Ген. Очень личная история - Сиддхартха Мукерджи
Шрифт:
Интервал:
Закладка:
Но как последовательность ДНК вроде АТГЦЦЦЦ… может нести информацию о построении белка? Уотсон всегда подозревал, что закодированная в ДНК информация сначала преобразуется в какое-то промежуточное сообщение. Эта «молекула-переносчик», как он ее назвал, передает инструкции для построения белка, зашифрованные в гене. В 1953 году он написал: «Больше года я твердил Фрэнсису[535] [Крику], что с генетической информации, содержащейся в цепочках ДНК, сначала должны сниматься копии в форме комплементарных молекул РНК», а уже молекулы РНК должны использоваться как инструкции для построения белка.
В 1954 году Георгий Гамов, физик русского происхождения, ставший биологом, вместе с Уотсоном основал «клуб» ученых для раскрытия механизма синтеза белка. «Дорогой Полинг, – писал Гамов Лайнусу Полингу в 1954-м, по своему обыкновению вольно обращаясь с грамматикой и орфографией. – Я играю со сложными органическими молекулами[536] (чего раньше никогда не делал!) и получаю кое-какие занятные результаты и хотел бы твое мненние о них».
Гамов назвал объединение «Клуб галстуков РНК»[537]. «Клуб никогда не собирался в полном составе, – вспоминал Крик, – его существование всегда было довольно условным»[538]. Клуб не устраивал регулярных формальных встреч, не утверждал каких-либо правил и даже базовых принципов организации, он в свободной манере держался скорее на неформальных беседах. Собрания случались спонтанно или не случались вообще. В клубе ходили по рукам записи с порой сумасбродными неопубликованными идеями, с набросанными от руки иллюстрациями – это был блог до блогов. Уотсон в Лос-Анджелесе попросил портного вышить золотистой нитью на темно-зеленых шерстяных галстуках РНК-спираль. Гамов послал по такому галстуку и булавке к нему[539] каждому из приятелей, кого решил пригласить в клуб, а также напечатал клубные бланки со своим девизом: «Сделай или умри, или вовсе не начинай»[540].
В середине 1950-х в Париже двое специалистов по генетике бактерий – Жак Моно и Франсуа Жакоб – провели эксперименты, результаты которых намекали, что для «преобразования» ДНК в белок нужна промежуточная молекула[541] – переносчик информации. Ученые тоже предположили, что гены не напрямую предоставляют инструкции для построения белков. Куда вероятнее, информация из ДНК сначала копируется – сохраняется в виде своеобразного черновика, – а затем именно эта копия, не оригинал, переводится на язык белка.
В апреле 1960 года Фрэнсис Крик и Франсуа Жакоб встретились в тесной кембриджской квартирке Сиднея Бреннера, чтобы обсудить природу этого загадочного посредника. Сын сапожника из Южной Африки, Бреннер получил стипендию и приехал в Англию изучать биологию; подобно Уотсону и Крику, он был зачарован «религией генов» и ДНК. Едва переварив ланч, трое ученых сообразили, что эта промежуточная молекула должна курсировать из клеточного ядра, где хранятся гены, в цитоплазму, где синтезируются белки.
Но какова химическая природа «послания», которое строится на основе гена? Это белок, нуклеиновая кислота или молекула другого типа? Как ее структура связана с последовательностью нуклеотидов? Хотя конкретных подтверждений тому не было, Бреннер и Крик подозревали, что это РНК – молекулярная двоюродная сестра ДНК. В 1959-м Крик посвятил Клубу галстуков стишок, но так и не разослал его коллегам:
Узнать бы нам наверняка
Все свойства генной РНК.
Но скрыт в аду, раю, за тридевять земель
Неуловимый окаянный Пимпернель![542], [543]
Той же весной Жакоб прилетел в Калтех, чтобы поработать с Мэттью Мезельсоном и таки поймать «окаянного Пимпернеля». Через несколько недель, в начале июня, прибыл и Бреннер. Они с Жакобом знали, что белки производятся внутри клетки специализированными органеллами – рибосомами. Было ясно, что самый верный способ выделить в чистом виде информационного посредника – это резко оборвать синтез белка с помощью биохимического эквивалента ледяного душа, а затем очистить продрогшие молекулы, прицепленные к рибосомам.
Принцип казался простым и очевидным, но сам эксперимент ученых обескуражил. Поначалу Бреннер доложил, что эксперимент явил ему лишь химический эквивалент густого «калифорнийского тумана – сырого, холодного и безмолвного». Недели ушли на совершенствование прихотливой биохимической системы. Но рибосомы всякий раз при выделении распадались. Внутри клетки их части спокойно пребывали в «склеенном» виде. Так почему же снаружи они растворялись, словно туман, ускользающий сквозь пальцы?
Однажды ответ вышел из тумана. Буквально. Как-то утром Бреннер и Жакоб сидели на пляже. Бреннер размышлял над своими лекциями по основам биохимии и вдруг осознал до смешного простой факт: в их растворах могло не хватать необходимого химического фактора, который отвечал за целостность рибосом внутри клеток. Но что это за фактор? Это явно что-то маленькое, тривиальное и вездесущее – крохотная капля молекулярного клея. Бреннер внезапно вскочил. Его крик пронзил утренний туман: «Это же магний! Магний!»[544] Его волосы развевались на ветру, а из карманов тек струйкой песок…
И это действительно был магний. Он оказался критически важным: в растворе с добавлением его ионов рибосома оставалась целой, и Бреннеру с Жакобом наконец удалось выделить из бактериальных клеток мизерное количество молекулы-посредника[545]. Как и ожидалось, это была РНК[546] – но РНК особого типа[547]. Она производилась всякий раз при экспрессии гена и, подобно ДНК, строилась путем сборки в цепочку нуклеотидов с одним из четырех оснований – А, Г, Ц и У (вместо Т, характерного для ДНК). Что примечательно, Бреннер и Жакоб позже обнаружили, что матричная РНК – это факсимиле цепочки ДНК, точнейшая копия, «снятая» с оригинала. После производства РНК-копия гена перемещается из ядра в цитоплазму, где это послание расшифровывается: по нему строится белок. Матричная РНК не походила на обитателя ни ада, ни рая – она была лишь профессиональным посредником. Построение РНК-копии гена назвали транскрипцией – как если бы слово или предложение переписывалось языком, близким к оригиналу. Нуклеотидная последовательность гена, выраженная алфавитом ДНК (АТГГГЦЦ…), просто переписывалась похожим алфавитом РНК (АУГГГЦЦ…).
Все это напоминало процесс перевода книг в библиотеке редких изданий. Оригинальный источник информации (ген) постоянно находится где-то в недрах хранилища. Когда от клетки поступает «запрос на перевод», из ядерного хранилища наружу посылается фотокопия оригинала. Это факсимиле гена (РНК) – рабочий экземпляр для трансляции (перевода на язык белков). Благодаря такой организации процесса в обращении может быть одновременно множество копий гена, и их количество может снижаться или повышаться по требованию. Скоро ученым стало ясно, что эти факты играют решающую роль в понимании функций гена и его активности.
Но транскрипция решала задачу синтеза белка
