Ген. Очень личная история - Сиддхартха Мукерджи
Шрифт:
Интервал:
Закладка:
После защиты диссертации Берг занимался биохимией[607] в Университете Вашингтона в Сент-Луисе вместе с Артуром Корнбергом, и с ним же потом основал кафедру биохимии в Стэнфорде. Большую часть своей академической жизни Берг изучал синтез белков, но поездка в Ла-Хойю дала ему возможность обдумать и другие темы. Забравшийся на высокое плато над Тихим океаном, Институт Солка по утрам часто прятался за плотной стеной тумана, напоминая монашескую обитель. Присоединившись к группе вирусолога Ренато Дульбекко, Берг сфокусировался на изучении вирусов животных. Все 11 месяцев он размышлял о генах, вирусах и передаче наследственной информации.
Особенно заинтересовал Берга обезьяний вирус 40, или SV40, поражающий клетки обезьян и человека. Каждый вирус, образно выражаясь, профессиональный носитель генов. У этих существ очень простая структура: часто это не более чем генный комплект в оболочке – «плохие новости в белковой упаковке»[608], по выражению иммунолога Питера Медавара. Внедряясь в клетку, вирус теряет оболочку и начинает использовать клетку как фабрику для копирования своих генов и производства новых оболочек, в результате чего наружу выходят миллионы новых вирусов. Это жизненный цикл, дистиллированный до самого необходимого, до чистого смысла. Вирусы существуют для того, чтобы заражать и размножаться, а заражают и размножаются для того, чтобы существовать.
Но даже в таком незамысловатом мире кристаллизованных сущностей жизненный цикл SV40 казался экстремально упрощенным. Его геном – ничтожный клочок ДНК: он в 600 тысяч раз короче генома человека и содержит всего семь генов (для сравнения: у человека их примерно 21 тысяча). В отличие от большинства вирусов, как узнал Берг[609], SV40 может достаточно мирно сосуществовать с некоторыми типами зараженных клеток. Вместо того чтобы сразу запускать производство миллионов новых вирионов и губить тем самым клетку. SV40 может внедрять свою ДНК в хромосому хозяина и впадать в репродуктивную дрему, ожидая особых активирующих сигналов.
Эффективность проникновения в клетку и компактность генома SV40 делали его идеальным транспортом для доставки генов в клетки человека. Берга поглотила эта идея: если суметь экипировать SV40 «чужим» геном (чужим для вируса, по крайней мере), вирус контрабандой протащит его в клетку человека и, соответственно, изменит ее наследственную информацию. Такой трюк определенно откроет новые горизонты генетики. Но прежде чем мечтать о модификации человеческого генома, Бергу нужно было решить техническую задачу: найти способ внедрить чужеродный ген в геном вируса. Требовалось искусственно сотворить генетическую химеру – гибрид вирусной и чужой ДНК.
В отличие от генов человека, которые распределены по линейным хромосомам, как нанизанные на гитарные струны бусины, гены SV40 собраны на кольцевой ДНК. Такой геном подобен молекулярному ожерелью. Когда вирус заражает клетку и вносит свои гены в ее хромосомы, «застежка» раскрывается, «ожерелье» распрямляется и внедряется в клеточную ДНК. Чтобы вставить чужой ген в геном SV40, Берг должен принудительно открыть застежку, прикрепить ген и заново соединить концы ожерелья. Остальную работу проделает вирус: он перенесет ген в клетку и вставит его в человеческую хромосому[610].
Берг не был единственным биологом, размышлявшим над размыканием и смыканием вирусной ДНК для вставки чужих генов. Питер Лоббан, аспирант из соседней лаборатории в Стэнфорде[611], в 1969-м писал диссертацию и планировал похожие генетические манипуляции с другим вирусом. До Стэнфорда Лоббан учился в Массачусетском технологическом институте (МТИ) и был инженером по образованию – или, точнее, по складу ума. Свои исследовательские планы он обосновывал тем, что гены ничем не отличаются от стальных стержней: их так же можно перепрофилировать, изменить, подогнать под требования человека и пустить в работу. Главное – найти для каждой затеи подходящий инструментарий. Под научным руководством Дейла Кайзера Лоббан даже провел предварительные эксперименты, в которых для переноса генов из одной молекулы ДНК в другую пытался использовать ферменты из стандартного биохимического арсенала.
На самом деле главный секрет – Берг и Лоббан вычислили его независимо друг от друга – заключался в том, чтобы забыть о вирусной природе SV40 и обращаться с его геномом как с простым химическим веществом. Гены в 1971-м, может, и были «недосягаемы», но вот ДНК была доступна совершенно. Эвери, в конце концов, даже вываривал ДНК в раствор[612] как простое вещество, и она все равно передавала информацию между бактериями. Корнберг добавлял к ней ферменты и заставлял реплицироваться прямо в пробирке. Все, что было нужно Бергу для внедрения гена в SV40, – это провести серию реакций. Один фермент должен был раскрыть геномное ожерелье, а другой – «вклеить» в него фрагмент чужеродной ДНК. Возможно, после этого вирус (или, скорее, его информационный посыл) вернулся бы к жизни.
Но где искать ферменты, способные резать и вставлять ДНК? Ответ, как то часто случалось в истории генетики, пришел из мира бактерий. С 1960-х микробиологи выделяли бактериальные ферменты, пригодные для манипуляций с ДНК в пробирке. Клетка бактерии – да и любая другая на самом деле – нуждается в собственном «наборе инструментов» для управления ДНК: каждый раз, когда клетка делится, восстанавливает поврежденные гены или переносит гены между хромосомами, она использует ферменты для копирования генов и заполнения утраченных участков.
«Склейка» двух фрагментов ДНК просто не могла не входить в этот обязательный набор реакций. Берг знал, что даже примитивнейшие организмы умеют соединять свои гены. Цепи ДНК, напомню, могут рваться под действием агрессивных факторов вроде ионизирующего излучения. Поломки ДНК происходят в клетках постоянно, и для их починки клетка производит специальные ферменты, способные сшивать разорванные участки. Непосредственно этим занимается фермент под названием «лигаза» (от лат. ligare – связывать): он создает химическую связь между двумя фрагментами расколовшегося остова ДНК, восстанавливая целостность двойной спирали. Фермент «полимераза», который осуществляет копирование ДНК, вовлекается в починку сломанных генов, если нужно заполнить «прорехи».
А вот режущие ферменты пришлось добывать из более необычного источника. Практически у всех клеток есть лигазы и полимеразы для восстановления поврежденной ДНК, при этом у большинства клеток нет веских доводов иметь «в свободном выгуле» фермент, разрезающий ДНК. Однако бактерии
