Ген. Очень личная история - Сиддхартха Мукерджи
Шрифт:
Интервал:
Закладка:
«Эта глупая молекула»
Не следует недооценивать силу человеческой глупости.[414]
Роберт Хайнлайн[415]
Когда в 1933 году Освальд Эвери услышал о проведенном Фредериком Гриффитом эксперименте по трансформации, ему было 55. А выглядел он еще старше. Щуплый, невысокий, лысеющий, в очках, с птичьим голоском и висящими, словно замерзшие веточки, конечностями, Эвери занимал профессорскую должность в Университете Рокфеллера в Нью-Йорке. Там он всю жизнь изучал бактерий, главным образом пневмококков. Ученый был уверен, что Гриффит в своем эксперименте совершил какую-то ужасную ошибку. Как может какой-то химический мусор переносить генетическую информацию от одной клетки к другой?
Подобно музыкантам, математикам и высококлассным спортсменам, ученые рано достигают пика карьеры и быстро сходят с дистанции. Истощается не изобретательность, а запас жизненных сил: наука – спорт на выносливость. Чтобы провести тот единственный, переломный, озаряющий эксперимент, придется выкинуть в мусорную корзину результаты тысячи проходных экспериментов: это противостояние между природой и выдержкой. Эвери зарекомендовал себя как отличный микробиолог, но он никогда не думал вторгаться в новый мир генов и хромосом. «Фесс»[416], как его ласково называли студенты (сокращая обращение «профессор»), был хорошим ученым, но ничего революционного от него ожидать не приходилось. Эксперимент Гриффита должен был безвозвратно и с ветерком отправить генетическое такси в непредсказуемое, удивительное будущее, но Эвери не спешил заскакивать на подножку набитой будущими триумфаторами машины.
Если Фесс был сопротивляющимся генетиком, то ДНК была сопротивляющейся молекулой – той самой таинственной «молекулой гена». Эксперимент Гриффита породил массу спекуляций на тему молекулярного состава генов. К началу 1940-х биохимики уже научились разбивать клетки, чтобы выявлять их химические компоненты. Им удалось идентифицировать множество молекул в составе живых систем – но молекула, в которой зашифрована наследственность, так и осталась непознанной.
Было известно, что в состав хроматина – биологической структуры, в которой скрывались гены, – входят вещества двух видов: белки и нуклеиновые кислоты. Никто не знал, какова химическая структура хроматина[417], но из двух его «тесно связанных» компонентов белки были знакомы биологам намного лучше, отличались гораздо большим многообразием и казались куда более вероятными кандидатами на роль носителей генов. Ученые знали, что белки выполняют в клетке массу функций. Жизнь клетки поддерживают химические реакции: например, при дыхании сахар взаимодействует с кислородом, в результате чего образуются углекислый газ и энергия. Ни одна из этих реакций не запускается самопроизвольно (иначе наши тела непрерывно источали бы аромат жженого сахара). Белки держат под контролем главные химические процессы в клетке: какие-то ускоряют, какие-то замедляют, обеспечивая ровно тот темп, который совместим с жизнью. Можно сказать, что жизнь – это химия, но только особый ее случай. Живые организмы существуют за счет не просто возможных, а едва возможных реакций. Слишком высокая реакционная способность приведет к нашему спонтанному воспламенению, а из-за слишком низкой мы замерзнем до смерти. Белки обеспечивают протекание этих едва возможных реакций, благодаря чему мы можем жить на грани химической энтропии – опасно балансируя на краю, но никогда не падая.
Кроме того, белки формируют структурные компоненты клеток – волокна в составе волос, ногтей, хрящей, – а также межклеточный матрикс, который удерживает и связывает клетки друг с другом. Белки, свернутые другими способами, образуют рецепторы, гормоны и сигнальные молекулы, которые позволяют клеткам «общаться». Практически все процессы в клетке – метаболизм, дыхание, рост, деление, защита, утилизация отходов, секреция, сигнализация, да даже клеточная смерть – не обходятся без белков. Это рабочие лошадки биохимического мира.
Нуклеиновые кислоты в этом мире тоже были лошадками, только темными. В 1869-м, через четыре года после доклада Менделя в Обществе естествоиспытателей города Брно, швейцарский биохимик Фридрих Мишер[418] открыл этот класс молекул в составе клеток. Как и большинство его коллег по специальности, Мишер пытался изучать молекулярный состав клеток, разрушая их и выделяя высвобождающиеся вещества. Среди разнообразных соединений его особенно заинтриговало одно, которое осаждалось в виде клубков плотных нитей после разрушения белых кровяных клеток человеческого гноя из хирургических повязок. Такие же белые клубки содержались в сперме лосося. Мишер назвал это вещество нуклеином, поскольку оно сосредотачивалось в клеточных ядрах. Так как нуклеин проявлял кислотные свойства, позже его переименовали в нуклеиновую кислоту, но назначение вещества оставалось загадкой.
В начале 1920-х биохимики уже лучше понимали структуру нуклеиновых кислот. Оказалось, что они бывают двух разновидностей – ДНК и РНК. Остовы этих молекулярных двоюродных сестер были представлены длинными цепями из одинаковых звеньев, несущих одно из четырех азотистых оснований[419]. Основания торчали из остова, подобно листьям из плетей плюща. В ДНК «листиками» (основаниями) были аденин, гуанин, цитозин и тимин, а сокращенно – А, Г, Ц, Т. В РНК тимин замещался урацилом, в остальном набор оснований был тем же: А, Г, Ц, У[420]. Кроме упомянутых мелких деталей, о структуре и функциях ДНК и РНК ничего не знали.
Биохимик Фебус Левин, коллега Эвери по Институту Рокфеллера, решил, что до смешного простой химический состав ДНК – четыре разных азотистых основания, нанизанных на одинаковые молекулы фосфорилированного сахара, – предполагает и крайнюю незамысловатость ее структуры[421]. Левин представлял ДНК как длинный однообразный полимер, где четыре звена (нуклеотида) повторяются в определенном порядке: AGCT-AGCT-AGCT-AGCT[422], и так далее, скучно до тошноты. Повторяющаяся, ритмичная, неизменная, простая – этакая химическая конвейерная лента, нейлон биохимического мира. Макс Дельбрюк назвал ДНК «глупой молекулой»[423].
Даже беглый взгляд на предложенную Левином структуру ДНК заставлял отбросить мысль о ней как о возможном носителе генетической информации. Глупые молекулы не способны передавать умные сообщения. Монотонная до крайности, ДНК казалась полной противоположностью веществу, которое представлял Шрёдингер: это была молекула не только глупая, но и, что еще хуже, скучная. То ли дело молекулы белка: разнообразные, многопрофильные, готовые делиться своими тайнами, способные к структурному и функциональному перевоплощению не хуже Зелига[424], они были безмерно привлекательнее в качестве потенциальных носителей генов. Если хроматин в представлении Моргана – бусы, то белки – бусины, активный компонент, а ДНК, видимо, просто нить. Нуклеиновая кислота в хромосоме, как заявил один биохимик, лишь «формообразующее, поддерживающее вещество»[425] – привлекающий избыточное внимание молекулярный каркас для генов. Белки – истинный материал наследственности, ДНК – вспомогательная субстанция, наполнитель.
Весной 1940 года Эвери подтвердил ключевой результат эксперимента Гриффита. Он взял массу из фрагментов убитых бактерий вирулентного гладкого
