Путешествие Колдуна II. Экспедиция, которая раскрыла секреты микробиома океана - J. Craig Venter
Крейг вспомнил об одном откровенном открытии, сделанном в первые дни поддержки МЭ. "После Haemophilus и M. genitalium Министерство энергетики выделило нам двадцать или тридцать ге-номов, - говорит Крейг, - и создало консультативный комитет, чтобы помочь нам сделать выбор: Какие наиболее важные виды микроорганизмов на планете мы должны изучить в первую очередь?" В комитет вошли известный микробиолог Рита Колвелл, которая впоследствии стала директором Национального научного фонда, и Карл Виз, микробиолог, разработавший процесс штрихкодирования видов с помощью 16S рРНК и открывший существование типа клеток архея.
Присутствие Колвелл в комитете позволило установить очевидную дату, поскольку "видом, которым она занималась всю жизнь, была холера". Как вспоминает Крейг, "я подумал, что было бы интересно провести последовательность, потому что в холерном сообществе шли большие дебаты о том, есть ли у холеры одна или две хромосомы". Карл Уиз, был уверен, что нет необходимости использовать метод дробовика на холере, поскольку ее код 16S рРНК полностью совпадает с кодом другой бактерии, E. coli, у которой всего одна хромосома. Но "одна из вещей, которая мне больше всего нравится в дробовом секвенировании, - это то, что оно не требует гипотез", - продолжает Крейг. "Неважно, что вы считали раньше - одну хромосому или две хромосомы, или что ген 16S похож на E. coli. Это как машина правды, потому что если в ней есть независимые элементы, она собирает их независимо, как они есть на самом деле, а не как люди думают, что они могут быть".
Конечно, выяснилось, что у холеры две хромосомы.9"В одной из хромосом была метка 16S рРНК, и эта хромосома очень похожа на кишечную палочку", - говорит Крейг, а это значит, что в лучшем случае "Карл Вуз был прав наполовину, потому что вторая хромосома совсем не похожа на кишечную палочку и, скорее всего, произошла от слияния двух бактерий в древние времена". Размышляя о том, какой организм следует изучать следующим, Крейг хотел
чтобы сосредоточиться на одном из видов, существующем в экстремальных условиях, в надежде понять, как ему удается выживать. Позже он писал: "В 1996 году мы намеренно выбрали необычный вид для нашей третьей работы над геномом: Methanococcus jannaschii. Этот одноклеточный организм живет в необычной среде - гидротермальном жерле, где горячая, богатая минералами жидкость вырывается из глубины морского дна. В этих адских условиях клетки выдерживают давление более 245 атмосфер, что эквивалентно давлению 3 700 фунтов на квадратный дюйм, и температуру около 85 градусов по Цельсию (185 градусов по Фаренгейту). Это само по себе замечательно, поскольку большинство белков денатурируют при температуре от пятидесяти до шестидесяти градусов Цельсия, и именно поэтому яичный белок становится непрозрачным при приготовлении пищи".10 Крейг сотрудничал с Карлом Вузом в работе над Methanococcus, первым типом клеток архей, который когда-либо был секвенирован. "Последовательность не разочаровала", - пишет он. Геном метанококка расширил наше представление о биологии и генофонде нашей планеты". Почти 60 процентов генов Methanococcus были новыми для науки и неизвестными; только 44 процента генов были похожи на ранее охарактеризованные. Некоторые гены метанококка, в том числе связанные с основным энергетическим метаболизмом, действительно напоминали гены бактериальной ветви жизни. Однако, в отличие от них, многие гены, в том числе связанные с обработкой информации, а также с репликацией генов и хромосом, имели наилучшие совпадения с генами эукариот, в том числе с генами человека и дрожжей". Исследование генома Methanococcus появилось на первых страницах крупных газет "и вызвало несколько интересных заголовков", - отметил Крейг.
Этот процесс также вдохновил людей представить, как могла зародиться жизнь на ранней, вулканической Земле, и как жизнь могла существовать на других мирах, где температура и наличие едких химических веществ, как казалось ранее, исключали ее существование.
Следующим геном, секвенированным Крейгом и его командой, был другой экстремофил под названием Archaeoglobus, обитающий в нефтяных месторождениях и горячих источниках. "Этот организм использует сульфат в качестве источника энергии, но может питаться практически всем", - пишет Крейг. "Наш первый анализ более чем двух миллионов букв его генома показал, что четверть его генов имеют неизвестную функцию... а еще четверть кодируют новые белки". Раскрывая новые биологические механизмы получения энергии, Archaeoglobus также может предложить альтернативу использованию человеком ископаемого топлива.
Удивительный результат другого эксперимента, проведенного в это время, доказал, что секвенирование дробовика можно использовать для выделения и идентификации нескольких видов бактерий одновременно из одного и того же образца. Это открытие произошло, когда команду Крейга попросили идентифицировать стрептококковую бактерию, которая вызывала тяжелую пневмонию у пациента в Норвегии. Процесс дробного анализа показал, что на самом деле виновником были две разные бактерии. "Вероятно, именно поэтому инфекция была такой тяжелой", - говорит Крейг. Загадка была решена, когда "сборка выдала два независимых, тесно связанных друг с другом генома там, где люди думали, что был один. Именно это убедило меня в том, что геном каждого вида на этой планете имеет уникальное математическое решение". Вместе с этим убеждением пришло и другое. "Это также дало мне уверенность в том, что мы можем секвенировать смешанные популяции бактерий" - даже такие большие, как, скажем, в двухстах литрах морской воды из Саргассова моря.
Это, конечно, было прелюдией к возмутительной идее Крейга в 2003 году использовать секвенирование дробовика для анализа образцов, содержащих множество видов микробов. И как бы революционна ни была эта работа, Крейг и другие ученые еще в конце 1990-х годов поняли, что секвенирование дробовика может также позволить ученым секвенировать в одном образце все бактерии в Саргассовом море - или в глубоком колодце, вулканическом жерле или кишечнике человека.
Идея секвенировать ДНК всех микробов в определенной экосистеме или местности и изучить полученные результаты положила начало новой области под названием метагеномика. Этот термин используется для описания исследований всего - от отдельных участков океана до конечной цели метагеномики - секвенирования всей микробной ДНК на нашей планете, до последнего А, Г, С и Т в каждом микробе. Это позволило бы выявить базовый код огромной сети микробов, которые лежат в основе жизни на Земле. Однажды Крейг сказал репортеру, что хочет составить последовательность всех микробов на Земле. В основном он шутил, но не совсем.
4 марта 2004 года на пресс-конференции в Вашингтоне Крейг объявил о
