов) отрезки синтетической ДНК, меченой флуоресцентным красителем. Затем производится анализ расположения флуоресцентных меток и устанавливается последовательность нуклеотидов в исходной ДНК. Такой подход значительно ускоряет процесс секвенирования. Целый геном реконструируют с помощью компьютерной программы, исключающей перекрытия расшифрованных коротких последовательностей ДНК.

За счет того, что все реакции происходят в очень малых объемах, удается существенно снизить затраты на реагенты.

Ведущий исследователь компании, Радоже Драманак (Radoje Dramanac) считает, что очень скоро расшифровка целого генома человека будет занимать не более одного дня. «В первую очередь, это позволит нам провести секвенирование геномов множества пациентов, страдающих генетическими заболеваниями, и досконально понять природу этих болезней», говорит Драманак. Недавно Complete Genomics также объявили о начале научного сотрудничества с Институтом Системной Биологии в Сиэтле (Institute for Systems Biology), в ходе которого будет проведено секвенирование геномов 100 пациентов, страдающих болезнью Гентингтона. Это будет самое масштабное на сегодняшний день исследование, посвященное изучению генетически обусловленных заболеваний.

Тем не менее, эксперты из Duke University в Северной Каролине оценили погрешность нового метода секвенирования и пришли к выводу, что ошибка его составляет примерно 1 нуклеотид на каждые 100 тысяч. В человеческом геноме содержится около 3 миллиардов нуклеотидов, таким образом, число ошибок на один геном может составить до 30 тысяч. Так что метод еще далек от совершенства, и на биотехнологическом рынке еще есть место не только более дешевым и быстрым, но и более точным технологиям.

По материалам:
Science