Что может биотехнология? - Дмитрий Складнев

Иммунизация прошла успешно, и Мейстер намного пережил Пастера, который умер в 1895 г. Мейстер покончил с собой только 14 июня 1940 г., когда в Париж вошли гитлеровские войска. После себя Пастер оставил директором института И. И. Мечникова, который занимал этот пост до самой своей смерти в 1916 г.

Ее величество ДНК

Многие, кто интересуется наукой, а также историей, как нашей общей, так и историей отечественной несчастной биологии, читали, наверное, «Зубр» Д. Гранина. И помнят как Н. В. Тимофеев-Ресовский не очень-то любезно отзывался о «ДНКаке». Это тем более удивительно, что сам он стоял, можно сказать, у колыбели рождения этого одного из величайших открытий XX в. Но расскажем все по порядку.

Началось все еще в прошлом веке, когда никому не известный швейцарский врач Ф. Мишер опубликовал в 1871 г. в берлинском «Журнале медицинской химии» свою знаменитую статью о выделении нуклеина из белых клеток крови больных. Слово это образовано от латинского «нукс» — ядро ореха, а окончание «-ин» подразумевало, что он содержит азот, то есть относился к азотистым веществам, подобно белкам.

В 1879 г. на нуклеин Мишера обратил внимание крупный немецкий химик К. Альбрехт Коссел, которого было бы вернее назвать биохимиком. Коссел выяснил причину подагры («боли в ногах» в дословном переводе), которая возникает в результате отложения в суставах нуклеина. Он открыл в нуклеине вещество желтого цвета, производное мочевой кислоты. Оказалось, что это гуанин, впервые выделенный в 1858 г. А. Штрекером из перуанского гуано — помета птиц, ценного азотного удобрения.

Коссел также выделил из клеток тимусной железы тимин и аденин. Названия эти образованы от греческих слов, поэтому имеет смысл пояснить их. Железу греки называли «аден», что означало «плотный», «твердый» (обычно речь идет о лимфатических железках, которые при воспалении вспухают и твердеют; многим, наверное, приходилось слышать об операции удаления аденоидов, то есть ненормально разросшихся железок в носоглотке).

Обычно нуклеин выделяли из тимусной железы бычков. Тимус, или зобная железа, представляет собой огромное скопление лимфоцитов. Поэтому тимус называют еще главной железой иммунной системы, поскольку лимфоциты защищают нас от инфекционных болезней. Тимус называют еще и вилочковой железой, потому что он очень похож по форме на «вилочку» соцветия тимьяна, или чабреца. Так тимин получил свое название.

Потом из клеток тимусной железы выделили четвертое соединение. Поскольку по-гречески клетка «цитос», то оно получило название «цитозин». Так завершилось выделение четырех азотсодержащих веществ, входящих в состав нуклеина. В 1910 г. Косселу за его открытия вручили Нобелевскую премию по медицине.

Коссел считал, что нуклеин построен из четырех выделенных им веществ — тетрады: аденина (А), гуанина (Г), цитозина (Ц) и тимина (Т). Кроме многих упомянутых выше открытий у Коссела было еще одно, не менее важное. В Берне он «открыл» русского химика, тоже занимавшегося нуклеином. Левен установил, что нуклеин, кроме тетрады А, Г, Ц и Т, содержит вдобавок к фосфорной кислоте еще и сахар дезоксирибозу, то есть «рибозу без кислорода».

Рибозу поначалу получил синтетическим путем немецкий химик Э. Фишер, удостоенный за изучение Сахаров Нобелевской премии по химии в 1902 г. Когда Фишер исследовал строение рибозы, он увидел, что она очень похожа на сахар арабинозу, выделенный из гуммиарабика («арабской смолки», добываемой из эфироносов Арабского Востока). «Переделав» несколько название арабинозы, Фишер получил рибозу.

Рибоза представляет собой 5-членный сахар, в состав молекулы которого входит пять атомов углерода. В 1909 г. Ф. Левену удалось выделить рибозу при изучении нуклеина. На выделение дезоксирибозы у него ушло еще двадцать лет! Так он впервые установил строение мономеров, из сочетания которых построен нуклеин, или, как уже тогда стали говорить, нуклеиновые кислоты. На первом месте в нуклеотиде стоит азотистое основание А,Г,Ц,Т, за ним следует сахар дезоксирибоза, и все это замыкается фосфорной кислотой, которая и придает нуклеину кислотные свойства.

Левен придерживался тетрадной точки зрения Коссела на строение нуклеиновой кислоты. Он считал, что четверки нуклеотидов монотонно повторяются по ходу нуклеиновой кислоты, и это ни о чем не говорит. К сожалению, такой взгляд значительно затормозил весь ход последующих событий. Авторитет Коссела и Левена оказал в данном случае плохую услугу развитию науки.

С ними обоими был категорически не согласен Роберт Фельген (он родился в 1884 г. в семье рабочего-текстильщика и сызмальства был приобщен, таким образом, к миру красок). В 1905 г. Фельген окончил медицинский факультет университета в г. Фрайбурге (там в свое время учился наш Ломоносов), после чего работал в госпитале приморского Киля, где написал диссертацию, посвященную лечению подагры, развивающейся, как уже говорилось, в результате отложения нуклеина в, суставах ног. Затем он перебирается в Физиологический институт, в Берлине, где работает в отделе, руководимом известным химиком Г. Штойделем.

Здесь Фельген улучшает метод шефа по выделению тимусной нуклеиновой кислоты, в которой больше не остается следов белка. После этого он сделал самое большое свое открытие: в 1914 г. он научился красить тимусную нуклеиновую кислоту с помощью особого красителя. При этом ядерная нуклеиновая кислота окрашивалась в интенсивно розовый цвет. Дрожжевая, или цитоплазмическая, нуклеиновая кислота не окрашивалась методом Фельгена, поэтому он назвал свой метод нуклеарной, или ядерной, реакцией. Такая — избирательность происходила из-за различия химического строения рибозы и дезоксирибозы.

Таким образом, Фельгену удалось выделить действительно только нуклеиновую, или ядерную кислоту, о чем он и доложил участникам Физиологического конгресса в Тюбингенг. Но это его сообщение было встречено со скепсисом. Только А. Коссел поддержал молодого исследователя. В 1937 г. Фельген усовершенствовал свой метод и провел «нуклеарную» реакцию в проростках ржи. Тем самым он опроверг деление нуклеиновых кислот на тимусные и дрожжевые, или животные и растительные. Но опять же никто не обратил внимания на это его открытие. Время нуклеиновых кислот еще не наступило. Хотя вполне могло бы.

Дальнейшие события в этой полувековой драме разворачивались в Германии, Англии и Америке. В 1923 г. увидела свет небольшая работа Ф. Гриффята, микробиолога из Оксфорда. Он описал явление «трансформации» — преображения пневмококков, вызывающих пневмонию, или воспаление легких (тогда в отсутствие антибиотиков пневмония была смертельно опасным заболеванием). Пневмококки при выращивании в культуре образуют два типа колоний — с «оболочкой» и без оной. Первые оказались смертельными для мышек, а вторые безвредны.

Гриффит установил, что если «оболочечные» микроорганизмы убить путем прогревания, а потом смешать с безвредными, то некоторые ранее безвредные станут опасными. На семь лет раньше такое же явление обнаружил у брюшнотифозной палочки молодой советский исследователь Л. А. Зильбер

Но ведь мы знаем, что нагревание «выключает» белки — попробуйте вылить белок яйца на разогретую сковородку. Он «коагулирует», то есть свернется и станет из прозрачного белым (вспомните также пастеризацию). Ферментативную и генетическую роль коагулированный белок выполнять уже не может.

Простите, скажет читатель, а при чем тут «генетическая» роль? Мы знаем, что белок выполняет роль фермента, ускоряя протекание реакций в миллиарды раз, ко при чем тут ген? В том-то и дело! В то время полагали, что белок выполняет также и функцию носителя наследственной информации. Это всеобщее заблуждение очень сильно тормозило развитие науки о живом, мешало осознать тот вклад, который сделал Фельген, ну и многое другое. Достаточно вспомнить Н. К. Кольцова, учителя Тимофеева-Ресовского, который в 1927 г. постулировал наличие в клетках «гигантских наследственных молекул» и так называемого матричного синтеза, но белкового! Он считал — а вместе с ним и все остальные, — что ген представляет собой гигантскую белковую молекулу, на которой, как на матрице в типографии, «печатается» другая белковая молекула. И никого не волновало, что эта красивая гипотеза не соответствовала постепенно накапливавшимся фактам, противоречившим ей. Если факты не соответствуют нашим домыслам, то тем хуже для фактов.

В 1926 г., как, наверное, помнит читатель «Зубра», Кольцов посылает Тимофеева-Ресовского в Германию, где тот начинает в Берлине заниматься изучением генетики дрозофилы. К тому времени была уже сформулирована хромосомная теория наследственности Т. Г. Моргана. Он был зоологом морских беспозвоночных и поначалу исследовал процессы их размножения. Но постепенно увлекся вопросами наследования тех или иных признаков и поставил себе целью узнать, где покоятся «факторы» наследственности, как назвал их монах из Брно Г. Мендель, изучавший в 60-х годах прошлого века наследование признаков у гороха.