Что может биотехнология? - Дмитрий Складнев

в) Транспортные РНК с молекулами аминокислот на «хвосте»

г) Рибосома, на которой происходит синтез белка из аминокислот

д) Синтезированная белковая цепь

Мораторий Берга

Летом 1973 г. Р. Поллак, сотрудник Дж. Уотсона, который к тому времени уже возглавлял лабораторию в Колд-Спринг-Харборе, позвонил Полу Бергу в Станфордский университет, что неподалеку от Сан-Франциско в Калифорнии. Незадолго до этого звонка Поллак узнал, что Берг разрабатывает планы введения генов ракового вируса СВ-40 в кишечную палочку с помощью ее плазмиды. В ходе эксперимента планировалось клонировать раковые гены. Это было необходимо для того, чтобы иметь возможность изучать эти гены с помощью методов молекулярной биологии.

Здесь необходимо сделать остановку, чтобы разъяснить значение некоторых слов, иначе будет непонятен дальнейший рассказ. Итак, раковый вирус СВ-40. Он был выделен у обезьян и хорошо трансформировал их клетки в культуре ткани.

Культурой ткани называется способ выращивания клеток в стеклянных чашках и пробирках. Этот метод был создан французом А. Каррелем, который долгое время работал в Америке. В 1912 г. Каррель был удостоен за свое открытие Нобелевской премии по медицине.

Но метод культуры не мог получить широкого распространения до появления антибиотиков, которые предотвращали развитие болезнетворных микроорганизмов. Как удавалось Каррелю в конце XIX и начале XX в. — когда об антибиотиках никто и не слышал — поддерживать свои культуры, до сих пор остается загадкой. А ведь некоторые культуры он сохранял по тридцать лет!

Культуры хороши тем, что в них легко размножается вирус, который не живет вне клетки. В институте Солка Р. Дальбекко научился с помощью СВ-40 трансформировать клетки, то есть делать их раковыми, тем самым подтвердив вирусную теорию рака. Как известно, первый раковый вирус был открыт еще в 1908 г. двумя французами — О. Бангом и В. Эллерманом, однако главное открытие в этой области принадлежит американцу П. Раусу, который в 1911 г. писал в своей статье о «фильтрующемся агенте», вызывающем саркому у кур. Со временем этот вирус получил название «вирус саркомы Рауса» (ВСР) и за его открытие Раус в 1966 г. — через 55 лет — был удостоен Нобелевской премии.

Почему это так произошло — тема другого рассказа, сейчас же скажем, что наука о раковых вирусах сделала огромный скачок после войны, когда антибиотики позволили широко распространить по лабораториям метод культуры тканей.

В 50-е годы в дебрях Африки работал английский врач Л. Беркит. Там он столкнулся с интересной формой рака лимфатических узлов у детей. В 1961 г. он, будучи уже в Англии, читал курс лекций в Школе тропической медицины, одну из которых посетил М. Эпштейн. В это время все только и говорили о раковых, или онкогенных, вирусах, поэтому Эпштейн заподозрил наличие вируса и в случае Беркита. Он поехал в Кампалу к Беркиту, где сумел выделить вирус из крови больных, а затем и увидеть его под электронным микроскопом. Сообщение об этом появилось в печати в 1964 г. Так был открыт первый раковый вирус человека. Эпштейну помогала его сотрудница И. Барр, поэтому вирус был назван «вирус Эпштейна-Барр» (ЭБВ).

ЭБВ оказался очень интересным: в Африке он вызывает — если это действительно так — лимфому Беркита, в Юго-Восточной Азии г— опухоль в носоглотке. Поэтому ЭБВ так и считали одним из раковых. Но вот в Филадельфии случайно выяснилось, что у представителей белой расы этот вирус вызывает инфекционный мононуклеоз, похожий по своим симптомам на гепатит, то есть воспаление печени.

И СВ-40 и ЭБВ относятся к так называемым ДНК-содержащим вирусам (бактериофаги тоже). Но многие раковые вирусы, например тот же ВСР, вместо ДНК имеют РНК. Эти РНК-содержащие раковые вирусы представляли собой неразрешимую биологическую загадку: каким образом они могли «встраивать» свои гены в геном клетки-хозяина (геномом, напомним, называется совокупность генов). В то время было известно, что на ДНК синтезируется и-РНК, а на ней, уже синтезируется белок. Для нормального развития вируса он должен сначала «встроить» свои гены между клеточными, и только после этого размножаться.

Р. Дальбекко доказал, что в трансформированных, или переродившихся злокачественных клетках имеется специфическая вирусная ДНК СВ-40. Выяснилось также, что СВ-40 имеет всего три гена, два из которых отвечают за синтез белков оболочки. Забегая несколько вперед скажем, что третий ген, или Т-ген (от греческого слова «тумор» — опухоль), вызывает перерождение клеток.

В 1969 г. журнал «Нейчер» в номере от 22 ноября сообщил потрясающую весть о выделении первого гена у кишечной палочки. Фотографии этого гена обошли тогда весь мир. Это было сделано в лаборатории Дж. Беквита в Гарварде. Открылась реальная возможность прямого манипулирования генами. Еще менее чем через десять лет это привело к рождению современной биотехнологии!

Но самое главное открытие ждало мир через полгода. Чтобы понять его значение, необходимо вернуться ненадолго в год 1939-й. Тогда в «Докладах Академии наук» появилась статья 33-летнего ученого С. М. Гершензона, которая называлась «Вызывание направленных мутаций у дрозофилы». В статье излагались результаты скармливания личинкам мушек «тимусной» нуклеиновой кислоты (ДНК) теленка, в результате чего получали наследуемые изменения крылышек насекомых. Так за пять лет до Эйвери, Маккарти и Маклеода была доказана возможность чужеродной ДНК влиять на наследственные признаки организма. К сожалению, началась война, и мы утеряли свой приоритет в этой области.

Значительно позже, уже в 1960 г., Гершензон вернулся к этой проблеме, но решил модифицировать опыт. Среди вирусов, поражающих гусениц бабочек, известен так называемый «вирус ядерного полиэдроза» (ВЯП), который под электронным микроскопом похож на «полиэдр», или многогранник.

Так вот, Гершензон заразил гусениц не молекулой ДНК вируса, а его РНК, выделенной из клеток, пораженных ВЯП. И получил прекрасные вирусные частицы, свидетельствовавшие о том, что информация могла считываться не только с ДНК для синтеза РНК, но и наоборот! Это было непостижимо, ведь все знали, что генетическая информация идет только в одном направлении, как же она может идти в обратном!

Но если факты свидетельствуют об обратном, тем-хуже для фактов! Тем не менее похоже, что идея уже витала в воздухе. Несколько позже к ней пришел Г. Темин из Висконсинского университета (там работал Бидл). Ему тоже никто не верил, но он упорно — десять лет — работал над выделением фермента, работающего в «обратном» направлении. И вот в мае 1970 г. на Международном противораковом конгрессе в Хьюстоне он сообщил о победе! В том же мае на симпозиуме по количественной биологии в Колд-Спринг-Харборе с подобным сообщением выступил Д. Балтимор из Массачусетского технологического института (Бостон). Новый фермент получил название «обратная», или «реверсивная», траискриптаза (РТ), поскольку осуществляет синтез нуклеиновой кислоты как бы в обратном направлении. Советский академик В. А. Энгельгардт предложил называть РТ «ревертазой», что пришлось всем по вкусу. А академик А. А. Баев назвал новый метод синтеза «путь вперед, шагая в обратном направлении».

В 1970 г. журнал «Ныо-Сайентист», издающийся в Лондоне, поместил в номере от 25 июня репортаж «Центральная догма биологии перевернута вверх ногами». Имелось в виду, что Темин и Балтимор повернули вспять привычный ход. мыслей биологов — в очередной раз! Первый раз тз сделали за чуть более пятнадцать лет до этого Уотсон и Крик, и вот опять. Появился даже термин «теминизм», с чем был решительно не согласен Гершензон, написавший в редакцию журнала «Нью-Сайентист»:

«Сэр, я вполне согласен с автором статьи в том, что факт способности РНК быть матрицей для синтеза ДНК очень важен для молекулярной биологии и должен привести к практическим результатам. Однако я хотел бы заметить, что термин „теминизм“ вводит в заблуждение. В действительности же образование ДНК на матрице РНК было открыто в нашей лаборатории в 1960 г., и первые результаты этой работы были опубликованы за несколько лет до появления первой статьи д-ра Темина по этому предмету. С тех пор мы подтвердили в широких опытах это явление. Я прилагаю оттиск одной из наших первых статей и список наших статей по этому вопросу.

Искренне Ваш, профессор Гершензон С.»

Письмо профессора было опубликовано журналом, поскольку никто не мог спорить с нашим приоритетом в данной области. Но хотелось бы сделать и одно небольшое пояснение.

Ажиотаж вокруг результатов Темина и Балтимора, которым всего через пять лет вместе с Р. Дальбекко вручили Нобелевскую премию, возник не только потому, что они открыли, или повторили открытие нового биологического явления, а потому, что они выделили новый фермент, чего в лаборатории Гершензона не было сделано, потому что не было такой совершенной техники анализа. Все преимущество американских исследователей сегодня перед миром как раз и заключается в этом техническом совершенстве, превосходном лабораторном оборудовании, которое создают и разрабатывают многочисленные первоклассные фирмы. Ведь тому же Темину тоже десять лет никто не верил, пока он не представил на всеобщее обозрение наработанный им фермент. Фермент, который сделал возможным звонок Поллака Бергу.