Вы здесь

Дела сутяжные

понедельник, 4. июля 2016 - 14:35

Есть в Сан-Диего, в Калифорнии, фирма «Иллюмина», этакий небольшой гигант генетического рынка. Я имею в виду тот новый рынок, где научным и медицинским учреждениям предлагаются разного рода новые методы и основанные на этих методах приборы для изучения человеческого генома. Так вот, фирма «Иллюмина» на этом рынке предлагает приборы, с помощью которых можно быстро произвести полную расшифровку любой ДНК. Причем всего за 4 тысячи долларов за штуку. Я имею в виду штуку ДНК.

Это не цена, а буквально «налетай – подешевело», потому что первая такая расшифровка, занявшая 13 лет и закончившаяся в 2003 году, обошлась в 3 млрд, а к 2008 году эта цена снизилась «аж» до 1 миллиона. Понятно, что в научном и медицинском мире приборы «Иллюмины» пользуются большим спросом. Достаточно назвать одну цифру: на них производится в настоящее время 90% всех расшифровок ДНК. Понятно также, что сама «Иллюмина» неплохо на этом зарабатывает. Ее доход в минувшем году составил 1.59 млрд долларов.

И вот как раз в связи с «Иллюминой» в кругах, имеющих касательство к расшифровкам ДНК, недавно началось некоторое нездоровое волнение. Все вдруг заговорили о том, что «Иллюмина» подала в суд, иными словами - вчинила иск - некой другой, аналогичного направления фирме под названием «Оксфордские нанопорные технологии». Не «наноопорные», как кто-нибудь может сгоряча подумать, а именно «нанопорные», от слова «нано-пора», то есть пОра (дыра, дырочка) нано-размеров. Так вот «Иллюмина» якобы вчинила этой «Оксфордской нано-поре» иск, будто эта фирма каким-то образом украла у «Иллюмины» некую бактерию, с явной целью на этой бактерии нажиться.

Честно говоря, непосвященному трудно понять, почему эта новость вызвала такое волнение. «Оксфордские технологии» - фирма маленькая, не чета «Иллюмине». И набор предлагаемых на рынке методов у нее куда меньше, и оборот не тот. Так что особой угрозы «Иллюмине» она вроде не представляет. Что действительно интересно, по-моему,- почему вдруг такой гигант намерен судиться с такой малышкой? Что такое они не поделили? Какую бактерию? И самое главное – как можно бактерию украсть, да еще потом на ней нажиться?

Тут начинается самое интересное и, как вы сейчас увидите, коммерчески совсем немаловажное. Все дело, оказывается не в размахе, а в специфике упомянутой оксфордской компании (впрочем, хотя она именует себя «Оксфордской», ее штаб-квартиры расположены ближе к Стрэтфорду на Эйвоне – ау, Шекспир! – и Кембриджу, чем к Оксфорду). Подобно многим новым генетическим фирмам, она была основана ученым, который открыл нечто весьма перспективное в генетике и тотчас запатентовал свое открытие.

В данном случае это был профессор Хаган Бейли из Оксфордского университета, работающий на стыке химии и биологии и специализировавшийся на изучении структуры тех белков, которые образуют различного рода «ворота» в клеточных мембранах. Через эти «ворота» в клетку входят (или из нее выходят) ионы кальция, натрия, калия и т.п. и разного рода другие нужные (или, напротив, уже не-нужные) атомы и молекулы. Все эти «ворота» представляют собой как раз пОры нано-размеров (около одного нано-метра), образованные особыми белками, которые свернуты особым образом.

Профессор Бейли изучал одну из таких нанопор, широко известную в медицине – т.н. альфа-хемолизин. Это один из трех видов белка хемолизина (два других – бета и гамма), вырабатываемого бактериями (стафилококками, стрептококками и даже обычной кишечной палочкой) для того, чтобы разрушать наши красные кровяные клетки, т.н. эритроциты. Выработанный бактерией и выделенный наружу, такой белок встраивается в мембрану эритроцита, свертываясь там в крошечную пору, через которую содержимое эритроцита (гемоглобин) начинает просачиваться наружу. Настоящая биологическая диверсия. Такой процесс разрушения эритроцита называется «лизис», отсюда и название белка – «-лизин».

Так вот, изучение этой нанопоры показало профессору Бейли, что альфа-хемолизин активно и по-разному взаимодействует с разными молекулами, проходящими сквозь него наружу, и это навело его на дерзкую мысль: нельзя ли воспользоваться этим свойством альфа-хемозина, чтобы, пропуская сквозь его пору молекулу ДНК, выявить последовательность (sequence) ее звеньев. Эту свою идею – и первые попытки ее осуществления – Бейли описал в опубликованной в 2001 году (в журнале Nature Biotechnology) статье под названием «Распознавание последовательности отдельных цепей ДНК с помощью искусственных нанопор», а еще через 4 года он вместе с двумя другими сотрудниками создал коммерческое «ответвление» Оксфордского университета под названием «Оксфордские нанопорные технологии», специально предназначенное для производства – на основе альфа-хемолизина - приборов, способных быстро и достаточно точно «секвенировать» (от слова «секвенс») любую ДНК.

Надо сказать, что Бейли был не единственным, кто выдвинул идею секвенирования ДНК с помощью искусственных нанопор. Об этом говорили и другие ученые. И если Бейли сосредоточился на альфа-хемолизине, то другие предлагали использовать иные белки из того же класса. Особенно перспективным считался Mycobacterium smegmatis porin (Msp) – белок-нанопора, имеющий форму 8-гранной чаши с центральным отверстием. Такого рода поры имеются в мембранах т.н. Микобактерий (к ним относятся, например, возбудители туберкулеза и проказы); они служат для прохождения в бактерию некоторых питательных веществ. Заслышав такие отзывы ученых, фирма «Иллюмина», с которой я начал свой рассказ, быстренько постаралась обзавестись правами на использование этих бактерий и их Msp-нанопор в своих будущих приборах по секвенированию. И как сказано выше, этот расчет оправдался.

В свою очередь «Оксфордские нанопоры», энергично стартовав, уже в 2014 году выпустили на рынок свою первую новинку – секвенсер МинИОН на основе нанопоры альфа-хемолизина. Первый показ этого прибора был необыкновенно эффектен. Сотрудник фирмы, д-р Квик, вылетел в Гвинею с тремя секвенсерами, уместившимися в один чемодан, что уже само по себе было неслыханно, так как все существовавшие тогда приборы такого назначения были, скорее, размером с холодильник. Но мало того, что МинИОН укладывался на ладони – он еще к тому же мог быть подключен к настольному компьютеру, на экран которого передавал свои данные по мере их поступления. Но главное было дальше. Прибыв в Гвинею, Квик менее чем за две недели произвел с помощью этих приборов первое и полное секвенирование ДНК вируса Эболы, свирепствовавшего тогда в Африке. В течение 12 дней он сумел секвенировать ДНК вируса из крови 14-ти больных, и это весьма поспособствовало быстрому синтезу вакцины против вируса и победе над болезнью.
МинИОН покорил сердца биологов и быстро стал их любимой игрушкой. Его широко использовали для быстрой идентификации вирусов, для слежения за безопасностью пищи и окружающей среды, для проверки резистентности к антибиотикам, анализа вариаций рака и т.п. А фирма тем временем энергично совершенствовала свое детище, выпуская все более совершенные модели: R6, R7 и вот недавно R9.

И как раз на R9 терпение «Илюмины» лопнуло. Ее юристы подали в суд, заявив, что «Оксфордские нанопоры» преуспевают лишь потому, что украли у «Илюмины» нанопору типа Msp (ту, что из мембраны Микобактерий). И поклонники МинИОНа, понятно, заволновались – они испугались, что многообещавшая фирма проиграет дело и уйдет с рынка. И в самом деле многообещавшая. Подумать только – ведь это именно «Оксфордские нанопоры» выступили инициатором совершенно замечательного проекта «Интернет всего живого», по которому в мировую сеть Интернета вводились бы данные о всех ДНК по мере их расшифровки, а вся наша жизнь, от туалетного сиденья и до пропускных ворот в аэропортах, была бы «начинена» малогабаритными и скоростными сенсорами типа МинИОНа, способными быстро передать в Сеть - для опознания - данные о любой «подозрительной» ДНК. Как бы это обезопасило всю нашу жизнь! И вот такую фирму «Илюмина» хочет пустить по миру?!

Если вы уже тоже заволновались, то спешу успокоить: все кончилось благополучно. Главный технолог «Оксфордских нанопор» Браун выступил с разъяснением, что МинИОН варианта R9 основан вовсе не на Msp, а на CsgG - нанопоре, которую производит обычная кишечная палочка. Данные о ее структуре были опубликованы в статье бельгийского биолога Ремо и британского биохимика Говорки, опубликованной в журнале Nature в 2014 году, и оба автора в сотрудничестве с учеными «Оксфорсдких нанопор» активно участвовали в разработке нового сексвенсора ПрометИОН, основанного на этой нанопоре. Фирма, - заявил Браун, - намерена вскоре перейти полностью на производство этого нового секвенсора, поскольку точность его расшифровки ДНК составляет более 95% (у МинИОНа она была 75-80%). Эта точность, по его словам, превышает возможности других нанопор, включая Msp, поскольку центральный канал у CsgG очень узок на всем его протяжении, тогда как у других он сужается лишь постепенно, что ухудшает взаимодействие поры с ДНК.

Как вы наверняка заметили, в последней фразе я уже бесстыдно перешел на научный жаргон. Это не случайно. Потому что не знаю, как на ваш вкус, а на мой, так самое интересное во всей этой истории (из-за чего я и начал ее рассказывать) – это не дела сутяжные вокруг нанопор, а сами нанопоры – воистину потрясающее по тонкости достижение нанотехнологии. Позвольте, я скажу о них еще пару слов. Все-таки именно они ведь – подлинные герои этого рассказа.

Вы уже представляете себе нанопору – этакий свернутый кольцом или трубочкой белок с центральным каналом, имеющим диаметр около 1 нанометра (сейчас делают уже и совсем искусственные нанопоры из кремния, и даже графена, постепенно сужая, с помощью наполнителя, их канал до нужного диаметра). В этот канал, с помощью электрического поля или специальных ферментов, затягивают ДНК. В силу узости канала эта ДНК вынуждена развернуться из своего обычного «дву-спирального» состояния в длинную линейную цепь, которая проходит через нанопору последовательно, звено за звеном. Если поместить это устройство в проводящую жидкость и создать на нем разность потенциалов, то через нанопору потечет небольшой ток, весьма чувствительный к ее сопротивлению. Проходящее через нанопору звено ДНК слегка меняет это сопротивление, причем каждый вид звена меняет его по-своему. Это изменение можно измерить по изменению тока. Так можно получить код – какому звену какое изменение соответствует. Встроив этот код в секвенсер, можно затем пропускать через пору любую ДНК и по этому коду опознавать ее звенья по мере их прохождения через канал. (В другом методе используется привязка к каждому звену специфических флюоресцентных веществ).

Главная трудность всех этих методов – слишком быстрое прохождение ДНК через канал, что снижает точность определения отдельных звеньев. Приходится повторять процедуру, иной раз – стократно. Важную роль в точности играет также форма канала, которая определяет скорость прохождения ДНК. Разные фирмы ищут и применяют разные методы улучшения своих нанопор. Ученые «Илюмины», например, пытаются улучшить форму канала своих Msp, а в “Оксфордских нанопорах» думают, как бы «посадить» у входа в канал особый белок (т.н. экзонуклеазу), который будет отщеплять от цепи ДНК звено за звеном, пропуская их затем через канал по-одиночке.

Поразительно, правда? Какая фантастически филигранная работа! И какие важные, какие нужные для лечения людей результаты! Нет, ей-богу, был бы я молод, я бы в нанотехнологи пошел – пусть меня научат.

Увы...

Рафаил Нудельман
"Окна", 23.6.2016