Українка збирає зоопарк геномів у США. Це дозволить нам по-новому поглянути на еволюцію

Українка збирає зоопарк геномів у США. Це дозволить нам по-новому поглянути на еволюцію - Фото
Колаж - Маша Ксьондзик. Вихідні фото - Depositphotos, Ольга Дудченко
29.08.2019, 14:45

Велике інтерв'ю з Ольгою Дудченко, яка зробила важливе відкриття. Геном людини вперше зібрали за три мільярди доларів. Тепер можна за $1000

У серпні стало відомо, що українка Ольга Дудченко, яка живе у США, потрапила в свежій список вчених молодше 35, які зробили значний внесок у світову науку. З 1999 року цей рейтинг публікується в MIT Technology Review, престижному журналі Массачусетського технологічного інституту.

Дудченко створила спосіб швидкого упорядкування розшифровки генома. Сучасні інструменти дозволяють за лічені дні рахувати ДНК арахісу, баклажана або броненосця. Але вони видають сотні мільйонів неорганізованих фрагментів коду. Ольга вигадала, як швидко і дешево збирати цей пазл.

Якщо в 2001 році на розшифровку генома людини знадобилося три мільярди доларів, то зараз таку роботу можна зробити за $1 000.

Це відкриває величезні можливості у вивченні еволюції видів, їх взаємодії, а також дозволяє захисникам природи зберегти гени вимираючих тварин, а згодом, можливо, і відновити їх популяцію.

Зараз Ольга і її команда зайнята тим, що "заповнює вольєри" так званого  DNA Zoo. Вони збирають гени різних живих організмів і створюють відкриту для всіх базу даних життя на Землі.

Журналісту  Liga.Tech вдалося по Skype провести з Ольгою Дудченко годинне інтерв'ю. Вона розповіла, з чого починалася її наукова кар'єра в Києві і Москві, чому переїхала в Штати і над якими геномами зараз працює її команда.

В інтерв'ю містяться і особисті думки Дудченко про те, чи можна вже технічно редагувати геном людини на рівні зародка і до яких необоротних наслідків це може призвести.

І ще трохи попсових тем: чи створять вчені живих мамонтів і чи побачимо ми на нашому віку суперменів зі зміненим геномом.

- Ви з України, але живете в США. Як вийшло переїхати?

- Так, дійсно, я народилася і виросла в Києві. Закінчила 149 школу. Потім поїхала вчитися в МФТІ - Московський фізтех. Я була там на київському відділенні, отримала диплом бакалавра. По-моєму, бакалавра і магістра я захищала в Україні та Росії. В Україні в Інституті електрофізіології імені Богомольця. Потім отримувала кандидата фізико-математичних наук в Москві.

А займалася я, коли була в Москві, теоретичною біофізикою. Там була дуже потужна школа, заснована ще Анатолієм Жаботинським (відомий біофізик, фізикохімік - Ред.).

Кандидатська Дудченко була присвячена тому, як працює перистальтика. Є два типи транспортних систем в організмі. Один - високого тиску, коли є центральний насос - серце. А є низького тиску - шлунково-кишкова система, лімфатична система. Це коли є локальна мускулатура, яка у відповідь на імпульси скорочується і проштовхує щось через себе. Їм не потрібна центральна нервова система, потрібні локальні рецептори, що запускають процес. Там спостерігається самопідтримуюча активність. Якраз це і було її темою дослідження.

Я захистилась у 2012 році. І начебто закінчила все, що хотіла зробити. Постало запитання: що робити далі? Хотілося б спробувати щось нове. Що в Україні, що в Росії, на жаль, генетикою займатися зараз не можна. Дуже дорого. Ресурсів немає.

- Довелося виїхати?

- Так, я поїхала в США. Я переїхала як постдок, це стандартна позиція після того, як захищаєш кандидатську. Що з України, що з Росії - вони визнаються в США. Якщо тебе хоче залучити керівник лабораторії в якості співробітника, він наймає тебе так само, як і будь-якого іншого місцевого кандидата. Фізикам і математикам добре. Але я знаю, що лікарям складніше. Їх дипломи не завжди визнають.

Загалом, наші школи тут все ще користуються пієтетом. А деякі імена все ще знають.

- Куди ви потрапили у США?

- Мені довелося змінити наукову область після переїзду - з теоретичної біофізики я перейшла в генетику. Спочатку потрапила в Кембридж - Broad

Institute of MIT and Harvard. Потім ми всією лабораторією переїхали в Техас. У 2017 році вийшли наші перші публікації по новій тематиці. Чотири роки пішло на те, щоб самій розібратися в новій області та за підтримки місцевого керівника зібрати команду.

У 2018 році ми запустили проект DNA Zoo, який тепер і привернув увагу ЗМІ.

- Ви переїхали в іншу країну. Наскільки було складно адаптуватися?

- На щастя, зараз, за часів інтернету, відкритого доступу до інформації, це не складно. Америка, як її показують в серіалах, така вона і є. З мовою у мене, на щастя, завдяки і школі, мовного бар'єру не було.

Я думаю, що сіткоми - це хороша школа для переїзду.

- Розкажіть про проект DNA Zoo. Ви збираєте геноми тварин, які можуть зникнути?

- Збирають геном уже доволі давно. Найбільш відома новина - в 2001 році на галявині перед Білим домом оголосили, що зібраний геном людини. Тоді це коштувало більше трьох мільярдів доларів. Раніше це було дуже дорого.

Звісно з тих пір технології не стоять на місці.

В організмі людини вся генетична інформація збережена всередині ядра клітини в хромосомі. Майже в кожній клітині людини по 23 пари таких молекул.

Що означає прочитати геном організму? Це відновити послідовність нуклеотидів в цих хромосомних парах. Складність збору генома полягає в тому, що молекули дуже довгі - десь 100 000 000 нуклеотидів. І немає єдиної технології, яка дозволяє читати їх від початку до кінця. Читають маленькими частинками, які потім "склеюють". За своєю суттю це схоже на складання пазлу. Не завжди зрозуміло, який шматок хромосоми до чого відноситься.

Керівник лабораторії, в яку я приїхала, один з винахідників методу під назвою Hi-C. Він спочатку був придуманий, для того щоб зрозуміти, як геном людини складається всередині ядра в 3D. Якщо ви візьмете ці довгі молекули і витягнете їх в одну лінію, то вони будуть два метри довжиною. Питання в тому, яким чином і чи у випадковій формі вони згорнуті в такі маленькі об’єми. Або є якісь закономірності?

Емпіричним шляхом вдалося з'ясувати, що не випадково. І виявилося, що цю інформацію можна успішно використовувати при складанні геномів.

- Який від цього практичний ефект? Швидше можна геном прочитувати?

- Дешевше. І звісно, швидше. Наші напрацювання показали: те, що було зроблено за 3 мільярди в human genome project, ми можемо зробити зараз за тисячу доларів. І мова не тільки про геном людини, а про будь-кого із ссавців. Вони мають геноми приблизно одного розміру. А інші організми, які мають менший геном, можна зібрати і дешевше.

1000 доларів - це дуже мало за мірками геноміки! Це дешевше, ніж більшість стандартних медичних процедур тут.

Так як це стало зовсім недорого, немає ніяких перешкод, щоб масштабувати розшифровку генома різних видів. Це і стало підмогою для появи DNA Zoo.

Це така база даних, яка повинна існувати. Ми почали це робити. Особливістю нашої роботи є те, що ми ділимося даними про геноми без будь-яких обмежень і запрошуємо всіх до співпраці. Як тільки геноми зібрані, ми викладаємо їх на сайт.

- Для чого геномний зоопарк буде потрібен людству?

- Дуже багато напрямків, у яких можна його застосовувати. З одного боку, в тій же медицині порівняння генома людини з наборами ген близьких і далеких родичів дає контекст для того, щоб зрозуміти, які фрагменти для людини важливіші, які менш.

Зоопарк також відкриває нові можливості для сільського господарства. Важливі культури можна зробити більш стійкими до якихось захворювань.

Ще ми, наприклад, збирали геном комарів, переносників жовтої лихоманки. Це дозволяє, принаймні, в теорії придумати, як контролювати їх популяцію. Генетичні дослідження тут створюють велику підмогу.

Зоопарк також допоможе людям із товариства, які піклуються про вимираючі види. Можна спробувати зрозуміти, від чого вони вмирають і як особин, що залишилися, краще схрещувати.

- Скільки у вас вже геномів в "зоопарку"?

- По-моєму, зараз 88. Ми робимо один геном в тиждень зараз і розраховуємо, що у нас істотно збільшиться швидкість. Коли ми починали, запустили наш ресурс трохи менше року тому, доступних геномів, зібраних до рівня хромосом для ссавців, було трохи більше 30-ти в світі. А зараз у нас ссавців в районі 65. Тобто в два рази база виросла за цей час.

Чим більше геномів ми зможемо зібрати, тим краще зрозуміємо, як все еволюційно розвивалося.

- Що вас здивувало в ході розшифровки геномів? Можливо вдалося дізнатися щось дивне?

- У всіх них є свої цікаві особливості.

Ми розповідаємо цікаві факти в коміксах на сайті. Це наша популяризаторська частина. Результат не тільки нашої роботи, але і багатьох інших вчених. Про жирафа є класна історія: він дуже високий і у нього особлива серцево-судинна система. Вона повинна бути здатною качати кров до голови. І жирафи практично німі. Це вагомий аргумент на користь класичної наукової еволюційної теорії. І хороший приклад відсутності intelligent design (розумного проектування - Ред.). Еволюція - це не оптимальний дизайн, вона йде по шляху найменшого опору.

Практично у всіх ссавців нерв, який відповідає за гортань, йде петлею під аортою. А тепер уявіть собі, як він повинен був проходити у жирафа - від голови через всю шию, потім під аортою і назад. Загалом, щоб вимовити якісь звуки, напевно, треба, щоб минуло занадто багато часу.

- Як обираєте, чий геном зібрати наступним? Якісь заявки надходять?

- Так, ми і за заявками працюємо в тому числі. Є багато груп дослідників, які працюють з конкретними видами. І мати його детальну структуру хромосом їм не завадить.

Крім того, нам потрапляють і інші зразки, які йдуть в загальну чергу. Намагаємося віддавати пріоритет видам, які знаходяться під загрозою. Тому співпрацюємо з зоопарками, основним гравцем в сфері збереження видів.

- Ви безкоштовно робите такі дослідження?

- Ми ж не фірма і не комерційна організація. Наш продукт - сам ресурс і іноді якісь публікації. Хоча такі компанії, що працюють на замовлення, вже є. І вони навіть використовують наші методи в якійсь формі.

Нам навпаки хотілося трішки зламати систему, коли всі платять за дослідження, розписують геноми і не розкривають їх.

- Якщо тварина вимерла, чи можливо відтворити її по геному?

- Так, ці роботи вже в світі ведуться. Найбільш відомі і популярні спроби - вони, напевно, про мамонтів. Є два способи, як їх відновити. Один - клонувати зі знайдених у вічній мерзлоті рештків тканин. Тобто підсадити ядро клітини в яйцеклітину до найближчого родича - азіатського слона. Другий спосіб - спробувати з слона зробити мамонта. Коли ти прочитав геноми, ти приблизно знаєш, чим вони відрізняються. А метод редагування генома вже є. Швидше за все, вийде щось дуже схоже на мамонта. Технічно це можна зробити.

Але поки мамонти не бігають. Звісно виникає і дуже багато етичних питань. Що потім з ними робити? Наскільки етично це по відношенню до слонів, які будуть донорами і сурогатними батьками?

Тому зараз більше зусиль спрямовано на види, які знаходяться в критичній небезпеці, доки не вимерли повністю. Найвідоміший приклад тут - чорні носороги. Нещодавно помер єдиний самець. І залишилося дві самки похилого віку. Але є багато зразків тканин.

- У майбутньому, кажуть, можна буде редагувати і людський геном. І діти будуть народжуватися вже підредагованими. Наскільки це можливо і взагалі етично?

- Це не є областю нашого дослідження і буде моєю особистою думкою.

Так, будуть модифікувати геном людини. Технічно це дуже доступно. Я це не вважаю трагедією. А те, що технологічні інновації сприймаються з пересторогою, - це природно.

- Що можна вдосконалити і як це взагалі може виглядати?

- Зябра ми ще не скоро людям будемо вирощувати, якщо ви про це. Драматичних змін в найближчому майбутньому чекати не варто. Тут я теж не можу з висоти міркувати, але можу поділитися знову-таки думкою. Мені здається, що система генома дуже складна і заплутана через те, як він розвивався. Це зрозуміло на прикладі з жирафом. І тому практично ніколи немає простої формули, щоб вплинути на ген. Є дуже мало захворювань, від яких просто можна "підредагувати". Навіть за колір очей відповідає купа генів.

І розплутати цей клубок ми зможемо дуже нескоро або взагалі незрозуміло коли.

Скажімо, я хочу зеленооку блондинку з кучерявим волоссям в якості дочки. Це, напевно, ще можна собі колись уявити. Але якщо я хочу щось більш екзотичне, із суперздібностями, я думаю, що на нашому віку нам особливо турбуватися тут нема про що.

- Що може загальмувати їх появу?

- Я думаю, що все-таки з'являться обмеження в цій області. Зараз намагаються ввести мораторій на 10 років на редагування генома людських зародків. Одна справа, коли ти міняєш геном вже у дорослої людини в конкретній групі клітин і хочеш позбавити когось від інсулінової залежності. На тих генах, які він передасть своїм дітям, це ніяк не відобразиться. А якщо ти змінюєш геном на рівні яйцеклітини, то звісно ця людина буде змінена і модифікації збережуться в статевих клітинах. Вони мають потенціал проникнути в генофонд.

Китайці недавно оголосили, що їм вперше вдалося створити двох генетично модифікованих дітей. Це може означати, що модифікації, які були внесені, і які збережуться і в їхніх нащадків, можуть бути як бажаними, так і випадковими змінами. Тому що у всіх методів редагування є ймовірність помилки.

Чи готові ми до цього? У наукових співтовариств є обґрунтовані побоювання. Більшість країн побоюються це робити.

- Останнє запитання: що б ви побажали нашим вченим?

- Мене носило багато де і невідомо, де ще буду. І я думаю, що це було добре. Якщо хтось хоче займатися генетикою, то, напевно, потрібно шукати, де можна реалізувати себе. Тому що зараз в Україні в цій галузі це зробити досить складно. Але у всіх свій індивідуальний шлях. І потрібно, напевно, побажати на ньому удачі.

Стас Юрасов
Стас Юрасов
редактор ЛІГА.Tech
Якщо Ви помітили орфографічну помилку, виділіть її мишкою і натисніть Ctrl+Enter.

Коментарі

Останні новини