Геном - Мэтт Ридли 7 стр.

работы Менделя попали в его руки, он бы сам немедленно переписал эти постулаты» (Bateson W. 1909. Mendel's princip­les of heredity. Cambridge University Press, Cambridge).

Но именно потому, что наиболее ярким проповедни­ком идей Менделя стал Бэтсон, европейские научные круги встретили теорию с большой настороженностью. В Великобритании непримиримая борьба между мендели­стами и приверженцами биометрии продолжалась еще 20 лет. Вскоре спор, как обычно, перекинулся в США, впро­чем, там противоположные взгляды никогда не достигали такой диаметральности. В 1903 году американский генетик Уолтер Саттон (Walter Sutton) сообщил, что хромосомы ве­дут себя в точности, как наследственные факторы Менделя: в паре хромосом всегда одна наследуется от отца, а другая — от матери. Томас Хант Морган (Thomas Hunt Morgan), отец американской генетики, сразу же стал новоявленным мен­делистом. В результате Бэтсон, который терпеть не мог Моргана, быстро переметнулся в другой лагерь и возглавил борьбу с теорией хромосом. Как много в истории науки решают личные отношения между людьми. Бэтсон вскоре подвергся обструкции, а Морган стал основоположником великолепной школы генетиков и увековечил свое имя в единице измерения расстояния между генами на хромо- мосе — сантиморгане. В Великобритании война продолжа­лась до тех пор, пока в 1918 году свету не явился великий математический ум Рональда Фишера (Ronald Fisher), ко­торому удалось примирить дарвинизм с менделизмом, ведь в действительности Мендель не опровергал, а убедительно доказывал теорию Дарвина.

Впрочем, все еще имелись разногласия по поводу мута­ций. Дарвин основой эволюции считает изменчивость, а Мендель— стабильные и неделимые атомы наследствен­ности. Если гены — это атомы биологии, то представление о том, что они могут меняться, выглядело таким же ерети­ческим, как алхимия. Перелом произошел, когда первую индуцируемую мутацию удалось получить человеку на­столько противоположному Гарроду и Менделю, что это даже трудно себе представить. Рядом с почтенным докто­ром времен короля Эдуарда и монахом Святого Августина нам приходится поставить скандального и непоседливого Германа Джо Мюллера (Hermann Joe Muller). Как и многие блестящие, талантливые еврейские ученые, бежавшие из Германии в Америку в 1930-х годах, Мюллер пересекал в это же время Атлантический океан, только в другом направле­нии. Рожденный в Нью-Йорке сын хозяина мелкого мага­зина, торгующего металлическими деталями, он поступил на факультет генетики Колумбийского университета, но разошелся во взглядах со своим наставником, Морганом, и в 1920 году перевелся в Техасский университет. Ходили слу­хи о том, что причиной ссоры с блистательным Мюллером был антисемитизм Моргана. Но, скорее, всему виной стал несдержанный характер самого Мюллера. Всю свою жизнь он с кем-то дрался. В 1932 году, после того как от него ушла жена, а сотрудники стырили (по его словам) его открытие, Мюллер пытается покончить с собой, а потом плюет на все и уезжает из Техаса в Европу.

Величайшая заслуга Мюллера, получившего Нобелевскую премию, состоит в открытии мутагенеза. Здесь уместно упо­мянуть об Эрнесте Резерфорде (Ernest Rutherford), который несколькими годами ранее открыл превращения атомов и доказал, что термин «атом», что по-гречески означает не­делимый, по сути своей неправильный. В 1926 году Мюллер спросил себя: «А действительно ли мутации настолько уни­кальные биологические процессы, что являются совершен­но не управляемыми и не контролируемыми, как еще совсем недавно думали о превращениях химических атомов?».

В следующем году он нашел ответ на свой вопрос. Облучая фруктовых мушек рентгеновскими лучами, Мюллер вызвал у них серию мутаций, проявившихся в следующем поколе­нии в виде всевозможных деформаций. «Мутации, — писал он, — оказались совсем не такими уж недоступными богами, творящими свои проказы из недоступной цитадели в глу­бине цитоплазмы». Так же, как и атомы, частицы Менделя должны иметь свою внутреннюю структуру, которую можно изменить с помощью рентгеновских лучей. Они все равно оставались генами после мутации, но уже другими генами.

Искусственно вызванные мутации подстегнули совре­менную генетику. Используя методику Мюллера с рентге­новским облучением, в 1940 году Джордж Бидл (George Beadle) и Эдвард Татум (Edward Tatum) создали мутантный вариант хлебной плесени Neurospora. Затем они доказали, что мутант утратил способность синтезировать некоторые соединения потому, что у него недоставало функциональ­ных версий некоторых ферментов. Они сформулировали закон, который сразу же получил известность и использу­ется с некоторыми поправками до сих пор: один ген - один белок. Это стало речитативом генетиков всего мира: один ген, один белок. В данном законе воплотилась старая догад­ка Гаррода с уточнениями современной биохимии. Тремя годами позже настало время замечательного открытия Лайнуса Полинга (Linus Pauling). Он установил причину ужасной формы анемии, от которой страдали главным об­разом африканцы. При этой анемии эритроциты крови изгибались в виде серпа. Происходило это из-за мутации в гене, кодирующем гемоглобин. Болезнь вела себя в точном соответствии с законом Менделя. Это было убедительное доказательство того, что гены представляют собой рецеп­ты белков. Мутация вызывает изменение рецепта, из-за чего меняется сам белок.

А что же в это время делает Мюллер? Ему не до науки. В 1932 году его захватывают идеи социализма и евгеники — селекции человека. Он верит, что, планомерно скрещивая людей, можно добиться того, чтобы рождались только ге­нии, такие как Маркс и Ленин (в последующих своих кни­гах Мюллер благоразумно заменил прообразы гениев на Линкольна и Декарта). Идеи социализма и евгеники влекут его через Атлантический океан в Европу. Он приезжает в Берлин за несколько месяцев до прихода к власти Гитлера. Скоро он станет свидетелем ужасной сцены разгрома на­цистами лаборатории его шефа Оскара Фогта (Oscar Vogt), осмелившегося приютить у себя еврея.

Мюллер едет дальше на восток, в Ленинград, в лаборато­рию Николая Вавилова, как раз перед тем как великий анти­менделист Трофим Лысенко, обласканный Сталиным, на­чинает гонения генетиков-менделистов, отказывающихся принять его собственную сумасбродную теорию о том, что пшеницу, как русскую душу, нужно не выводить селекцией, а воспитанием подгонять к соответствию с требованиями нового режима. Тех, кто не соглашался под держивать этот бред, не просто преследовали, а расстреливали. В тюрьме умирает Вавилов. Все еще не теряющий надежду Мюллер шлет Сталину копию своей книги о евгенике, но, узнав, что к его теории вождь народов не благосклонен, вовремя успе­вает уехать из СССР. Он отправляется в Испанию, чтобы принять участие в гражданской войне в составе интерна­циональной бригаде, где заведует банком донорской крови. Оттуда Мюллер перебирается в Эдинбург. Злой рок пресле­дует его. В столицу Шотландии Мюллер приезжает как раз перед началом Второй мировой войны. Он понимает, что темный зимний Эдинбург, где в лаборатории приходится ходить в перчатках, — не лучшее место для научной деятель­ности. В отчаянии он хочет вернуться в США, но в Америке не очень-то хотят видеть скандального и неуживчивого социалиста с подозрительными взглядами, к тому же жив­шего в Советском Союзе. Наконец, университет Индианы предоставляет ему должность, а всего через год он получает Нобелевскую премию за открытие мутагенеза.

Но сами гены продолжали оставаться непостижимой за­гадочной тайной. Ученые ломали голову над тем, каким об­разом в гене может быть записана структура белка. Многие полагали, что генами могут быть только другие белки. Казалось, в клетке больше нет ничего, достаточно слож­ного для выполнения такой функции. Ах да, в хромосомах есть еще одно довольно незатейливое вещество — нуклеи­новая кислота, называемая ДНК. Впервые ДНК выделил из пропитанной гноем повязки раненного солдата в не­мецком городе Тюбингене (Tubingen) в 1869 году шведский доктор Фридрих Мишер (Friedrich Miescher). Уже тогда

Мишер предположил, что ДНК может быть ключом к раз­гадке наследственности. В 1892 году в своем письме дяде он высказывает удивительно пророческие мысли о том, что именно ДНК может передавать наследуемую информацию «так же, как слова в языках всего мира создаются из 24-30 букв алфавита». Но ДНК состоит всего из четырех нуклео­тидов. Как такое монотонное соединение может хранить в себе информацию о сложном белке? (Цитата Мишера при­водится в книге Bodmer W., McKie R. 1994. The book of man. Little, Brown, London.)

Но на сцену уже вышли люди, которым предстояло от­гадать великую загадку природы. В бытность Мюллера в университете Индианы в Блумингтоне (Bloomington) в его лаборатории появляется одаренный девятнадцатилетний бакалавр Джеймс Уотсон (James Watson). Вскоре он стано­вится учеником иммигранта из Италии Сальвадора Лурия (Salvador Luria). (Не удивительно, что Уотсон не ужился с Мюллером.) Уотсон все больше склоняется к мысли о том, что гены состоят из ДНК, а не из белков. В поиске доказа­тельств он едет в Данию, затем, разочаровавшись в колле­гах, переезжает в 1951 году в Кембридж. Судьба столкнула его в Кавендишской лаборатории с такой же яркой личнос­тью, как он сам, — Фрэнсисом Криком (Francis Crick), ко­торый также был увлечен идеей наследственности посред­ством ДНК.

Но на сцену уже вышли люди, которым предстояло от­гадать великую загадку природы. В бытность Мюллера в университете Индианы в Блумингтоне (Bloomington) в его лаборатории появляется одаренный девятнадцатилетний бакалавр Джеймс Уотсон (James Watson). Вскоре он стано­вится учеником иммигранта из Италии Сальвадора Лурия (Salvador Luria). (Не удивительно, что Уотсон не ужился с Мюллером.) Уотсон все больше склоняется к мысли о том, что гены состоят из ДНК, а не из белков. В поиске доказа­тельств он едет в Данию, затем, разочаровавшись в колле­гах, переезжает в 1951 году в Кембридж. Судьба столкнула его в Кавендишской лаборатории с такой же яркой личнос­тью, как он сам, — Фрэнсисом Криком (Francis Crick), ко­торый также был увлечен идеей наследственности посред­ством ДНК.

Кавендишская лаборатория — известная физическая ла­боратория Кембриджа, названная в честь основавшего ее физика Генри Кавендиша (Henry Cavendish, 1731-1810). Кроме Уотсона и Крика в этой лаборатории работали в разные годы выдающиеся физики Э. Резерфорд и акаде­мик П.П. Капица.

Карьеру Крика нельзя назвать быстрой и яркой. В свои тридцать пять он еще не получил статус PhD (PhD соот­ветствует кандидату наук — примеч. ред.). Немецкие бомбы разрушили лабораторию в Лондоне, где он должен был за­ниматься измерением вязкости теплой воды под давлени­ем. Крик не очень расстроился из-за того, что его карьера в физике зашла в тупик. Его и раньше манила к себе био­логия, поэтому он быстро нашел себе работу в Кембридже, где его темой стало измерение вязкости цитоплазмы клеток. Кроме того, он занимался кристаллографией в Кавендише. Но у Крика не хватало ни терпения для того, чтобы успешно развивать свои научные идеи, ни должной исполнительности для того, чтобы развивать чужие. Его постоянные насмешки над окружающими, пренебрежение к собственной карьере в сочетании с самоуверенностью и привычкой давать советы другим раздражали коллег по Кавендишу. Но Крик и сам был не в восторге от научной направленности лаборатории, сконцентрировавшейся ис­ключительно на белках. Он был уверен, что поиск идет не в том направлении. Тайна генов скрывается не в белках, а в ДНК. Соблазненный идеями Уотсона, он забросил соб­ственные исследования и сосредоточился на изучении мо­лекулы ДНК. Так появился великий дуэт двух по-дружески соперничающих талантов: молодого амбициозного амери­канца, знающего немного биологию, и ярко мыслящего, но несобранного тридцатипятилетнего британца, разбираю­щегося в физике. Соединение двух противоположностей вызвало экзотермическую реакцию.

Уже через несколько месяцев, собрав воедино свои и ранее полученные другими, но не обработанные данные, два ученых подошли вплотную к величайшему открытию во всей истории человечества — расшифровке структуры ДНК. Даже у Архимеда, выскочившего из ванны, не было большего повода хвалиться своим открытием, чем уУотсона и Крика, праздновавших 28 февраля 1953 года свою побе­ду в небольшом пабе «Орел» (Eagle). «Мы открыли секрет жизни», — все не мог прийти в себя Уотсон, опасаясь, что где-то была допущена ошибка.

Но ошибки не было. Все оказалось чрезвычайно просто: ДНК содержит в себе код, записанный вдоль всей ее моле­кулы — элегантно вытянутой двойной спирали, которая мо­жет быть сколь угодно длинной. Код копируется благодаря химическому сродству между составляющими химическими соединениями — буквами кода. Комбинации букв представ­ляют собой текст прописи молекулы белка, записанный пока неизвестным кодом. Ошеломляющей была простота и изящность структуры ДНК. Позже Ричард Докинз (Richard Dawkins) писал: «Что действительно было революционным в эре молекулярной биологии, наступившей после откры­тия Уотсона и Крика, — это то, что код жизни был записан в цифровой форме, до невероятного похожей на код ком­пьютерной программы».

Через месяц после того как была опубликована структура ДНК Уотсона и Крика, в один день британская экспедиция покорила Эверест и на трон взошла новая королева Англии. Если не считать небольшой заметки в News Chronicle, журна­листы оставили незамеченным открытие двойной спирали ДНК. Но сегодня ученые рассматривают это событие как величайшее открытие столетия, если не тысячелетия.

Открытию ДНК предшествовали долгие годы разочаро­ваний и поражений. Код генов, с помощью которого запи­сывается информация о наследственности, упрямо не сда­вался. Но теперь Уотсон и Крик утверждали, что открытие сделано поразительно легко, — немного рабочих версий, хорошее знание физики и научное вдохновение. Взлом кода прошел блестяще. Стало очевидным, что код генов — это комбинация четырех букв А, С, G и Т. Комбинации этих букв переводятся в текст другого алфавита, состоящего из 20 букв — аминокислот, являющихся составными субъеди­ницами белков. Но как, где и каким способом?

Лучшие идеи рождались в голове Крика, включая идею об «адаптивной молекуле» — то, что сейчас мы называем РНК. Хотя не было никаких экспериментальных предпосылок, Крик пришел к выводу о том, что такая молекула должна быть. Так и произошло. Но у Крика была еще одна идея, ко­торую называют «лучшей из всех ложных идей». Крик при­думал код для шифрования структуры белка, который был значительно более элегантный, чем код матушки Природы. Идея была в следующем. Предположим, что единицей кода является слово из трех символов — кодон. (Мысль о том, что в слове должно быть не меньше трех букв, была очевидной. Сочетание четырех букв по две буквы в слове дают только 16 возможных комбинаций, чего недостаточно для кодиро­вания 20 аминокислот.) Теперь допустим, что между слова­ми нет ни пробелов, ни знаков препинания. Исключим из кода все слова, которые могут быть неверно интерпретиро­ваны, если чтение кода начать не с той позиции. Хорошую аналогию придумал Брайан Хейс (Brian Hayes) — возьмем все трехбуквенные слова, которые можно записать по-ан­глийски буквами A, S, Е и Т: ass, ate, eat, sat, see, set, tat, tea и tee. Теперь удалим слова, которые могут быть ошибочно прочитаны, если чтение начать не с той буквы. Например, представим себе текст, записанный с помощью этих слов без пробелов и знаков препинания. Возьмем случайные во­семь символов в середине текста: «ateateat». Поскольку нам неизвестно, с какой буквы начинается текст, мы его можем прочитать по-разному: «а tea tea t», «at eat eat» или «ate ate at». Таким образом, из трех слов «tea», «eat» и «ate» в на­шем словаре должно остаться только одно, чтобы избежать ложного прочтения.

Крик проделал те же манипуляции с буквами А, С, G и Т. Он сразу же удалил из словаря AAA, ССС, GGG и ТТТ. Затем он сгруппировал оставшиеся 60 слов таким образом, чтобы каждая группа содержала слова из тех же трех букв, следую­щих друг за другом в том же порядке. Например, слова ACT, СТА и ТАС объединены в группу, поскольку в них С всегда стоит после А, А — после Т, а Т — после С. В другой группе мы имеем слова АТС, ТСА и CAT. Если вы проделаете то же самое, то получите ровно 20 групп — столько же, сколько разных аминокислот используется в белках! Казалось, это не могло быть простым совпадением. По Крику только одно слово из группы кодировало аминокислоту, а остальные сло­ва должны были быть под запретом в генетическом коде.

Напрасно Крик призывал не относиться слишком серьез­но к его версии генетического кода: «Наши предположения и догадки относительно генетического кода, который нам предстоит разгадать, настолько шатки и умозрительны, что мы не можем на них полагаться. Мы взяли их за осно­ву просто потому, что, базируясь на простых и допустимых с точки зрения физики постулатах, нам удалось получить магическое число 20». Ведь открытая на тот момент струк­тура двойной спирали ДНК сама по себе не предоставляла никаких свидетельств относительно генетического кода. Но ликование ученых не прекращалось. Через пять лет уже никто не сомневался в верности кода Крика.

Однако время теорий стремительно уходило. На сме­ну им шел эксперимент. В 1961 году Маршалл Ниренберг (Marshall Nirenberg) и Иоганн Маттеи (Johann Matthaei) расшифровали одно «слово» генетического кода. Для это­го они просто синтезировали молекулу РНК, состоящую только из буквы U (урацил — эквивалент тимина (буквы Т) в молекуле ДНК). Затем синтезированные молекулы были помещены в суспензию рибосом и активированных амино­кислот. Система заработала, выдав на-гора белковый поли­мер, состоящий из одной аминокислоты — фенилаланина. Первое слово кода было взломано: UUU означает фенила- ланин. Это открытие похоронило лишенный знаков препи­нания код Крика. Если бы Крик был прав, генетикам никог­да не пришлось бы столкнуться с мутацией «сдвига рамки считывания», когда потеря одного нуклеотида в середине гена превращает в мусор весь последующий код. Впрочем, версия кода, которую предпочла Природа, хотя и не столь элегантна, но более устойчива к мутациям замены одного нуклеотида на другой, поскольку одна и та же аминокислота может кодироваться несколькими кодонами (Hayes В. 1998. The invention of the genetic code. American Scientist 86: 6-14).