Статьи медицинского центра Олимп

Геном человека секвенирован менее чем за 50 тысяч долларов

Интересные факты
С помощью двух других людей, ресурсов одной лаборатории и коммерчески доступной машины размером с холодильник профессор Американского университета секвенировал весь свой геном стоимостью менее 50 000 долларов. В 2001 году, когда ученые начали картирование ДНК человека, такой подвиг обошелся бы в сотни миллионов долларов и потребовал бы достаточно людей, чтобы заполнить половину гигантского реактивного самолета, и даже в прошлом году самая низкая заявленная стоимость для этого составляла четверть миллиона долларов и требовала 200 человек.

Доктор Стивен Квейк, профессор биоинженерии Стэнфордского университета и медицинского института Говарда Хьюза, Стэнфорд, Калифорния, и два его коллеги, научный руководитель д-р норма Ф. Нефф и докторант Дмитрий Пушкарев, написали статью об этом в онлайн-выпуске журнала Nature Biotechnology от 10 августа.

Авторы писали, что последние достижения в технологии высокопроизводительного секвенирования ДНК привели к тому, что стоимость и время, необходимое для отображения генома, рушатся на порядки. В итоге сказали, что землетрясение в Стэнфордском университете: "Это действительно демократизирует плоды геномной революции и говорит, что любой может играть в эту игру." -Вам не нужен геномный центр, чтобы секвенировать человеческий геном, - сказал Квейк.

Революция, о которой говорит землетрясение, - это повод для большого волнения, потому что по мере того, как стоимость и время, необходимые для расширения наших знаний о геноме человека, снижаются, тем быстрее мы обнаруживаем, как определенные гены и мутации различаются между нами, способствуют заболеванию и управляют реакцией на лечение. Другая интересная перспектива заключается в том, что она открывает дверь в "персонализированную медицину", где врач секвенирует геном пациента и предоставляет лекарства и методы лечения, адаптированные к его индивидуальному генетическому профилю. Квейк, который является профессором Ли Оттерсона в школе инженерии и членом Стэнфордского онкологического центра, сказал: "Теперь это можно сделать в одной лаборатории, с помощью одной машины, при скромных затратах. Это позволит высвободить огромное количество творческих способностей и действительно расширить поле деятельности"

Чтобы секвенировать геном Квейк, команда использовала коммерчески доступный прибор размером с холодильник, называемый Helicos Biosciences SMS Heliscope, или SMS для краткости. Квейк был пионером технологии SMS в 2003 году и является соучредителем компании, которая его производит, а также возглавляет ее научно-консультативный совет. SMS расшифровывается как секвенирование одной молекулы, технология, которая не требует создания тысяч копий ДНК человека. Это ключевая причина для снижения затрат и усилий, связанных с этим. SMS полагается на измельчение 3 миллионов или около того базовых единиц, составляющих человеческую ДНК, на миллионы нитей длиной около 30 оснований. Основания подобны алфавиту кода ДНК, и их четыре: аденин (сокращенно а), цитозин (с), гуанин (Г) и тимин (Т). SMS использует интересную особенность оснований ДНК, каждое основание совпадает только с одним другим, например, T совпадает только с A. SMS захватывает миллионы нарезанных нитей ДНК на специально обработанной стеклянной пластине, удерживает их там и купает их в последовательных волнах флуоресцентно меченых "букв", которые прилипают к буквам ДНК (например, флуоресцентные Ts будут прилипать к As ДНК и наоборот). В конечном счете каждая нить ДНК имеет рядом с собой новый флуоресцентный "близнец", последовательность которого состоит из комплементарных букв, и это может быть прочитано и переведено машиной. Используя геномы, которые уже были расшифрованы в качестве эталона, мощные компьютеры затем вновь собирают секвенированный код миллионов нитей ДНК в единый геном. Это немного похоже на сборку пазла из миллионов кусочков с помощью картинки на коробке. Квейк и коллеги сказали, что этот этап занял около месяца и представлял собой много сложных задач, таких как, например, когда Нефф и Пушкарев должны были написать сложный алгоритм для проверки точности процесса.

В целом, геном Квейка завершен на 95%, что соответствует другим показателям. В статье команда указывает, что ни одна из технологий секвенирования, включая используемую ими технологию SMS, не дает идеального секвенирования, все они являются неполными приближениями, но считаются достаточно хорошими, чтобы дать достоверное представление о чертах характера и здоровье человека.

Источник:
"Single-molecule sequencing of an individual human genome."
Dmitry Pushkarev, Norma F Neff and Stephen R Quake.
Nature Biotechnology, Published online: 10 August 2009.
DOI:10.1038/nbt.1561