Проект «Геном Человека». Мечты сбываются?

1. История проекта

В 1988 г. по инициативе американских ученых Уильяма Гилберта и Джеймса Уотсона была запущена международная программа «Геном человека», ставшая одним из крупнейших научных проектов в истории. Цель проекта заключалась в определении полной нуклеотидной последовательности ДНК человека. Исследователи считали, что прочтение генома человека станет важнейшим шагом к пониманию эволюции живых организмов, изучению функций генов и природы огромного количества генетически обусловленных заболеваний, а также в разработке новых терапевтических препаратов и методов молекулярно-генетической диагностики.

В основе программы лежит деятельность Джеймса Уотсона, который совместно с Френсисом Криком и Морисом Уилкинсом в 1962 г. получил Нобелевскую премию за открытие двойной спирали ДНК. Став нобелевским лауреатом, Френсис Крик продолжил свою научную деятельность и сделал еще несколько интересных открытий, Уотсон же решил стать научным администратором. Построив один из лучших биологических институтов мира – «Cold Spring Harbor» в США, он организовал программу «Геном человека». О начале работ по расшифровке (секвенированию) генома человека Уотсон объявил в 1988 г., а в 1990 г. был основан Международный консорциум по секвенированию генома человека.

Благодаря огромному научному авторитету Уотсона работу удалось организовать таким образом, что результаты секвенирования отдельных участков генома человека, полученные исследователями из разных стран, не пропадали, а включались в общую международную базу данных.

Помимо определения последовательности ДНК человека, организаторы проекта поставили перед собой задачу картировать (определить положение на хромосомах) от 20 до 25 тыс. генов человека, а также создать доступную базу данных с этой информацией и разработать удобные методы обработки данных. Решение этой задачи стало бы поворотным моментом в исследованиях, направленных на определение функций различных генов и разработку методов биологического и медицинского применения полученных данных.

Хотя целью программы «Геном человека» являлось в первую очередь изучение строения генома вида Homo Sapiens, проект также был направлен на изучение геномов других организмов, являющихся модельными объектами биологических экспериментов – бактерии Escherichia coli, дрожжей Saccharomyces cerevisiae, плодовой мушки Drosophila melanogaster, нематоды Caenorhabditis elegans, а также таких млекопитающих, как мышь и крыса. Изучение этих модельных организмов необходимо для интерпретации функций de novo описываемых генов человека, поскольку функции большинства генов изучены на данный момент лишь на модельных объектах. Таким образом, только на основании молекулярной структуры описанных в ходе программы «Геном человека» человеческих генов можно предположить, какую функцию в клетке выполняют кодируемые этими генами белки, путем сравнения структуры человеческих генов со структурой уже изученных генов модельных объектов.

Основными спонсорами программы «Геном человека» в США стали Министерство Энергетики (U.S. Department of Energy (DOE)) и Национальные Институты Здоровья (National Institutes of Health). Стоимость всего проекта оценивалась в 3 миллиарда долларов США.

Таблица 1. Денежные средства, инвестированные в программу «Геном человека» в США.



Основная работа по секвенированию проводилась в США, однако в дальнейшем национальные программы «Геном человека» были запущены в Великобритании, Франции, Германии, Италии и СССР. В России в 1988 г. с идеей секвенирования генома человека выступил академик Александр Александрович Баев, известный специалист в области генной инженерии, а в 1989 г. в СССР был организован научный совет по программе «Геном человека».

В 1990 г. была создана Международная организация по изучению генома человека (HUGO), вице-президентом которой в течение нескольких лет был академик Андрей Дарьевич Мирзабеков. Основные разделы этой программы в России, как и во всем мире, включали три главных направления научных исследований: 1) секвенирование и картирование генома; 2) структурно-функциональное изучение генома; 3) медицинскую генетику и генную терапию [1, 2]. В первые два года на исследования по программе «Геном человека» в России было выделено около 20 млн. долларов США для базового оснащения лабораторий и создания единой информационной сети. Это было немногим меньше финансирования американского проекта, так что российская программа начиналась очень активно. Сначала финансирование поддерживал Государственный комитет по науке и технике, затем – Министерство науки и Министерство промышленности, науки и технологий.

В первые годы своего существования международная и российская программы носили глобальный характер: исследователи осваивали новое оборудование и новые методы, учились клонировать гены человека, разрабатывали методы обнаружения мутаций. К 1993-1994 гг. подготовительный этап был завершен, и стало ясно, что можно приступать к секвенированию генома. Но к этому моменту российская программа уже имела столь низкий уровень финансирования из-за неблагоприятной экономической ситуации в стране, что было принято решение не вступать в гонку по расшифровке генома и не брать на себя международные обязательства. Таким образом, реального участия в секвенировании генома человека Россия не принимала.

Программа геномных исследований в нашей стране была полностью перестроена и сконцентрирована на новой области – биоинформатике, задача которой – с помощью математических методов понять и осмыслить то, что уже расшифровано. В частности, в Новосибирске ученые из Института Цитологии и Генетики Сибирского Отделения Российской Академии Наук под руководством профессора Николая Александровича Колчанова создали ряд компьютерных программ для поиска регуляторных участков генома. Большой вклад в развитие биоинформатики также внесли российские исследовательские группы из Государственного научного центра ВНИИ генетики (Москва) во главе с Михаилом Сергеевичем Гельфандом и Андреем Александровичем Мироновым и Института математических проблем биологии (Пущино, Московская обл.) во главе с Михаилом Абрамовичем Ройтбергом. Они создали программы для поиска нуклеотидных последовательностей, непосредственно кодирующих белки.

Необходимо отметить, что в США помимо государственной программы «Геном человека», финансируемой из правительственных фондов, работу по расшифровке генома проводила также частная американская компания «Сelera Genomics». Между двумя группами ученых началось своеобразное соревнование «кто первый расшифрует геном?» Компания «Сelera Genomics» подключилась к программе не сразу, а в момент, когда проект «Геном человека» уже шел полным ходом. Крупные фармацевтические компании, обеспокоенные тем, что вся информация о геноме может оказаться в открытом доступе и они лишатся своей интеллектуальной собственности, поскольку результаты исследований невозможно будет запатентовать, вложили миллиарды долларов в «Сelera Genomics». Во главе ее встал Крейг Вентер (Craig Venter), имевший к тому времени огромный опыт научной работы по государственной программе «Геном человека». Кроме того, он оказался выдающимся организатором. Компания «Сelera Genomics» также потратила 3 млрд. долларов США на секвенирование, но истратила она их за 6 лет, в то время как государственная программа «Геном человека» – за 10. То есть интенсивность использования денег в частной компании оказалась существенно выше.