Геном в шоколаде

Расшифровка генома какао — одно из самых громких научных достижений в генетике за последнее время. Итоги двух лет исследований ученые представили в Цюрихе журналистам, среди которых был и корреспондент "Огонька"

Кирилл Журенков, Цюрих — Москва

"Ведьмина метла", или "эскоба де бруха",— это название приводит в ужас, пожалуй, всех фермеров Южной Америки. Вредный грибок не только уничтожает плоды и листву, но и проникает в стволы деревьев. Как результат: целые плантации зараженного какао. Считается, что во многом именно из-за этой болезни Южная Америка, которая некогда была лидером по производству какао, уступила свое почетное место другому континенту — Африке.

И вот сегодня ученые обещают: "ведьмина метла" и другие подобные болезни, наносящие огромный ущерб сельскому хозяйству по всему миру, скоро уйдут в прошлое. На помощь фермерам пришла генетика, точнее — новейшие достижения в области расшифровки генома.

Сладкая жизнь

В международном проекте по секвенированию (именно так правильно называть определение последовательности нуклеотидов в молекуле ДНК) генома какао приняло участие множество самых различных организаций: компания "Mapc", известная в России по шоколадкам, IBM, Минсельхоз США, Университет Калифорнии, Государственный университет Вашингтона, Университет Индианы — и это лишь начало списка.

Об успешном завершении исследований было объявлено несколько месяцев назад, а недавно один из руководителей проекта доктор Говард-Яна Шапиро представил результаты секвенирования журналистам на встрече в исследовательской лаборатории IBM в Цюрихе. Формат видеоконференции, когда вопросы ученому задавали в Цюрихе, а отвечал он на них из офиса в США, еще раз продемонстрировал полную победу науки над расстояниями, а заодно и над природой. Что касается самого участия всемирно известной корпорации, то оно не случайно: секвенирование генома требует нешуточных компьютерных мощностей.

— Ключевое слово здесь не биология, а информатика,— говорит Станислав Полонский, руководящий одним из направлений по исследованию генома в компании IBM.— Можно продемонстрировать какие-то алгоритмы, применить новые научные подходы. Так почему бы нет?

Вся эта команда объединилась, чтобы ни много ни мало спасти индустрию производства шоколада. Дело в том, что деревья какао, из плодов которого сегодня и производят шоколад,— одни из самых уязвимых растений на планете. Вот статистика: каждый год только западноафриканские производители какао теряют до 800 млн долларов из-за всевозможных вредителей и плохих погодных условий. А по данным Института природных ресурсов графства Кент (Великобритания), за последние годы от болезней погибло почти 60 процентов урожая какао в Бразилии.

Всего же в мире выращивают эту культуру примерно 6,5 млн фермеров, и для них борьба за урожай — зачастую вопрос выживания. Важность проекта исследователи объясняют именно этим: какао сегодня кормит множество людей по всей планете.

— Нам понадобилось два года, два месяца и 20 дней, хотя мы думали, что это займет лет пять,— сказал "Огоньку" доктор Говард-Яна Шапиро из компании "Марс".

Пока что представленные результаты охватывают 92 процента всего генома какао — это приблизительно 35 тысяч генов (для сравнения: у человека около 20 тысяч генов). Однако исследователи обещают, что завершат начатое, а о результатах будут сообщать на специально созданном веб-сайте. "Вся информация будет доступна каждому",— уверяет доктор Шапиро. Сегодня геном уже стал общественным достоянием.

Теперь, как считают исследователи, появляется возможность улучшать характеристики растения на генетическом уровне, а значит, повышать урожайность, устойчивость к паразитам, качество самого какао. Это сулит и социальные преимущества: увеличение дохода фермеров, улучшение экологии (исчезнет нужда в химикатах, сами плантации будут занимать меньше земли). Доктор Шапиро видит основания говорить о новой "зеленой революции".

Геном за миллион

Секвенирование генома какао — значимое, но далеко не единственное подобное достижение в генетике. В последние годы ученых со всего мира охватила настоящая лихорадка: расшифровывают геномы всех живых организмов — от бактерий до человека. А несколько лет назад американский фонд X Prize, присуждающий премии за передовые научные исследования, даже объявил вознаграждение в 10 млн долларов за создание самого быстрого метода секвенирования. Условия получения гранта довольно жесткие, но сегодня они уже не кажутся невозможными: 100 произвольных человеческих геномов за 10 дней, при этом стоимость исследований должна быть не выше 10 тысяч долларов за геном.

Биолог, заместитель директора по научным вопросам Института проблем передачи информации РАН Михаил Гельфанд вспоминает, что начиналось все в 1980-х годах с секвенирования вирусов. Сейчас такие исследования, в частности, помогли в борьбе с атипичной пневмонией: определение последовательности вируса позволило установить, к какой группе он принадлежит, и понять механизмы заражения.

Затем ученые обратили внимание на бактерии, а после бактерий сразу схватились за самый амбициозный эксперимент — расшифровку человеческого генома. Здесь практических шагов также множество: от специальных тестов, позволяющих производить раннюю диагностику рака, до развития так называемой индивидуальной медицины (то есть подбора лекарств непосредственно под геном конкретного человека).

К 2000-м, когда вспомнили, наконец, о растениях, человеческий геном был уже практически расшифрован. Одной из причин, по которой с этим не торопились, ученые называют то, что геномы растений определить гораздо сложнее — многие из них длиннее, чем у человека. Однако развитие технологий и удешевление процесса секвенирования сделали возможным и это.

Впрочем, дело, конечно, не только в научной гонке. Как подчеркивают сами ученые, они в тревоге за судьбу планеты.

Кушать хочется

Первым сельскохозяйственным растением, геном которого был секвенирован, стал рис — базовая культура питания для большей части населения планеты. Вслед за ним благодаря тому, что технологии совершенствовались, были расшифрованы геномы и других важнейших сельскохозяйственных культур: картофеля, кукурузы, пшеницы. Собственно, сегодня последовательность нуклеотидов в молекуле ДНК определена для большинства растений, которые являются основой рациона питания.

Но останавливаться еще рано. По словам одного из исследователей генома пшеницы, Майка Бевана из Центра Джона Иннса (этот независимый международный центр занимается микробиологией и науками о растениях), наука просто не успевает давать ответы на вопросы, которые ставит растущий дефицит продовольствия.

Впрочем, у "генетической гонки" есть и другая сторона.

— Сегодня технологии секвенирования шагнули далеко вперед и сделали этот метод рентабельным. Иными словами, на нем можно сделать хороший бизнес,— говорит Сергей Киселев, директор отделения нейронауки и молекулярно-клеточной биологии Курчатовского института.— Если говорить о секвенировании растений, речь идет о тех видах, которые мы используем на протяжении сотен тысяч лет: рисе, пшенице, сое или хлопке — обо всем, что находится в коммерческом обороте и дефицит чего, как утверждают в последнее время, мы стали ощущать все сильнее. Соответственно, зная те или иные геномы, можно создать ускорители роста или изобрести принципиально новые средства борьбы с болезнями этих растений.

По словам Киселева, трансгенные растения, из которых сегодня производят продукты,— результат первых работ по секвенированию, когда были вычислены только части геномов, а не вся цепочка ДНК. В будущем же, утверждают специалисты, необходимость в трансгенах вообще отпадет. Напротив, как сегодня уже делается в медицине, люди получат возможность контролировать биологические процессы, что называется, по ходу дела: к примеру, будет достаточно посыпать особым порошком плантацию риса, и его рост ускорится, чтобы успеть к заморозкам.

Не случайно только в Китае Пекинским институтом геномных исследований в начале года было закуплено примерно 130 самых высокопроизводительных аппаратов для установления цепочек ДНК (стоимость подобного устройства — порядка 400 тысяч долларов): по данным на минувшее лето, с их помощью было секвенировано около 300 геномов растений.

Какое место займет в этой гонке наша страна — вопрос пока открытый.

— В России, безусловно, занимаются секвенированием, но отечественная наука явно не на лидирующих позициях,— объясняет Станислав Полонский из IBM.

Сергей Киселев из Курчатовского института лишь пожимает плечами: изучение генома растений для российских ученых вопрос интересный, но не слишком актуальный. Зато есть другие важные темы, например здоровье нации. Секвенирование генома раковых опухолей и вообще изучение генетических особенностей тех или иных заболеваний для создания новых лекарств, по мнению Киселева, действительно насущная задача для российских ученых.

С геномом на ты

Что же касается традиционных опасений, связанных с вмешательством в геном, то их ученые отметают с порога.

— Не мы одни экспериментируем — природа экспериментирует вместе с нами,— говорит Станислав Полонский.— Возьмите каждое новое поколение вирусов или микробов — там идут постоянные генетические модификации. Конечно, если говорить о генетических модификациях, то здесь можно проколоться, но, с другой стороны, разве это плохо, когда в рис встраивают витамины, чтобы восполнить их недостаток у людей в тех или иных странах? Родятся ли от этого люди-мутанты? Честно говоря, сомневаюсь. Но вообще это разговор о прогрессе и его возможных издержках: на свет можно ненароком произвести и нечто ужасное, но скорее всего плюсов будет все равно больше.

Михаил Гельфанд из Института проблем передачи информации РАН также оптимистично смотрит в будущее. По его словам, эти опасения — плод невежества.

— Это вовсе не означает, что не надо проверять на безопасность и жестко лицензировать сорта генно-модифицированных растений, и, конечно, ученые отвечают за результат вместе с производителями,— уточняет он.— Но подобные меры предосторожности нужны при работе с любой новой технологией от пластмасс, удобрений и прочих продуктов химической промышленности до персональных компьютеров и сотовых телефонов.

Открытия в генетике врываются в жизнь так стремительно и меняют ее так решительно, что далеко не все мы успеваем это понять. Ученым легче: тот же доктор Шапиро объясняет, что, когда он был ребенком, одной из самых страшных болезней в мире считался полиомиелит (от него страдал и один из друзей исследователя). В результате человечеству помогла открытая генетиками вакцина Сэбина.

— Мне тогда было 5 лет, я не знал про эту вакцину, и кто-то принял решение ее использовать за меня,— разводит руками доктор Шапиро.— Это было рискованно, но это спасло миллионы детей по всему миру.