211service.com
Genų fabrikas
Ryškių atspalvių dieną praėjusį rudenį nerimastinga architektų, rangovų, inžinierių ir mokslininkų grupė susirinko į pastato rūsį Rokvilyje, Md. Ši konstrukcija iki metų pabaigos turėjo būti paversta didžiausia DNR sekos nustatymo gamykla pasaulyje. pasaulyje, tačiau planavimo susitikimas patvirtino, kad problemų daugėja. Svarbaus garo generatoriaus pristatymas vėlavo. Ir net nebuvo aišku, kad 113 000 kvadratinių metrų biurų pastato, kurį užėmė gynybos rangovas, bet dabar stovėjo išdarinėtas, sienos tilps visi vamzdžiai ir laidai, reikalingi naujoms laboratorijoms valdyti.
Rangovai buvo neramūs, bet jei patalpoje esantys mokslininkai nebuvo perpildyti užuojautos, tai buvo dėl to, kad jie išsikėlė sau dar didesnę užduotį su dar dramatiškesne tvarka. Tyrėjai dirba pernai gegužę įsteigtoje įmonėje Celera Genomics Corp., kuri planuoja iki 2001 m. iššifruoti visas 3,5 milijardo cheminių DNR raidžių, sudarančių žmogaus paveldimumą. „Celera“ ketina ne tik ketveriais metais viršyti tikslinę datą, kurią iš pradžių nustatė valstybės finansuojamas Žmogaus genomo projektas (pradėtas 1990 m.), bet ir užbaigti darbą už dešimtadalį vyriausybės projekto 3 milijardų dolerių kainos.
Ši istorija buvo mūsų 1999 m. kovo mėnesio numerio dalis
- Žr. likusią numerio dalį
- Prenumeruoti
Jei šie teiginiai būtų iš kitos įmonės, jie gali būti atmesti kaip piktinantys. Tačiau „Celera“ yra prietaisų kompanijos Perkin-Elmer, monopolizuojančios automatizuotų DNR sekos nustatymo mašinų rinką, ir J. Craigo Venterio, prieštaringiausio ir produktyviausio genomo tyrinėtojo pasaulyje, vaikas. Partneriai sutiko pateikti TR apžvalgą apie jų ambicingo plano esmę ir leido reporteriui sekti, kaip atsirado Celera įrenginys.
Didžiąją dalį Celera turinčios mokslinės patirties yra gauta iš Genominių tyrimų instituto (TIGR), nepriklausomos laboratorijos „Venter“, įkurtos 1992 m. TIGR, taip pat Rokvilyje, Venterio darbuotojai taikė greito šaudymo metodą, žinomą kaip atsitiktinis šautuvas. iššifruoti beveik keliolikos bakterijų genomus. Jokia kita laboratorija nepateikė daugiau DNR sekų nuskaitymų iš ilgų cheminių raidžių, žymimų A, C, G ir T, sudarančių DNR molekulę. Vėlgi, Venterio metodas niekada nebuvo išbandytas su tokiu dideliu kiekiu kaip žmogaus genomas, kuriame yra apie 1000 kartų daugiau DNR nei jūsų vidutinis mikrobas. Sunku… suvokti visą to mastą, sako Venteris, dabar „Celera“ prezidentas. Bent jau galiu susitvarkyti su milijonais, nes dabar juos išleidžiu visą laiką.
Pinigai už „Celera“ gaunami iš „Perkin-Elmer“, prietaisų milžino, kurio projektas yra dramatiškas perėjimas prie duomenų kontrolės, o ne tik įrangos gamybos ir pardavimo. Perkin-Elmer's Norwalk (Conn.) būstinės pareigūnų sprendimas patiems pritaikyti galingą naujo tipo DNR sekvenatorių pribloškė biotechnologijų pramonę ir palygino su Microsoft perėjimu prie internetinės leidybos. Partneriai užbėgo nuogąstavimams, kad jie gali užgrobti genomą, pažadėdami duomenis nemokamai (bet su keletu įspėjimų) perduoti viešajam sektoriui. Tarp Venterio šautuvų metodo ir Perkino-Elmerio gilių kišenių bei naujų mašinų „Celera“ atrodo taip, tarsi galėtų pateisinti savo pavadinimą: žaismas žodžiu „celerity“, siekiant greito veiksmo.
Ekskursija po gamyklą
Šiandien, praėjus keturiems mėnesiams ir daugybei vėlyvų naktų po nerimo kupino planavimo susitikimo, genų gamykla baigta. Vienintelis ženklas, kad stikliniame pastate yra, be abejo, produktyviausia pasaulyje molekulinės biologijos laboratorija, yra du didžiuliai oro kondicionavimo įrenginiai, tupi žolėje. Aušintuvai, per sunkūs, kad būtų galima sėdėti ant pastato, per minutę atvėsina 1600 kubinių metrų oro ir nukreipia jį į objekto širdį, kur tvarkingomis eilėmis dūzgia 257 naujos sekos nustatymo mašinos.
Pilkos, juosmens aukščio 3700 modelių mašinos buvo sukurtos per dvejus metus beveik slaptai Perkin-Elmer Vakarų pakrantės dukterinės įmonės Applied Biosystems. Venterio teigimu, tik viena iš tų mašinų turi daugiau sekos nustatymo pajėgumų nei daugelis didelių akademinių laboratorijų, kurių dauguma remiasi ankstesniu modeliu, vadinamu 377. Venteris apskaičiavo, kad Celera per vieną dieną gali iššifruoti beveik tiek pat DNR, kiek ir visos pagrindinės. praėjusiais metais sukurto žmogaus genomo projekto finansuojamos laboratorijos.
Būtent tai, kas yra šių naujų mašinų viduje, daro juos tokius greitus. Kiekviename iš jų yra 104 stikliniai kapiliarai: tuščiaviduriai, ploni vamzdeliai, kuriuos aparatas gali automatiškai užpildyti sirupo pavidalo polimeru ir vėliau išvalyti praskiestu azoto rūgšties tirpalu. Sekvencijos kūrėjo darbas yra rūšiuoti DNR fragmentus pagal dydį. Elektrinio lauko tempiami maži fragmentai vamzdeliais juda greičiau nei dideli. Kapiliarai pakeičia gremėzdiškas, ankstesniuose modeliuose naudotas kavinės padėklo dydžio toksiško gelio plokštes, kurias kvalifikuotas technikas turėjo keisti kas kelias valandas. Sudėtyje yra cheminių medžiagų ir daugiau nei 1000 DNR mėginių, automatizuotas 3700 gali veikti beveik dvi dienas be žmogaus įsikišimo, sako Markas Adamsas, jaunasis mokslininkas, prižiūrintis Celera sekos nustatymo operaciją. Visu pajėgumu „Celera“ tikisi kiekvieną dieną perskaityti 100 milijonų DNR sekos raidžių.
Daugiau nei pusė „Celera“ darbuotojų, kuriuos palaiko aštuoni 6 pėdų 64 bitų kompiuterių serveriai, esantys gretimame pastate, bus skirti duomenų srautų lavinos iššifravimui iš sekos nustatymo įrenginių. Analizei vadovauja Gene'as Myersas, atostogaujantis modelių analizės ekspertas iš Arizonos universiteto kompiuterių mokslo katedros.
Iššūkis, su kuriuo susidurs Myerso darbuotojai, yra panašus į visos Biblijos surinkimą iš 10 egzempliorių, kurie buvo suplėšyti į mažas dalis. Kadangi sekos nustatymo mašinos gali nuskaityti tik trumpas DNR atkarpas, pirmiausia genomą reikia suskaidyti į mažesnius gabalus. Celera mokslininkai pradėjo paėmę DNR iš daugelio žmogaus ląstelių ir chemiškai susmulkindami ją į milijonus atsitiktinių, persidengiančių kelių tūkstančių raidžių fragmentų. Norėdami išlaikyti šių fragmentų biblioteką, mokslininkai įskiepijo juos į E. coli bakterijų kolonijas. Vadovaudamasi šautuvo strategija, „Celera“ paskirs 500 raidžių iš kiekvieno fragmento galo – kartojant procesą visoje bibliotekoje gaunama 70 milijonų atskirų sekų.
Myerso užduotis yra sukurti algoritmus, kurie galėtų surinkti šiuos elementus, kai nuskaitomas jų kodas. Nors tai skamba kaip paprastas darbas – tiesiog surikiuokite persidengiančias raides ir pradėkite klijuoti – tai nieko kito. Paimkite išplėštą Bibliją. Įprastos frazės, pvz., „Tu neturėtum...“ arba „Palaimintos jos“... labai apsunkintų geros knygos surinkimą, nes atrodo, kad kai kurie fragmentai persidengia, o iš tikrųjų – ne. Genomas panašiai prigrūstas pasikartojančių sekų, kai kurios trumpos, kitos ilgos, kitos – milijono kopijų, kitos kartojasi tik du kartus.
Dėl šios priežasties mokslininkai, dirbantys su valstybės finansuojamu Žmogaus genomo projektu, prieš pradėdami seką kruopščiai suplanavo genomą. Maždaug taip, kaip išsiaiškinti, kur yra Biblijos skyriai prieš išplėšiant puslapius, tai reiškia, kad tada jiems teks iš naujo surinkti daug mažų krūvelių, o ne vieną didžiulę. Elbertas Branscombas, Energetikos departamento Jungtinio genomo instituto direktorius, mano, kad Celera 70 milijonų dalių galvosūkis gali būti neišsprendžiamas. Kokia tai bus problema, niekas net negali gerai spėti, sako Branscombas.
Myersas teigia, kad sprendimo raktas yra tas, kad Celeros dėlionės dalys yra poromis, pakeltos iš vieno fragmento galų, kurių bendras ilgis jiems žinomas. Jis mano, kad poros pakankamai suvaržys problemą, kad rastų unikalų sprendimą. Išoriniai mokslininkai teigia, kad Celeros strategija būtų neįmanoma be viešai finansuojamose laboratorijose jau sukurtų sekų, tačiau Myersas teigia, kad galvosūkis vis tiek gali būti išspręstas. Jis sako, kad išorinė informacija yra tik naudinga priemonė. Jei ketintume atlikti genomą, apie kurį neturime duomenų, tarkime, Bermudų žolę, galėtume atlikti savarankišką operaciją.
Nesvarbu, ar „Celera“ veikla yra aukščiausio lygio mokslas, vis dar diskutuojama genomo bendruomenėje. Be jokios abejonės, Celera genomo versija turės daug mažų spragų. Jei norite, fotokopija, kuri suteikia bendrą vaizdą ir didžiąją dalį detalių, tačiau gali neatitikti didelio tikslumo standarto, numatyto žmogaus genomo projekte.
Po genomo
Tačiau duomenys bus pakankamai geri, kad juos būtų galima pateikti rinkai. Venteris pasakė, kad neapdorotą seką atiduos nemokamai, atsisiųsdamas ją į internetinę viešąją saugyklą, žinomą kaip „GenBank“. Taigi ką belieka parduoti? Daugoka. „Celera“ pelnas daugiausia gali būti gaunamas iš licencijų farmacijos įmonėms duomenų bazės, kurioje seka supakuojama į labiau prieinamą formą. Vaistų kompanijos išgaus duomenis apie genus naudodamos mediciną, nors Venteris teigia, kad „Celera“ pirmiausia suras ir patentuos kelis šimtus genų sau. Celera taip pat saugos informaciją apie atskiras DNR raides, kurios skiriasi tarp žmonių, vadinamų vieno nukleotido polimorfizmais. Šie skirtumai gali numatyti asmens jautrumą ligoms arba toksinėms reakcijoms į vaistus. O už žmogaus genomo slypi kiti. Didelis žemės ūkio koncernas „Monsanto“ jau pasiūlė „Celera“ perimti ryžių genomą.
Kaip mėgsta pabrėžti Venteris, žmogaus sekos užbaigimas yra tiesiog naujos eros, kurios metu duomenys gali būti panaudoti žmonių sveikatai gerinti, pradžia. Jei Celeros planai pasiteisins, ši postgenominė epocha ateis greičiau nei tikėtasi. Tiesą sakant, „Celera“ patobulino genomo nuskaitymo laiko juostą, kol gamyklos renovacijai nebuvo nugriauta viena siena. Reaguodami į netikėtą konkursą, valstybės finansuojamo žmogaus genomo projekto direktoriai paskelbė, kad dabar planuoja užbaigti visą projektą iki 2003 m., dvejais metais anksčiau, nei buvo numatyta pradiniame grafike. O iki 2001 m., kai „Celera“ pažadėjo atskleisti savo duomenis, viešojo sektoriaus mokslininkai pažadėjo parengti juos atitinkantį projektą. Viešasis genomas ar privatus, smalsumas tikrai yra dienos tvarka.