Маленькая фирма Affymetrix неожиданно стала в США привлекательным объектом для капиталовложений. Возможно, вскоре ее продукт коренным образом изменит нашу жизнь.

Проблема

Генотип является самой сложной программой, какую мы только можем себе представить.

Внешне двойная спираль ДНК, которая напоминает «витую пару» без оболочки, очень элегантна. Два «провода» связаны между собой молекулярными связями. Вся молекула состоит из четырех аминокислот: гуанина (G), цитозина (С), аденина (А) и тимина (Т). При этом могут образовываться молекулярные связи только типов G-C и А-Т. Таким образом, две половинки «витой пары» становятся взаимодополняющими. Чтобы подчеркнуть информационную мощность молекулы ДНК, скажем только, что в ней существует около 3 млрд. сцепленных пар молекул.

Главной проблемой генетики и смежных отраслей является проблема прочтения генома человека. Алфавит известен – это упомянутые выше четыре аминокислоты. А вот смысл большинства слов и фраз остается тайной.

Два десятилетия назад перспективы генетики, генной инженерии и биотехнологий оценивались гораздо оптимистичнее, нежели сегодня. Чрезвычайно сложный и трудоемкий процесс идентификации цепочек в генетическом материале долгое время не удавалось автоматизировать.

За последние 15 лет в США в эту область исследований было инвестировано без особых практических результатов более 3 млрд. долларов. Ну, а поскольку были инвестиции, нашлось немало желающих испытать свою судьбу на этом поприще.

Похоже, что только компании Affymetrix удалось достигнуть ощутимых результатов в технологии идентификации геномов. Компания была основана в 1991 году известным исследователем в области медицины и биотехнологий Алехандро Заф-фарони (Alejandro Zaffaroni). Доктор Заффарони не только научный авторитет, но и признанный бизнесмен. За свои заслуги перед наукой США в октябре 1995 года Алехандро Заффарони был награжден «Национальной медалью за заслуги в области технологии» (National Medal of Technology).

Affymetrix

Название образовано от «affinity matrix» (матрица аффинного преобразования). Компания расположена в городе Санта-Клара (шт. Калифорния). Основная специализация – биотехнология. 47% акций принадлежит компании Glaxo Wellcome, которая участвовала в учредительном процессе. В апреле Affymetrix была преобразована в публичную и выпустила на рынок ценных бумаг 5 млн. акций, каждая из которых котировалась от 11 до 15 долларов. Полученные от продажи акций средства предполагалось пустить на расширение исследований,укрепление технологической основы и увеличение персонала предприятия. В Affymetrix работает всего 90 человек, и она даже не имеет своего WWW-сайта.

Сведения о доходах компании публично не оглашались. Исследованиями в Affymetrix руководит 42-летний Стефен Фодор (Stephen Fodor). Еще один руководитель, директор перспективных технологий и биоинформатики Роберт Липшуц (Robert Lipshutz), отвечает за все внешние контакты. Вот как с ним связаться: Rob_Lipshutz@Affymetrix.com.

Между прочим, компания постоянно публикует объявления о наличии вакансий на должности программистов, которые могли бы разрабатывать биоинформационные системы. Немало публичной информации предоставил в своих интервью вице-президент Affymetrix Дейв Сингер (Dave Singer).

Affymetrix сразу же после учреждения вошла альянс с Hewlett-Packard и мощным исследовательским и производственным фармацевтическим центром Genetics Institute. Кроме того, вкладывает средства и оказывает поддержку калифорнийская фирма Molecular Dynamics.

Affymetrix сумела получить аж 31,5 млн. долларов от Национального института стандартов и технологии (NIST – National Institute of Standards & Technology). Это самая крупная сумма, которая была выделена негосударственному предприятию в рамках правительственной Программы передовых технологий (Advanced Technologies Program). А еще в 1992 году, в начале своей деятельности, Affymetrix получила грант на проведение исследований от Института здоровья (Institute of Health) – в размере 2,2 млн. долларов.

Фирма заявила о намерении включиться в программу под названием «Геном человека» (Human Genome Project), которая выполняется с 1990 года и направлена на создание полной базы генетических данных к 2006 году. В связи с этим уже появился термин «постгеномное общество» -настолько разительными могут оказаться результаты.

Что сделано

Affymetrix удалось разработать уникальное изделие, названное Gene-Chip. В1992 году был выпущен первый лабораторный экземпляр, и с тех пор технология была значительно усовершенствована.

Для того чтобы провести идентификацию единственной цепочки аминокислот в ДНК сегодня нужно выполнить несколько десятков операций. В США эта процедура стоит около 100 долларов, выполняется лабораторией, оснащенной сложным оборудованием, и занимает не менее одного дня. Чтобы провести более сложные анализы, например, доказать отцовство, – нужно платить гораздо большую сумму и дольше ждать результатов. При этом достоверность результатов анализов не доказана по сей день ни практически, ни теоретически.

Теперь представьте себе маленькую стеклянную, то есть все равно кремниевую, пластинку диаметром с американские 10 центов (наши нынешние 10 рублей). После специальной обработки ее поверхности она становится совершенно прозрачной для сканирующего луча. Стекло обладает способностью поддерживать некоторые химические реакции, позволяющие осаждать биологический материал ДНК на поверхность пластины.

Согласно технологии, сначала на пластину осаждаются слои образцового генетического материала, которые несколько раз промывают растворами некоторых синтетических нуклеотидов, что необходимо для построения блоков ДНК. После этого слои закрепляются мощным световым излучением в строго фиксированных участках подложки. Под микроскопом результат выглядит, как сверхъестественный микрогород, «строения» которого сложены из молекул ДНК. Эти рельефы представляют собой половину кода ДНК. Вторая половина содержится в крови пациента. Ее пробу особым образом готовят и, в частности, «прицепляют» к ДНК флуоресцирующие «хвосты».

Пластинка погружается в раствор пробы, и нуклеотиды крови пациента находят соответствие на синтезированной половинке ДНК. Сообщается, что образцы GeneChips, которые через несколько месяцев будут запущены в производство, будут содержать 64 К пробных площадок, каждая из которых улавливает свой генетический «текст». Затем пластинка сушится и сканируется лазером, наподобие поверхности CD-ROM в вашем компьютере. В сосканированной информации содержатся сведения о том, какие из пробных площадок начали светиться.

Полученная информация поступает на специальную обрабатывающую программу, также названную GeneChip. Она- то и дает результат в доступной и читабельной форме. На заранее подготовленных «чипах» проведение анализа для пациента стоит не более 20 долларов и длится не более получаса. Вот и все.

 К слову сказать, лазерную сканирующую систему делает Hewlett-Packard, которая считается одним из мировых лидеров в производстве автоматических анализаторов сложных веществ, управляемых компьютерами.

Первым продуктом технологии Ge-neChip, выпущенным Affymetrix для внешнего массового тестирования, явились чипы для обнаружения вируса иммунодефицита человека (ВИЧ), которые помогут более эффективно проводить лечение больных СПИДом. Дело в том, что ВИЧ подвержены частым мутациям, поэтому любое лекарство через непродолжительное время перестает оказывать действие. Именно быстрая диагностика может своевременно находить новые фармацевтические препараты против ВИЧ.

В апреле этого года Affymetrix заключила соглашение с компанией Incyte Pharmaceutical – лидером в разработке и продажах баз генетической информации. Среди ее известных изделий база LEFESEQ, которая успешно расходится среди фармацевтических компаний. Согласно договору, Affymetrix предоставляет Incyte Pharmaceutic ограниченное количество одноразовых чипов с размещенными заказными генными структурами. Результатом работы должна стать оценка пригодности технологии GeneChip для выявления различий в здоровых и патологических тканях. Компании собираются тесно сотрудничать и в будущем.

В дальнейших планах Affymetrix создание чипов, тестирующих генетический материал на злокачественные образования у пациента. Вице-президент Д. Сингер так говорит о перспективах GeneChip: «За 30 лет, прошедших со дня появления первых электронных микросхем, мир радикально изменился. Кто может сейчас сказать, что случится через 30 лет после создания массового рынка недорогих устройств персонального назначения, которые мгновенно производят анализ генома?» В ближайшей перспективе на одной пластинке можно будет разместить пробные площадки для 10 млн. генов из более чем 3 млрд.

Неудачи и сомнения

Успехов в биотехнологии пока было мало, а неудач – не счесть. Ветеран генетической науки Джон Пэттон (John Patton), ранее работавший BGenentech, а ныне вице-президент по исследованиям и разработкам (R&D – Research & Development) в Inhale Therapeutic Systems, говорит: «Руководство Affimetrix пытается соблазнить инвесторов. Даже если эта техника работает в некоторых случаях для некоторых пациентов, еще никто не смог доказать, что она универсальна».

Потребность в подобной технологии очень велика. Д. Сингер уверен, что в ближайшие пять лет удастся реализовать аппаратное устройство для исследования генома человека размером и ценой не больше карманного калькулятора. А через десять лет станет ясно, как можно вылечивать человека, буквально «на ходу» исправляя его ДНК терапевтическими средствами, когда сам пациент и знать об этом не будет.

По мнению Шефера Прайса (Schaefer Price), аналитика промышленности фармацевтических средств из исследовательской корпорации Burrill & Craves, на рынке биотехнологий компании, идущие первыми, смогут контролировать до 30% будущего рынка. В то же время это связано не только с высокими прибылями, но и с высоким риском и ответственностью. Рынок нужно создавать, его нужно воспитывать, нужно работать с правительством, и т. д.

Вся сфера генетики, биотехнологий и примыкающих областей исследований постоянно находится под прицелом многочисленных критиков, наблюдателей и моралистов. Опасаться есть чего. Мировое ученое сообщество неоднократно ставило даже вопрос о моратории на все виды генной инженерии.

Вот пример. Массовое использование персональных устройств GeneChip может дать объективную картину состояния общества – в физиологическом, генетическом и даже психологическом аспектах. Есть немало государств и правительств, которые ограничили бы доступ к технологиям анализа генома человека. Что-то вроде ограничений на пользование радиометрами в советское время.

Есть и другой аспект. Крейг Вентер (Craig Venter), известный американский генетик, ныне руководитель Института исследований геномов (Institute for Genomic Research), описывает следующую ситуацию. Уже имеются средства диагностики таких заболеваний, о наличии или предрасположенности к которым пациента ни посторонние, ни он сам ничего не должны знать до 50-летнего возраста (согласно законодательству США). А есть такие заболевания, о которых вообще запрещается сообщать пациенту.

Может случиться, например, что в результате такой «находки», сделанной, скажем, 40 лет назад и ставшей известной каким-то организациям или людям, человек, не понимая причин, начинает испытывать на себе социальную дискриминацию: ему отказывают в кредитовании, урезают социальные льготы, не продвигают по службе и т. д.

Но еще более напряженно и социально значимо звучит вопрос о достоверности данных анализа генома. Ведь любая ошибка может обернуться преступлением и катастрофой. Понятно, что, оперируя тремя миллиардами единиц информации, ошибиться очень просто.

В Affymetrix считают, что все эти вопросы могут быть и будут решены. Не следует придумывать страхи преждевременно. Фирма заявляет, что GeneChip будет поставляться только для научно-исследовательских целей, но не скрывает, что намерена рано или поздно создать массовый рынок.

В заключение

На GeneChip уже реализуют проверку мутаций ВИЧ и гена обратной транскриптазы. Именно эти два гена сейчас наиболее интересны для исследователей, ищущих более эффективные методы борьбы со СПИДом. Кроме обнаружения изменения в мутировавших генах, GeneChip можно использовать для классификации бактерий, вирусов, проводить идентификацию специфических ДНК и РНК для баз генетических данных.

Чипы можно использовать в технологиях гибридизации цепочек (SBH – Sequence By Hybridization), которые позволяют строить цепочки некоторых неизвестных природе целевых ДНК на пробном биологическом массиве. А это генная инженерия в чистом виде. Например, компания HiSeq из Калифорнии занята тем, что на основе SBH создает технологию ускоренного конструирования цепей ДНК для новых геномов – как животных, так и человека. А может быть, и несуществующих в природе организмов.

Возможно, вслед за технологией считывания генома появятся какие-то способы его коррекции в клетках тела. Например, станет возможным сделать раковые клетки снова нормальными, придать органу или ткани отсутствовавшее при рождении свойство и даже научить клетки чему-то принципиально новому, например, генерировать лекарственные вещества. Совсем скоро любой из нас сможет легко и быстро узнать о своих врожденных особенностях и рисках, а врачи получат невероятные сегодня способы диагностики.