Двойная спираль. Забытые герои сражения за ДНК - Гарет Уильямс

ДНК – материал генов, то ДНК в половых клетках должно содержаться в два раза меньше, по аналогии с уменьшением в два раза числа хромосом по сравнению с количеством, присутствующим в любых других тканях. Вандрели разработали трудоемкий метод измерения количества ДНК в одном ядре, полученном из тканей и сперматозоида быка. С учетом неизбежных погрешностей при использовании кропотливой технологии, результаты подтвердили их прогноз: содержание ДНК в одном сперматозоиде оценивалось в 43 % от его количества в ядрах обычных тканей.

Мирски и Рис начали аналогичный эксперимент и вскоре пришли к тому же результату, но команда из Страсбурга опередила их с публикацией того, что впоследствии стало известно как «правило Буавена – Вандерли»[778] (1948 год), согласно которому содержание ДНК в ядре постоянно во всех тканях данного вида и уменьшается в два раза при образовании половых клеток. Хотя Буавен и Мирски находились в полной гармонии с точки зрения математики, их интерпретации укрепляли соответствующие собственные убеждения. Буавен полагал, что это служит аргументом в пользу того, что гены состоят из ДНК; Мирски уступил, что ДНК является «частью генетического материала», но настаивал, что «это не означает, что гены состоят исключительно из ДНК»[779]. Plus ça change, plus c’est la même chose (чем больше все меняется, тем больше все остается по-старому).

После этого удача отвернулась от Буавена. Какой-то американской лаборатории не удалось повторить эксперименты с трансформацией E. coli, и ее представители прислали письмо с вопросами о причинах. Вопреки своему обыкновению, Буавен не ответил на письмо. Его легендарная энергия иссякла по причинам, которые казались необъяснимыми до тех пор, пока в середине 1948 года у него не диагностировали рак. Злокачественная опухоль росла относительно медленно, но была неизлечима. Андре Буавен скончался в начале июля 1949 года, ровно через два года после своего выступления на конференции в Колд-Спринг-Харбор. Его память была увековечена медалью, которая носит его имя и присуждается ежегодно Институтом Пастера в Париже, где он был заместителем директора до переезда в Страсбург.

Достойный памятник также можно найти в трудах Двенадцатой конференции в Колд-Спринг-Харбор, где Буавен бросил «взгляд»[780] на механизмы функционирования клетки. Гены, очевидно, состоявшие из ДНК, должны автоматически удваиваться при делении клетки. Он видит ДНК «основным руководящим центром» ядра, который контролирует «вторичный руководящий центр», состоящий из РНК. В свою очередь, РНК заведует «третичными руководящими центрами» – «ферментным оснащением цитоплазмы», которое обеспечивает все жизненные процессы.

«Взгляд» Буавена был лишь одной из сотен идей, озвученных на конференции, а его тяжеловесный язык мог затруднить понимание того, что он пытался сказать. Возможно, этим объясняется, почему в бумагах конференции не фиксируется какого-либо интереса к его видению того, как гены воспроизводятся и создают жизнь. Но предложенная Буавеном иерархическая схема – ДНК управляет РНК, контролирующей белки, – точно соответствует иерархической цепочке, которую мы признаем сегодня.

Золотая пропорция

Тем временем Эрвин Чаргафф продолжал свой крестовый поход против тетрануклеотидной гипотезы. Его задачей было вытащить четыре основания из «супа» из продуктов расщепления ДНК, а затем точно и воспроизводимо измерить уровень каждого из оснований.

Вдохновение пришло как раз вовремя, когда Эрнст Фишер, приглашенный биохимик[781] с бывшей кафедры Мишера в Базеле, прибыл послушать лекцию о новом методе выделения и анализа отдельных аминокислот. Лекцию читал Арчер Мартин из Лидса, открывший вместе с Ричардом Сингом[782], что каждая аминокислота проходит через лист влажной фильтровальной бумаги с собственной скоростью и образует специфическое пятно, которое можно вырезать и проанализировать. Фишер увидел потенциал для адаптации этого метода «бумажной хроматографии»[783] для измерения количества оснований, а не аминокислот. Начав с полоски фильтровальной бумаги, которую Мартин любезно оторвал от одного из своих демонстрационных образцов, Чаргафф и Фишер принялись за работу.

В течение нескольких недель после конференции в Колд-Спринг-Харбор они использовали метод бумажной хроматографии для измерения количества каждого основания[784] в ДНК, полученной из тимуса и селезенки теленка, а также дрожжей и туберкулезных бацилл. Начали прослеживаться закономерности, становившееся все более четкими по мере совершенствования метода и анализа ДНК из более широкого диапазона источников; они включали и сперматозоиды человека, полученные во время изнурительного эксперимента, который начался с поиска достаточно увлеченных добровольцев, чтобы произвести (коллективно) три четверти пинты спермы.

«Математические закономерности» в пропорциях оснований ДНК впоследствии стали известны как «правила Чаргаффа», но их открыватель поначалу осторожно относился к вкладыванию чрезмерно большого смысла в свои результаты, которые он считал «достойными внимания, хотя, возможно, всего лишь случайными»[785]. Для любого непредвзятого человека первое правило Чаргаффа звучало как похоронный звон по тетрануклеотидной гипотезе. Ни в одном из источников ДНК не наблюдалось ожидаемой пропорции 25:25:25:25 для A: G: C: T, следовавшей из гипотезы Левена. В тимусе теленка, например, пропорция A: G: C: T составляла 30:20:20:30 %. Второе правило Чаргаффа утверждает, что состав оснований ДНК является «характерным для вида» – т. е. постоянным для всех тканей данного вида – но варьируется между видами. Например, пропорция у бацилл туберкулеза существенно отличалась от пропорции тимуса теленка при A: G: C: T, равном 35:15:15:35 %.

Результаты Чаргаффа подняли ДНК на новый уровень доверия и потенциальной биологической значимости. «Результаты служат опровержением тетрануклеотидной гипотезы»[786], – писал он, и некоторые исследователи (но не все) начали ему верить. Его вывод о том, что состав ДНК уникален для каждого вида, также вызывал призрак, который Мирски изо всех сил пытался изгнать и который гласил, что ДНК вообще-то может обладать достаточной присущей ей вариативностью и специфичностью, чтобы быть материалом генов.

Эти результаты также давали чудесную зашифрованную подсказку, на разгадку которой потребуется несколько лет, но которая, в конце концов, образует магическое единство с предложенными Гулландом водородными связями внутри молекулы ДНК. Однажды летним вечером 1948 года[787] Чаргафф подозвал Фишера к своему столу, где он размышлял над таблицей соотношений оснований в молекулах ДНК, полученных из различных источников. Чаргафф заметил, что отношение G к C было одинаковым во всех источниках ДНК – как и отношение A к T, даже несмотря на то что количество G и C может значительно отличаться от количества A и T (посмотрите снова на приведенное выше процентное соотношение, а затем на рис. 18.3). Примечательное постоянство соотношения оснований – C = G и A = T – казалось слишком стойким, чтобы быть случайностью, но имело ли оно какое-либо значение? Как и почти все остальные,