Большое интервью с Ольгой Дудченко, которая сделала важное открытие. Геном человека впервые собрали за три миллиарда долларов. Теперь можно за $1000
В августе стало известно, что живущая в США украинка Ольга Дудченко попала в свежий список ученых моложе 35, которые сделали значительный вклад в мировую науку. С 1999 года этот рейтинг публикуется в MIT Technology Review, престижном журнале Массачусетского технологического института.
Дудченко создала способ быстрого упорядочивания расшифровки генома. Современные инструменты позволяют за считанные дни считать ДНК арахиса, баклажана или броненосца. Но они выдают сотни миллионов неорганизованных фрагментов кода. Ольга придумала, как быстро и дешево собирать этот пазл.
Если в 2001 году на расшифровку генома человека понадобилось три миллиарда долларов, то сейчас можно сделать такую работу за $1 000
Это открывает огромные возможности в изучении эволюции видов, их взаимодействии, а также позволяет защитникам природы сохранить гены вымирающих животных, а впоследствии, возможно, и восстановить их популяцию.
Сейчас Ольга и ее команда занята тем, что “заполняет вольеры” так называемого DNA Zoo. Они собирают гены различных живых организмов и создают открытую для всех базу данных жизни на Земле.
Журналисту Liga.Tech удалось по Skype провести с Ольгой Дудченко часовое интервью. Она рассказала, с чего начиналась ее научная карьера в Киеве и Москве, почему переехала в Штаты и над какими геномами сейчас работает ее команда.
В интервью содержатся и личные мнения Дудченко о том, можно ли уже технически редактировать геном человека на уровне зародыша и к каким необратимым последствиям это может привести.
И еще немного попсовых тем: создадут ли ученые живых мамонтов и увидим ли мы на нашем веку суперменов с измененным геномом.
– Вы из Украины, но живете в США. Как получилось переехать?
– Да, действительно, я родилась и выросла в Киеве. Закончила 149 школу. Потом уехала учиться в МФТИ – Московский физтех. Я была там на киевском отделении, получила диплом бакалавра. По-моему, бакалавра и магистра я защищала в Украине и России. В Украине в Институте электрофизиологии имени Богомольца. Потом получала кандидата физико-математических наук в Москве.
А занималась я, когда была в Москве, теоретической биофизикой. Там была очень мощная школа, основанная еще Анатолием Жаботинским (известный биофизик, физикохимик – Ред.).Кандидатская Дудченко была посвящена тому, как работает перистальтика. Есть два типа транспортных систем в организме. Один – высокого давления, когда есть центральный насос – сердце. А есть низкого давления – желудочно-кишечная система, лимфатическая система. Это когда есть локальная мускулатура, которая в ответ на импульсы сокращается и проталкивает что-то через себя. Им не нужна центральная нервная система, нужны локальные рецепторы, запускающие процесс. Там наблюдается самоподдерживающаяся активность. Как раз это и было ее темой исследования.
Я защитилась в 2012 год. Вроде бы как закончила, все что хотела сделать. Встал вопрос: что делать дальше? Хотелось бы попробовать что-то новое. Что в Украине, что в России, к сожалению, генетикой заниматься сейчас нельзя. Слишком дорого. Ресурсов нет.
– Пришлось уехать?
– Да, я уехала в США. Я переехала как постдок, это стандартная позиция после того, как защищаешь кандидатскую. Что из Украины, что из России – они признаются в США. Если тебя хочет заполучить руководитель лаборатории в качестве сотрудника, он нанимает тебя так же как и любого другого местного кандидата. Физикам и математикам хорошо. Но я знаю, что врачам сложнее. Их дипломы не всегда признают. В общем, наши школы здесь все еще пользуются пиететом. А некоторые имена все еще знают.
– Куда вы попали в США?
– Мне пришлось поменять научную область после переезда – из теоретической биофизике я перешла в генетику. Сначала попала в Кембридж – Broad Institute of MIT and Harvard. Потом мы всей лабораторией переехали в Техас. В 2017 году вышли наши первые публикации по новой тематике. Четыре года ушло на то, чтобы самой разобраться в новой области и при поддержке местного руководителя собрать команду.
В 2018 году мы запустили проект DNA Zoo, который теперь и привлек внимание СМИ.
– Вы переехали в другую страну. Насколько было сложно адаптироваться?
– К счастью, сейчас, во времена интернета, открытого доступа к информации, это не сложно. Америка, как ее показывают в сериалах, такая она и есть. С языком у меня, с счастью, благодаря и школе, языкового барьера не было. Я думаю, что ситкомы – это хорошая школа для переезда.
– Расскажите о проекте DNA Zoo. Вы собираете геномы животных, которые могут исчезнуть?
– Собирают геном уже довольно давно. Наиболее известная новость – в 2001 году на лужайке перед Белым домом объявили, что собран геном человека. Тогда это стоило больше трех миллиардов долларов. Раньше это было очень дорого.
Естественно с тех пор технологии не стоят на месте.
В организме человека вся генетическая информация сохранена внутри ядра клетки в хромосоме. Почти в каждой клетке человека по 23 пары таких молекул.
Что значит прочитать геном организма? Это восстановить последовательность нуклеотидов в этих хромосомных парах. Сложность сбора генома состоит в том, что молекулы очень длинные – где-то 100 000 000 нуклеотидов. И нет единой технологии, которая позволяет читать их от начала до конца. Читают маленькими кусочками, которые потом “склеивают”. По своей сути это похоже на сборку пазла. Не всегда понятно, какой кусок хромосомы к чему относится.
Руководитель лаборатории, в которую я приехала, один из изобретателей метода под названием Hi-C. Он изначально был придуман, для того чтобы понять, как геном человека складывается внутри ядра в 3D. Если вы возьмете эти длинные молекулы и вытяните их в одну линию, то они будут два метра в длину. Вопрос в том, каким образом и в случайной ли форме они свернуты в такие маленькие объемы. Или есть какие-то закономерности?
Эмпирическим путем удалось выяснить, что не случайно. И оказалось, что эту информацию можно успешно использовать при сборке геномов.
– Какой от этого практический эффект? Быстрее можно геном прочитывать?
– Дешевле. И естественно, быстрее. Наши наработки показали: то, что было сделано за 3 миллиарда в human genome project, мы можем сделать сейчас за тысячу долларов. И речь не только о геноме человека, а о любом млекопитающем. Они имеют геномы приблизительно одного размера. А другие организмы, которые имеют меньший геном, можно собрать и дешевле. 1000 долларов – это очень мало по меркам геномики! Это дешевле, чем многие стандартные медицинские процедуры здесь.
Так как это стало совсем недорого, нет никаких преград, чтобы масштабировать расшифровку генома разных видов. Это и стало подспорьем для появления DNA Zoo.
Это такая база данных, которая должна существовать. Мы начали это делать. Особенностью нашей работы является то, что мы делимся данными о геномах без каких-либо ограничений и приглашаем всех к сотрудничеству. Как только геномы собраны, вы выкладываем их на сайт.
– Основная цель геномного зоопарка – для чего он будет нужен человечеству?
– Очень много направлений, в которых можно его применять. С одной стороны в той же медицине сравнение генома человека с наборами ген близких и дальних родственников дает контекст для того, чтобы понять, какие фрагменты для человека более важны, какие менее.
Зоопарк также открывает новые возможности для сельского хозяйства. Важные культуры можно сделать более устойчивыми к каким-то заболеваниям.
Еще мы, например, собирали геном комаров, переносчиков желтой лихорадки. Это позволяет, по крайней мере, в теории придумать, как контролировать их популяцию. Генетические исследования здесь создают большое подспорье.
Зоопарк также поможет людям из сообщества, которые заботятся о вымирающих видах. Можно попробовать понять, от чего они умирают и как оставшихся особей лучше скрещивать.
– Сколько у вас уже геномов в “зоопарке”?
– По-моему, сейчас 88. Мы делаем один геном в неделю сейчас и рассчитываем, что у нас существенно увеличится скорость. Когда мы начинали, запустили наш ресурс чуть меньше года назад, доступных геномов, собранных до уровня хромосом для млекопитающих, было чуть больше 30-ти в мире. А сейчас у нас млекопитающих в районе 65. То есть в два раза база выросла за это время.
Чем больше геномов мы сможем собрать, тем лучше поймем, как все эволюционно развивалось.
– Что вас удивило в ходе расшифровки геномов? Может, удалось узнать что-то странное?
– У всех у них есть свои интересные особенности.
Мы рассказываем интересные факты в комиксах на сайте. Это наша популяризаторская часть. Результат не только нашей работы, но и многих других ученых. Про жирафа есть классная история: он очень высокий и у него особенная сердечно-сосудистая система. Она должна быть способной качать кровь к голове. И жирафы практически немые. Это весомый аргумент в пользу классической научной эволюционной теории. И хороший пример отсутствия intelligent design (разумного проектирования – Ред.). Эволюция – это не оптимальный дизайн, она идет по пути наименьшего сопротивления.
Практически у всех млекопитающих нерв, который отвечает за гортань, идет петлей под аортой. А теперь представьте себе, как он должен был проходить у жирафа – от головой через всю шею, потом под аортой и обратно. В общем, чтобы произнести какие-то звуки, наверное, надо слишком много времени, чтобы прошло.
– Как выбираете, чей геном собрать следующим? Какие-то заявки поступают?
– Да, мы и по заявкам работаем в том числе. Есть много групп исследователей, которые работают с конкретными видами. И иметь его детальную структуру хромосом им не помешает.
Кроме того, нам попадают и другие образцы, которые попадают в общую очередь. Стараемся отдавать приоритет видам, которые находятся под угрозой. Поэтому сотрудничаем с зоопарками, основным игроком в сфере сохранения видов.
– Вы бесплатно делаете такие исследования?
– Мы же не фирма и не коммерческая организация. Наш продукт – сам ресурс и иногда какие-нибудь публикации. Хотя такие компании, работающие на заказ, уже есть. И они даже используют наши методы в какой-то форме.
Нам наоборот хотелось немножко сломать систему, когда все платят за исследования, расписывают геномы и не раскрывают их.
– Если животное вымерло, возможно ли воссоздать его по геному?
– Да, эти работы уже в мире ведутся. Наиболее известные и популяризированные попытки – они, наверное, про мамонтов. Есть два способа, как их восстановить. Один – клонировать из найденных в вечной мерзлоте останков тканей. То есть подсадить ядро клетки в яйцеклетку к ближайшему родственнику – азиатскому слону. Второй способ – попробовать из слона сделать мамонта. Когда ты прочитал геномы, ты приблизительно знаешь, чем они отличаются. А метод редактирования генома уже есть. Скорее всего, получится что-то очень похожее на мамонта. Технически это можно сделать. Но пока мамонты не бегают. Естественно возникает и очень много этических вопросов. Что потом с ними делать? Насколько этично это по отношению к слонам, которые будут донорами и суррогатными родителями?
Поэтому сейчас больше усилий направлены на виды, которые находятся в критической опасности, но пока не вымерли до конца. Самый известный пример здесь – черные носороги. Недавно умер единственный самец. И осталось две самки пожилого возраста. Но есть много образцов тканей.
– В будущем, говорят, что можно будет редактировать и людской геном. И дети будут рождаться уже подредактированными. Насколько это возможно и вообще этично?
– Это не является областью нашего исследования и будет моим личным мнением.
Да, будут модифицировать геном человека. Технически это очень доступно. Я это не считаю трагедией. А то, что технологические инновации воспринимаются с опаской, – это естественно.
– Что можно усовершенствовать и как это вообще может выглядеть?
– Жабры мы еще не скоро людям будем выращивать, если вы об этом. Драматический изменений в ближайшем будущем ждать не стоит. Здесь я тоже не могу с высоты рассуждать, но могу поделиться опять-таки мнением. Мне кажется, что система генома очень сложная и запутанная из-за того, как он развивался. Это понятно на примере с жирафом. И поэтому практически никогда нет простой формулы, чтобы повлиять на ген. Есть очень мало заболеваний, от которых просто можно “подредактироваться”. Даже за цвет глаз отвечает куча генов.
И распутать этот клубок мы сможем очень нескоро или вообще непонятно когда-либо.
Скажем, я хочу зеленоглазую блондинку с кудрявыми в качестве дочки. Это, наверное, еще можно себе когда-то представить. Но если я хочу что-то более экзотическое, с суперспособностями, я думаю, что на нашем веку нам особо беспокоиться тут не о чем.
– Что может затормозить их появление?
– Я думаю, что все-таки появятся ограничения в этой области. Сейчас пытаются ввести мораторий на 10 лет на редактирование генома человеческих зародышей. Одно дело, когда ты меняешь геном уже у взрослого человека в конкретной группе клеток и хочешь избавить кого-то от инсулиновой зависимости. На тех генах, которые он передаст своим детям, это никак не отобразится. А если ты изменяешь геном на уровне яйцеклетки, то естественно этот человек будет изменен и модификации сохранятся в половых клетках. Они имеют потенциал проникнуть в генофонд.
Китайцы недавно объявили, что им впервые удалось создать двух генетически модифицированных детей. Это может значить, что модификации, которые были внесены, и которые сохранятся и у их потомков, могут быть как желаемыми, так и случайными изменениями. Потому что у всех методов редактирования есть вероятность ошибки. Готовы ли мы к этому? У научного сообщества есть обоснованные опасения. Большинство стран опасаются это делать.
– Последний вопрос: что бы вы пожелали нашим ученым?
– Меня носило много где и неизвестно, где еще поносит. И я думаю, что это было хорошо. Если кто-то хочет заниматься генетикой, то, наверное, нужно искать, где можно состояться. Потому что сейчас в Украине в этой области это сделать довольно сложно. Но у всех свой индивидуальный путь. И нужно, наверное, пожелать на нем удачи.
