Gēnu fabrika

Pagājušā rudens dienā, kurā valdīja spilgtas nokrāsas, satraukta arhitektu, darbuzņēmēju, inženieru un zinātnieku grupa pulcējās ēkas pagrabā Rokvilā, Md. Bija paredzēts, ka šī struktūra līdz gada beigām tiks pārveidota par lielāko DNS sekvencēšanas rūpnīcu valstī. pasaulē, taču plānošanas sanāksme apstiprināja, ka problēmas uzkrājas. Svarīga tvaika ģeneratora piegāde bija atpalikusi. Un pat nebija skaidrs, vai 113 000 kvadrātpēdu plašās biroju ēkas sienās, ko bija ieņēmis aizsardzības darbuzņēmējs, bet tagad tā stāvēja izķidāta, būs visas caurules un vadi, kas nepieciešami jauno laboratoriju darbībai.

Darbuzņēmēji bija nemierīgi, bet, ja telpā klātesošie zinātnieki nebija pārpildīti ar līdzjūtību, tas bija tāpēc, ka viņi bija izvirzījuši sev vēl lielāku uzdevumu ar vēl dramatiskāku laika grafiku. Pētnieki strādā uzņēmumā Celera Genomics Corp., kas tika izveidots pagājušā gada maijā un plāno līdz 2001. gadam atšifrēt visus 3,5 miljardus DNS ķīmisko burtu, kas veido cilvēka iedzimtību. Celera plāno ne tikai par četriem gadiem pārspēt mērķa datumu, ko sākotnēji noteica publiski finansētais cilvēka genoma projekts (kas sākās 1990. gadā), bet arī pabeigt darbu par desmito daļu no valdības projekta 3 miljardu ASV dolāru cenas.

Šis stāsts bija daļa no mūsu 1999. gada marta numura

• Skatiet pārējo izdevuma daļu
• Abonēt

Ja šīs prasības būtu no cita uzņēmuma, tās varētu tikt noraidītas kā nežēlīgas. Bet Celera ir Perkin-Elmer, instrumentu kompānijas, kas monopolizē automatizēto DNS sekvencēšanas iekārtu tirgu, un J. Kreiga Ventera, pasaulē strīdīgākā un produktīvākā genoma pētnieka, bērns. Partneri vienojās sniegt TR priekšskatījumu par sava ambiciozā plāna būtību un ļāva reportierim sekot līdzi Celera objekta izveidei.

Liela daļa zinātnisko zināšanu, kas nodrošina Celera, nāk no Genomikas pētījumu institūta (TIGR), neatkarīgas laboratorijas Venter, kas dibināta 1992. gadā. TIGR, kas atrodas arī Rokvilā, Ventera darbinieki ir izmantojuši ātrās šaušanas metodi, kas pazīstama kā nejaušās bises pieeja. atšifrēt gandrīz duci baktēriju genomus. Neviena cita laboratorija nav radījusi vairāk DNS secību nolasījumu garajām ķīmisko burtu virknēm, kas apzīmētas ar A, C, G un T, kas veido DNS molekulu. Un atkal, Ventera pieeja nekad nav izmēģināta nekam tik lielam kā cilvēka genoms, kurā ir aptuveni 1000 reižu vairāk DNS nekā jūsu vidējais mikrobs. Ir grūti aptvert visu tā mērogu, saka Venters, tagadējais Celera prezidents. Es vismaz varu tikt galā ar miljoniem, jo ​​tagad tos tērēju visu laiku.

Celera naudu iegūst no Perkin-Elmer, instrumentu giganta, kura projekts ir dramatiska pāreja uz datu kontroli, nevis tikai iekārtu izgatavošanu un pārdošanu. Perkin-Elmer's Norwalk, Conn., galvenās mītnes amatpersonu lēmums likt lietā jaudīgu jauna veida DNS sekvencētāju ir satriecājis biotehnoloģiju nozari un radījis salīdzinājumus ar Microsoft pāreju uz tiešsaistes publicēšanu. Partneri apsteidza bažas, ka viņi varētu nolaupīt genomu, apsolot bez maksas (bet ar dažiem brīdinājumiem) nodot datus publiskajam sektoram. Starp Ventera bises metodi un Pērkina-Elmera dziļajām kabatām un jaunajām mašīnām Celera izskatās tā, it kā tā varētu attaisnot savu nosaukumu: spēle ar vārdu celerity, lai panāktu ātru darbību.

Rūpnīcas apskate

Šodien, četrus mēnešus un daudzas vēlas naktis pēc satraukuma pilnās plānošanas sanāksmes, gēnu fabrika ir pabeigta. Vienīgā zīme, ka stikla ēkā atrodas pasaulē, iespējams, visražīgākā molekulārās bioloģijas laboratorija, ir divas masīvas gaisa kondicionēšanas iekārtas, kas tup zālē. Dzesētāji, kas ir pārāk smagi, lai sēdētu uz ēkas, atdzesē 1600 kubikmetru gaisa minūtē un ievada to objekta sirdī, kur sakārtotās rindās dūc 257 jaunas sekvencēšanas iekārtas.

Pelēkās, līdz jostasvietai līdz 3700 modeļiem paredzētās iekārtas divu gadu laikā gandrīz slepeni izstrādāja Pērkina-Elmera Rietumkrasta meitasuzņēmums Applied Biosystems. Venters saka, ka tikai vienai no šīm iekārtām ir lielāka sekvencēšanas jauda nekā daudzām lielām akadēmiskajām laboratorijām, no kurām lielākā daļa balstās uz agrāku modeli, ko sauc par 377. Kopumā, Venters aprēķina, Celera vienā dienā var atšifrēt gandrīz tikpat daudz DNS kā visas galvenās. laboratorijas, ko finansēja pagājušajā gadā radītais cilvēka genoma projekts.

Tieši tas, kas atrodas šajās jaunajās iekārtās, padara tās tik ātras. Katrs satur 104 stikla kapilārus: dobas, matiņus plānas caurules, kuras iekārta var automātiski piepildīt ar sīrupainu polimēru un vēlāk iztīrīt ar atšķaidītu slāpekļskābes šķīdumu. Sekvencēra uzdevums ir kārtot DNS fragmentus pēc lieluma. Elektriskā lauka vilkti, mazi fragmenti caur caurulēm pārvietojas ātrāk nekā lielie. Kapilāri aizstāj apgrūtinošās kafejnīcas paplātes izmēra plāksnītes ar iepriekšējos modeļos izmantoto toksisko gēlu, kas prasmīgam tehniķim bija jāmaina ik pēc dažām stundām. Automātiskais 3700, kurā ir ķimikālijas un vairāk nekā 1000 DNS paraugu, var darboties gandrīz divas dienas bez cilvēka iejaukšanās, saka Marks Adamss, jaunais zinātnieks, kurš uzrauga Celera sekvencēšanas darbību. Ar pilnu jaudu Celera plāno katru dienu nolasīt 100 miljonus DNS secības burtu.

Vairāk nekā puse Celera personāla, ko nodrošina astoņi 6 pēdu 64 bitu datoru serveri, kas atrodas blakus ēkā, būs veltīti datu straumēšanas lavīnas atšifrēšanai no sekvencēšanas iekārtām. Analīzes vadītājs ir Džīns Maijerss, modeļu analīzes eksperts atvaļinājuma laikā no Arizonas Universitātes Datorzinātņu nodaļas.

Izaicinājums, ar kuru saskarsies Maiersa darbinieki, ir kaut kas līdzīgs pilnīgas Bībeles no jauna salikšanai no 10 eksemplāriem, kas ir saplēsti sīkos gabaliņos. Tā kā sekvencēšanas iekārtas var nolasīt tikai īsus DNS posmus, genoms vispirms ir jāsadala mazākos gabaliņos. Celera zinātnieki sāka, paņemot DNS no vairākām cilvēka šūnām un ķīmiski sasmalcinot to miljonos nejaušu, pārklājošu fragmentu dažu tūkstošu burtu garumā. Lai saglabātu šo fragmentu bibliotēku, zinātnieki tos potēja E. coli baktēriju kolonijās. Pēc bises stratēģijas Celera pēc tam sekvencēs 500 burtus no katra fragmenta gala, atkārtojot procesu visā bibliotēkā, iegūstot 70 miljonus atsevišķu secību.

Maiersa uzdevums ir izstrādāt algoritmus, kas var apkopot šos elementus, kad to kods ir nolasīts. Lai gan tas izklausās pēc vienkārša darba — vienkārši sarindojiet burtus, kas pārklājas, un sāciet ielīmēt — tas ir nekas cits. Paņemiet saplēsto Bībeli. Izplatītas frāzes, piemēram, Tu nedrīksti… vai svētīti, tās… padarītu labās grāmatas salikšanu daudz grūtāku, jo šķiet, ka daži fragmenti pārklājas, lai gan patiesībā tā nav. Genoms ir līdzīgi pieblīvēts ar atkārtotām sekvencēm, dažas īsas, dažas garas, dažas ir miljonā eksemplāros, citas atkārtojas tikai divas reizes.

Šī iemesla dēļ zinātnieki, kas strādā pie publiski finansētā cilvēka genoma projekta, pirms sekvencēšanas ir rūpīgi izstrādājuši genomu. Aptuveni tāpat kā izdomāt, kur atrodas Bībeles nodaļas, pirms saplēst lapas, tas nozīmē, ka pēc tam tām būs jāsaliek daudzas mazas kaudzes, nevis viena milzīga. Enerģētikas departamenta Apvienotā genoma institūta direktors Elberts Brenskombs domā, ka Selera 70 miljonu gabalu mīkla var būt neatrisināma. Cik liela problēma tā būs, neviens pat nevar precīzi uzminēt, saka Brenskombs.

Maierss apgalvo, ka risinājuma atslēga ir tāda, ka Selera puzles gabali ir pa pāriem, kas pacelti no viena fragmenta galiem, kura kopējais garums viņiem ir zināms. Viņš uzskata, ka pāri pietiekami ierobežos problēmu, lai nonāktu pie unikāla risinājuma. Ārējie zinātnieki saka, ka Selera stratēģija nebūtu iespējama bez sekvencēm, kas jau izstrādātas valsts finansētās laboratorijās, taču Maierss apgalvo, ka mīklu varētu atrisināt jebkurā gadījumā. Viņš saka, ka ārējā informācija ir tikai lietderīga. Ja mēs veiktu genomu, par kuru mums nav datu, piemēram, Bermudu zāli, mēs varētu veikt autonomu operāciju.

Neatkarīgi no tā, vai Celera darbība ir augstākā līmeņa zinātne, joprojām ir diskusiju jautājums genoma kopienā. Bez šaubām, Celera genoma versijā būs daudz, daudz mazu spraugu. Fotokopija, ja vēlaties, kas sniedz kopainu un lielāko daļu detaļu, bet var neatbilst cilvēka genoma projekta paredzētajiem augstas precizitātes standartiem.

Pēc genoma

Tomēr dati būs pietiekami labi, lai tos izmantotu tirgū. Venters ir teicis, ka viņš bez maksas atdos neapstrādāto secību, lejupielādējot to tiešsaistes publiskajā repozitorijā, kas pazīstams kā GenBank. Tātad, kas atliek pārdot? Diezgan daudz. Celera peļņa lielākoties var rasties, licencējot farmācijas uzņēmumiem datu bāzi, kas iesaiņo secību pieejamākā formā. Zāļu kompānijas iegūs datus par gēniem ar medicīnisku pielietojumu, lai gan Venter saka, ka Celera vispirms atradīs un patentēs vairākus simtus gēnu. Celera glabās arī informāciju par atsevišķiem DNS burtiem, kas dažādiem cilvēkiem atšķiras, ko sauc par viena nukleotīda polimorfismiem. Šīs atšķirības var paredzēt personas uzņēmību pret slimībām vai toksiskām reakcijām uz zālēm. Un ārpus cilvēka genoma atrodas citi. Lielais lauksaimniecības koncerns Monsanto jau ir ierosinājis Celera pārņemt rīsu genomu.

Kā Venteram patīk norādīt, cilvēku secības pabeigšana vienkārši ir jaunas ēras sākums, kurā datus var izmantot cilvēku veselības uzlabošanai. Ja Selera plāni izdosies, šis postgenomisks laikmets pie mums pienāks ātrāk, nekā paredzēts. Faktiski Celera uzlaboja genoma nolasīšanas laika grafiku, pirms rūpnīcas atjaunošanas dēļ tika nojaukta viena siena. Reaģējot uz negaidīto konkurenci, valsts finansētā cilvēka genoma projekta direktori ir paziņojuši, ka tagad plāno pārtraukt visu projektu līdz 2003. gadam, divus gadus agrāk, nekā bija paredzēts sākotnējā grafikā. Un līdz 2001. gadam, kad Celera ir apsolījis atklāt savus datus, publiskā sektora zinātnieki ir apņēmušies izstrādāt darba projektu, kas tiem atbilstu. Publisks genoms vai privāts, celerity noteikti ir dienas kārtība.

paslēpties