Путешествие Колдуна II. Экспедиция, которая раскрыла секреты микробиома океана - J. Craig Venter

"жизнь найдет способ".18 "В этом и заключается смысл равновесия", - говорит Гилберт. "Эти странные маленькие кусочки нуклеиновой кислоты отчаянно хотят выжить, чтобы

могут быть воспроизведены".

Гилберт добавил, что сказанное им было антропомор-фическим описанием этой динамики. "Конечно, за этим процессом не стоит никакой человеческой движущей силы", - сказал он. "Это просто химические вещества, стремящиеся к воспроизведению. И суть этой системы в том, что она либо рушится или сохраняется. А если она сохраняется, то должна постоянно стремиться к равновесию, которое позволяет этой системе сохраняться. В противном случае она разрушается и умирает".

Крейг считает, что одним из ключевых моментов может быть то, что основы были заложены миллиарды лет назад, а все последующие изменения - вся генетика, которую ученые пытаются выяснить с помощью секвенирования дробовика, искусственного интеллекта и, надеюсь, когда-нибудь квантовых вычислений - были незначительными вариациями. "Мы изучили и проанализировали сотни видов, включая геном человека, - говорит Крейг, - и теперь можем начать понимать, какие генетические компоненты, какие незначительные изменения, произошедшие за миллиарды лет, буквально привели к тому, что мы смогли взять это интервью, совершить эту экспедицию, получить все, что связано с человеческой жизнью".

 

13 мая 2003 года, когда Крейг и его команда готовились покинуть Бермудские острова после взятия первых проб, никто еще не думал об универсальных теориях или грандиозных гипотезах. Никто и не предполагал, что спустя двадцать лет наука микробиология, которая в 2003 году занималась в основном мелкомасштабными экспериментами и имела ограниченное представление о разнообразии микробов в море, будет всерьез размышлять над универсальными теориями и пытаться постичь мир микробов в планетарном масштабе. "Идея ученых мыслить масштабно в области ми-кробиологии во многом началась с Крейга и экспедиции в Саргассово море", - говорит Джек Гилберт. "Его идея выйти на глобальный уровень и привнести технологии, чтобы сделать это возможным, изменила ситуацию".

 

Но это будет позже. В мае 2003 года Крейг и Джефф Хоффман поставили перед собой задачу доставить замороженные, отфильтрованные микробы с Бермудских островов обратно в Роквилл, штат Мэриленд.

Они прибыли в международный аэропорт Бермудских островов через несколько дней после возвращения "Колдуна II" из Саргассова моря, причем Хоффман нес картонную коробку с изоляционным сердечником, заполненным сухим льдом, и тремя 142-миллиметровыми фильтрами, сложенными втрое. Хоффман впервые летел на частном самолете, и его посвятили в ритуал для новичков, в результате которого он занял боковое место в самолете у двери, рядом с баром. "Новичок должен был работать барменом, - сказал он.

Он помнил, что там был Крейг и еще несколько человек, которые пили пиво, когда самолет подрулил и они взлетели, везя с собой сокровища из Саргассова моря. Они направлялись в Мэриленд, где эти миллиарды микробов будут подвергнуты секвенированию и анализу, чтобы заставить их выдать некоторые секреты, скрытые в их ДНК.

 

Глава 3. Геном океана становится мета-геномом

 

Данные о последовательности ДНК можно интерпретировать чрезмерно, но если быть осторожным, то их можно использовать как подсказку.

-Крейг Вентер

 

В пасмурный майский полдень 2003 года, когда грозила гроза, частный самолет, перевозивший Крейга Вентера и Джеффа Хоффмана из Бер-муда, приземлился на аэродроме округа Монтгомери в Гейтерс-бурге, штат Массачусетс. Оттуда Хоффман доставил замороженные фильтры в неприметное лабораторное здание в соседнем Роквилле - временное помещение.

 

Здесь ученые начнут готовить ДНК микробов Саргассова моря к секвенированию и идентификации. В то время различные институты Крейга располагались в разных местах, но в Роквилле завершалось строительство нового кампуса, который должен был объединить все их работы под одной крышей. Институт геоатомных исследований (TIGR), его флагманская исследовательская организация, пока арендовал эту лабораторию в качестве временного помещения.

Основу деятельности Крейга в Роквилле составляли секвенаторы нового поколения. В основном это были ДНК-анализаторы ABI 3730xl от Applied Biosystems, каждая машина размером с мини-холодильник и стоимостью около 300 000 долларов. Десятки таких приборов были выстроены в ряд на столах в нескольких больших комнатах в Роквилле. "Они могли одновременно обрабатывать девяносто шесть последовательностей вместо одной, - говорит Хоффман, - что по тем временам было очень быстро". Секвенаторы работали, помечая каждую генетическую букву - все A, G, C и T - особым флуоресцентным красителем, который считывался лазером и записывался компьютером в виде кода.

Вся эта масса секвенирования была крайне важна для того, что Крейг собирался сделать с микробами Саргассова моря - то, что еще никогда не пытались сделать в таком масштабе. Речь шла о том, чтобы с помощью дробного секвенирования выйти за рамки секвенирования ДНК одного вида или организма, что было нормой, в том числе для проекта "Геном человека".

Вместо этого Крейг предлагал установить последовательность и собрать воедино тысячи отдельных организмов и видов, содержащихся в разнородных образцах из Саргассова моря, - идея, которую многие ученые считали провальной. Это означало, что нужно было заново изобрести и пересмотреть каждый этап процесса секвенирования, начиная с того, как лаборанты вскрывали и выделяли ДНК из множества образцов отдельных организмов одновременно. Проблема заключалась в том, как создать библиотеки секвенирования, в которые можно было бы одновременно поместить большое количество различных микробов, сохранив при этом случайность последовательностей. "В то время, - говорит Крейг, преуменьшая, - это была нелегкая задача".

Чтобы подготовить необработанные образцы к секвенированию, Хоффман обратился к Синди Пфаннкоч, лаборантке из JCVI, которая ранее работала над подготовкой ДНК к секвенированию в рамках проекта "Геном человека", а теперь была направлена во временную лабораторию в Роквилле. "Именно там мы начали работать над Саргассовым морем, - вспоминал Пфаннкоч, - и там мы разработали, как будем фильтровать. У нас было две или три лаборатории, я думаю, они напоминали NIH в пятидесятые годы. Такой декор. Черные скамейки из формики, мрачные зеленые стены, сбоку пара маленьких скамеечек, похожих на столы".

Получив образование почвенного микробиолога, Хоффман адаптировал методы выделения ДНК, которые он освоил в пустынях Аризоны во время защиты докторской диссертации. "Это были довольно стандартные методы, - говорит он, - хотя я никогда не использовал их для микробов из океана". Хоффман, Пфаннкох и небольшая команда из института начали с того, что взяли замороженные фильтры, содержащие микробы, привезенные с Бермудских островов, и разрезали их на крошечные кусочки. Затем они использовали специальные ферменты, предназначенные для вскрытия клеток и извлечения ДНК. "Оказалось, что океанские микробы вскрываются довольно легко, - говорит Джефф, - по сравнению с микробами пустынной почвы, у которых более толстые мембраны". Полный процесс извлечения занял около трех дней.

"Отчасти мы полагались на опыт Джеффа", - вспоминает Крейг.