Пока я корпела над созданием библиотек клонов, началось развитие многомиллиардной индустрии[19], вызванное необходимостью разработать более быстрые методы секвенирования большого количества ДНК с меньшим числом ошибок и с более низкой стоимостью в расчете на одно основание. Первый значительный прорыв сделала компания Roche, которая использовала метод так называемого 454-пиросеквенирования для получения десятков тысяч прочтений отдельной ДНК в образце. Этот метод открыл широкий путь для поиска новых видов микробов, поскольку научный прогресс больше не зависел от того, сколько колоний E. coli несчастный аспирант сумеет подцепить зубочисткой.

В середине 2000-х годов Джули Хьюбер и Митч Согин из Морской биологической лаборатории использовали новую технологию и определили последовательности генов примерно десяти тысяч микробов из литра океанской воды с большой глубины³. Чтобы вы поняли, насколько они опередили всех остальных, скажу, что в том же году я опубликовала статью с описанием генов примерно пятидесяти микробов из одного образца⁴. Джули и Митч осознали, что в морской воде содержатся тысячи микробов, которых нельзя обнаружить с помощью метода Сэнгера, поскольку их там очень мало. Каждый представитель этой так называемой редкой биосферы в подходящих условиях готов был дать начало более многочисленной популяции, однако все они реагировали на разные изменения условий. В результате Джули и Митч пришли к немыслимому заключению: в мире существуют еще миллионы видов микробов, о которых мы даже не подозревали. Когда они впервые представили свои результаты на конференции, я услышала, как один из присутствующих достаточно громко заявил, что это полная чушь.

Поначалу тема редкой биосферы оставалась спорной – по той причине, что метод пиросеквенирования выдавал ошибки. Кстати, отчасти из-за этого меня не очень смущал тот факт, что в 2006 году я все еще по старинке пользовалась методом Сэнгера и клетками E. coli. В методе пиросеквенирования используется однонитевая ДНК, иммобилизованная на твердой поверхности. Но ДНК не любит оставаться в виде одной нити, она предпочитает сворачиваться в двойную спираль. Разделяя две нити, вы разделяете две группы оснований, и одна группа как будто кричит “Марко…” и ждет, что кто-то в ответ выкрикнет “Поло…” – и они опять найдут друг друга[20]. Но только в данном случае однонитевая ДНК кричит “AGTCCC…” и ждет, что кто-то ответит “…GGGACT”, чтобы воссоединиться. Дело в том, что основание A имеет тенденцию спариваться с T, а G – с C. Правильный порядок образуется по правилу, воспетому в знаменитой строчке из песни Мисси Эллиотт: “Нужно развернуть и перевернуть”[21].

Метод пиросеквенирования заключается в том, что при каждом связывании “Марко” и “Поло” происходит вспышка света, и это позволяет определять последовательность ДНК. Связывание оснований само по себе не сопровождается вспышками света, иначе наши тела постоянно искрились бы, а наш мир, к сожалению, не такой яркий. Вспышки света возникают благодаря смеси ферментов, которые используются в реакциях пиросеквенирования, причем один из них выделяют из брюшка светлячков. Хорош этот метод тем, что его можно автоматизировать: на крохотном чипе иммобилизуют миллионы различных фрагментов ДНК, промывают раствором, содержащим основания одного типа (например, G), и фотометр высокого разрешения регистрирует место на чипе, где происходит вспышка (то есть где связывается основание G), а затем тот же процесс повторяют с другим основанием и так далее, еще и еще, проводя необходимое количество циклов со всеми четырьмя основаниями. Плохо то, что метод не работает для последовательностей ДНК с длинными повторами одного и того же основания. Учитывая это ограничение, многие исследователи с трудом верили в реальность всех тех редких последовательностей, которые обнаружили Джули и Митч. Это могло быть просто ложным световым сигналом ферментов из брюшка светлячков.

Скептический настрой развеялся благодаря исследованиям, проведенным компанией Illumina. Как и при 454-пиросеквенировании, в этом методе тоже используют иммобилизованную ДНК, которую амплифицируют в отдельных точках чипа, и излучение света. Однако в данном случае вспышки света контролируют тщательнее, так что проблем не возникает, даже если в последовательности есть участок из повторов. Так была решена основная проблема 454-пиросеквенирования и окончательно подтверждено существование редкой биосферы. Впрочем, метод, предложенный компанией Illumina, тоже иногда выдает ошибки по той простой причине, что он основан на определении местоположения миллионов светящихся точек на чипе размером с почтовую марку, что трудно осуществить с идеальной точностью. Однако небольшие недочеты качества анализа компенсируются тем, что исследователи получают гигантский массив данных и могут себе позволить отбросить сомнительные последовательности, сохраняя только самые достоверные.