Что может биотехнология? - Дмитрий Складнев

Однако это величайшее открытие, ставящее многое в биологии с головы на ноги, прошло незамеченным, С. Луриа писал потом, что «мне до сих пор мучительно вспоминать о том, как в статье 1951 г. (то есть через более чем шесть лет (!) после опубликования эпохальной статьи Эйвери, Маккарти и Маклеода) я выдвигал предположение, что генетическим материалом у бактериофагов служит белок. И это за несколько месяцев до того, как А. Херши и М. Чейз сообщили о своих блестящих экспериментах, доказавших, что геном (совокупность генов) фага представляет собой ДНК!» Что же это были за блестящие эксперименты?

К тому времени физики снабдили биологов радиоактивными изотопами — сейчас по новой моде их называют «радионуклиды», то есть элементы с радиоактивными ядрами, здесь физика и в терминологии состыковалась с нуклеиновыми кислотами, — в частности фосфора и серы. Для проведения решающих экспериментов и окончательного выяснения роли ДНК и белка удобно пользоваться изотопами фосфора и серы: в ДНК нет серы, а в белках — фосфора.

Уже упоминалось о том, что М. Дельбрюк и Т. Андерсон впервые увидели фаги на новом, незадолго до того построенном физиками электронном микроскопе, который по сравнению со световым микроскопом дает увеличения в сотни раз большие, — фаги, облепившие бактериальную клетку (Э. Рушка получит премию за свой электронный микроскоп только в 1986 г. — через 55 лет после его создания!) В науке увидеть означает очень многое. Сразу становится ясно, что делать дальше.

И вот Херши и его сотрудница Марта Чейз решили посмотреть, что будет, если с помощью радиоактивных серы и фосфора пометить белки и ДНК фага. Оказалось, что в клетку микроорганизма проникает только ДНК вируса, а вся его белковая оболочка остается снаружи! Потом, правда, выяснилось, что вместе с ДНК в клетку входит и небольшое количество белка, необходимое для размножения ДНК, но для того времени это было несущественно. Главное было то, что этот блестящий эксперимент доказал справедливость вывода Эйвери: генетическим материалом является ДНК, а не белок! Это была революция в биологии.

И ее знаменосцем в Европе стал Дж. Уотcон, которого С. Луриа послал в Кембридж в знаменитую Лабораторию молекулярной биологии, где сейчас работает почти десяток нобелевских лауреатов. Тогда они, конечно же, лауреатами не были, но все стремились познать тайны жизни. Одни занимались белками, другие — их было значительно меньше — ДНК. «Прибытие Уотсона, — вспоминал потом нобелевский лауреат М. Перутц, — оказало большое влияние не только на Ф. Крика, который во многом думал так же, как и он, но и на всех нас, которые больше интересовались структурой и функцией белков, нежели тем, откуда эти белки возникают».

В отделе М. Уилкинса кристаллы ДНК «рассматривали» под рентгеном, чтобы понять, как она устроена. К тому времени было известно, что она может иметь молекулярный вес до миллиона, то есть это был макромолекулярный природный полимер, мономером которого был нуклеотид, «разобранный» на части Левеном. Э. Чаргафф из Колумбийского университета в Нью-Йорке установил поразительный факт: в ДНК всегда число А равнялось числу Т, а Г — Ц! Было такое впечатление, что А и Т, Г и Ц «ходят парами»! Сам Чаргафф то время описал довольно юмористически:

«После первой встречи в Кембридже я был озадачен при виде двух энтузиастов (имеются в виду Уотсон и Крик), которые пытаются уложить нуклеотиды в спираль (двойной эта спираль стала после того, как я рассказал им о наших результатах), не потрудившись узнать строение соединений, из которых эта спираль должна состоять».

Была еще в лаборатории Розалин Франклин, которая нетерпеливому Уотсону казалась «синим чулком», что он ей и высказывал. На самом же деле она была символом женщины в науке, где доминируют мужчины —. недооцененная, эксплуатируемая, вынужденная постоянно доказывать, что она не глупее коллег. Р. Франклин бросила раскованную академическую жизнь в Париже и перебралась в Кембридж, чтобы исследовать ДНК под рентгеном. Она и Уилкинс взаимно не переносили друг друга, Уилкинс говорил всем, что, по его данным, ДНК представляет собой спираль, а она утверждала обратное.

Тем не менее именно результат, полученный Р. Франклин, сыграл решающую роль в прозрении. Уотсона. В этот момент они с Криком «сражались» с незадолго до того предложенной Л. Полингом трехцепочечной моделью ДНК. И вот из разговора с Уилкинсом Уотсон узнает о другой, не А-, а В-форме ДНК, которую получила на своих рентгенограммах Р. Франклин. Это стало последней каплей: «И вдруг я заметил, что пара аденин-тимин, соединенная водородными связями, имеет точно такую же форму, как и пара гуанинцитозин (то есть они друг другу комплементарны, добавим от себя)».

«Мы предлагаем вашему вниманию структуру ДНК, имеющую некоторые новые свойства, которые представляют значительный биологический интерес…» Так начиналась статья Уотсона и Крика в номере международного научного журнала «Нейчер» от 27 апреля 1953 г. В этой статье они предлагали модель двухцепочечной спирали ДНК, похожей на винтовую лестницу, ступеньками которой являются комплементарные пары А-Т, Г-Ц. «Перилами» лестницы служат молекулы сахара дезоксирибозы, а соединяются нуклеотиды в цепочку при помощи фосфорной кислоты. Схематически это выглядит следующим образом, где Ф — остаток фосфорной кислоты.

В 1962 г. Уотсон, Крик и Уилкинс за свое открытие были удостоены Нобелевской премии по медицине. Р. Франклин, к сожалению, к этому времени умерла от рака. Если бы этого не произошло, то впервые в истории Нобелевских премий ее надо было бы давать четверым.

«Здесь в Кембридже произошло, быть может, самое выдающееся после книги Дарвина событие в биологии — Уотсон и Крик раскрыли структуру гена!», писал в Копенгаген Нильсу Бору его бывший ученик М. Дельбрюк.

Круг замкнулся. Для этого понадобилось всего двадцать лет интенсивного мозгового штурма, предпринятого физиками. Теперь очередь была за биологами.

Рис 1. Схема двухцепочной молекулы ДНК

1. Адениновый нуклеотид ДНК

2. Урациловый нуклеотид РНК

3. Сахарофосфатный остов нуклеиной кислоты (ДНК) с присоединенными к нему азотистыми основаниями А, Г, Ц и Т.

В чем сходство между шифровкой и ДНК

Все знают, как начиналась Вторая мировая война. Сначала Гитлер напал на Польшу, потом повернул на Запад, разгромил Францию и вышел к берегам Ла-Манша, где блокировал у Дюнкерка английскую экспедиционную армию, безуспешно пытавшуюся помочь деморализованным французским вооруженным силам. Каким-то чудом англичанам, перед боевыми окопами которых Гитлер остановил свои танки, удалось эвакуировать солдат из-под Дюнкерка. Началась «битва за Британию», бомбардировки Лондона ужасными «Фау». Над Англией нависла реальная угроза вторжения с материка. Простые англичане вступали в отряды самообороны и гражданской гвардии. Время было тревожное и неопределенное. Только решение Гитлера повернуть на нашу страну спасло Британию от вторжения — открытого, с применением миллионных масс современных армий. Тайное вторжение на острова туманного Альбиона не прекращалось.

Абвер, гестапо и другие разведки гитлеровской Германии засылали в страну множество агентов, которых не всегда удавалось найти и обезвредить. Не следует забывать, что среди англичан — не простых, конечно, — были тайные и явные сторонники бесноватого фюрера. Нацистские агенты пересылали свои сообщения с помощью зашифрованных радиограмм. Из Берлина также по радио им передавали приказы и распоряжения, которые они должны были выполнять.

Нет ничего проще, чем перехватить радиосообщение. Поставь антенну и лови сигнал, предназначенный для агента. Или наоборот, если сумеешь запеленговать радиопередатчик шпиона. Но ведь разведывательный центр и агент переговариваются, как говорится, не Открытым текстом, а закодированным. Расшифровать бесконечные группы цифр практически невозможно, тем более что каждый раз после передачи центр и радиошпион меняют шифр, или код.

А какое все это имеет отношение к нашей теме рассказа? На первый взгляд никакого. Но если учесть, что мы есть творения живой природы, а в ней действуют в общем-то единые законы, то выяснится, что шифр — это изобретение человеческого мозга, а мозг представляет собой живой орган, построенный из клеток, жизнь которых управляется командами ДНК. Отсюда можно предположить, что законы, управляющие мозгом, когда он придумывает шифр, сходны с законами, управляющими генетически кодом.

После триумфа Уотсона и Крика и понимания того, что ген — это ДНК, перед учеными во всей своей грандиозности встал вопрос о том, как, с помощью какого шифра, ДНК управляет синтезом белка, то есть соединением аминокислот в строгом порядке. И не дай бог, если этот порядок по каким-то причинам, например в результате мутации, нарушится.