Книга Таинственный геном человека - Фрэнк Райан

В ноябре 1951 года Уилкинс рассказал Уотсону и Крику, что располагает убедительными доказательствами спиралевидной структуры ДНК. Незадолго до этого Уотсон слышал, как на собрании в Кингс-колледже Франклин говорила что-то похожее. Это вдохновило Крика и Уотсона на создание первой пробной трехмерной модели ДНК.

Но с чего начать? Следуя примеру Лайнуса Полинга, Уотсон и Крик решили попробовать построить трехмерную физическую модель атомов и молекул, входящих в состав ДНК, а также соединяющих их ковалентных и водородных связей. На первый взгляд эта структура должна была состоять из довольно небольшого числа элементов: четырех нуклеотидов (гуанина, аденина, цитозина и тимина), молекулы сахара дезоксирибозы и молекулы фосфата. Последний играл поддерживающую роль, вероятно, скрепляя молекулу воедино (примерно так же, как он делает это в позвоночнике, обеспечивающем поддержку всему телу). Уотсон посетил коллоквиум в Кингс-колледже, но ему было настолько скучно, что он совершенно упустил важное замечание Франклин: фосфатно-сахарные «оси» должны были находиться снаружи молекулы, а кодирующие нуклеотиды (ГАЦТ) — внутри. Записей он, как всегда, не делал. Уотсона беспокоило лишь то, что коллеги из Кингс-колледжа, похоже, совершенно не интересовались технологией создания моделей, которой так гордился Полинг.

Судя по всему, в 1952 году Франклин резко изменила свое мнение относительно структуры ДНК. В ее распоряжении оказалось великолепное отчетливое изображение молекулы, сделанное Гослингом, на котором была явно видна спиралевидная структура. Франклин назвала ее «влажной формой», или В-формой, ДНК. Однако у нее имелись и более четкие рентгенограммы той же молекулы в «сухой», или А-форме, в которых спираль не прослеживалась. Из-за различия между двумя формами Франклин начала сомневаться, действительно ли молекула ДНК имеет спиралевидную структуру. Есть предположение, что она обратилась за советом к опытному французскому коллеге, который посоветовал сделать ставку на вариант, подкрепленный более четким изображением. Вероятно, ей также было известно мнение, которое высказал ее отринутый научный партнер Уилкинс. К сожалению, она отказалась от работы с В-формой и больше года работала над А-формой молекулы.

Ранее в том же году Уотсон и Крик предприняли первую попытку создать трехнитевую спиральную модель ДНК с центральной осью, состоящей из сахара и фосфата. Когда Уилкинс привел Франклин и Гослинга в Кембридж, чтобы показать результаты своей работы, те расхохотались. Модель была абсолютно неверной и совершенно не соответствовала результатам рентгеновской дифракции. Из-за рассеянности Уотсона и отсутствия каких-либо записей с семинаров Франклин он сделал огромную ошибку — поместил конструкцию из фосфата и сахара в самый центр спирали, а не снаружи, как предлагали Франклин и Гослинг.

Сайр в своих попытках противопоставить что-то карикатурному описанию Франклин, приведенному в книге Уотсона, совершенно забывает о вкладе Уилкинса и Гослинга. Франклин и Гослинг действительно получили одно из самых четких изображений В-ДНК, настолько совершенное, что практически полностью передало ее истинную молекулярную структуру. Но затем Франклин, сбитая с толку кажущимися различиями между А и В-формами, отказалась от своих более ранних выводов и в течение года придерживалась мнения, что ДНК вообще не имеет спиралевидной структуры. Сайр пыталась опровергать это, но Гослинг впоследствии подтвердил воспоминание Уилкинса о том, что 18 июля 1952 года Франклин отправила ему приглашение на поминки. В записке с прискорбием сообщалось о смерти спирали (кристаллической структуры) ДНК в результате затянувшейся болезни, а также имелась приписка: «Мы надеемся, что доктор М. Х. Ф. Уилкинс прочтет речь в память о покойной». На тот момент Уилкинс предположил, что это была шутка Гослинга, однако через много лет он узнал, что приглашение было написано Франклин. Таким образом, подтвердился ее отказ от идеи спиралеобразной молекулы ДНК.

* * *

В середине 1952 года Крик разговорился с молодым математиком валлийского происхождения Джоном Гриффитом, с которым он познакомился после лекции астронома Томаса Голда в Кавендишской лаборатории. Голд поразил воображение Крика понятием «идеального космологического принципа». Задумавшись о том, может ли существовать какой-либо аналогичный биологический принцип, Крик рассказал Гриффиту, который интересовался репликацией генов, о работе американского химика Эрвина Чаргаффа, открывшего, что нуклеотиды в ДНК формируют горизонтальные связи. Это очень напоминало труды Полинга, в которых также упоминались двумерные связи на плоскости, формируемые аминокислотами, которые составляют первичные протеиновые цепочки (так называемые пептидные связи). В сознании Крика возникла идея, что это открытие может иметь отношение к самовоспроизведению ДНК, и он попросил Гриффита выяснить, как именно четыре нуклеотида попарно соединяются между собой. Гриффит подтвердил, что Ц, скорее всего, находится в паре с Г, а А — с Т. Но и тогда Крик не понял, что перед ним лежит разгадка.

Эрвин Чаргафф был одним из австрийских ученых, покинувших Европу до начала Второй мировой войны и перебравшихся в США. В Америке он стал профессором биохимии в Колумбийском университете и занялся изучением нуклеиновых кислот. Возможно, читатель помнит, что недоверие научного сообщества к открытию Эвери базировалось на сбившей генетиков с толку «тетрануклеотидной гипотезе» Левина, которая предполагала, что ДНК состоит из повторяющегося одинакового кластера, сформированного четырьмя нуклеотидами. Такая простая формула не могла бы обеспечить огромный объем памяти, необходимый молекуле наследственности. Вот почему считалось, что ДНК не может быть ответом на загадку генов.

Но Чаргаффу было совершенно безразлично, что генетики думают об Эвери, и он был глубоко потрясен его открытиями. Если Эвери был прав и ДНК действительно являлась молекулой наследственности, то последовательности ДНК, например, у лошади, кошки, мыши и человека, должны отличаться. Чаргафф писал: «Между [их] дезоксирибонуклеиновыми кислотами должны существовать очевидные химические различия». Эти различия должны были проявлять себя в сочетаниях четырех нуклеотидов. Может показаться, что четырехбуквенного кода недостаточно, чтобы записать все то огромное разнообразие генов, которое существует в природе. Но если рассматривать нуклеотиды как буквы короткого алфавита, то гены станут словами, которые могут иметь любую длину. Этого достаточно, чтобы обеспечить необходимый уровень сложности.

В конце 1940-х — начале 1950-х годов технологические возможности науки были ограниченны. Чаргафф модифицировал методику, называемую бумажной хроматографией, для чтения различных пропорций четырех нуклеотидов в любом заданном образце ДНК.

После четырех лет лабораторных экспериментов с использованием ДНК дрожжей, бактерий, быков, овец, свиней и человека Чаргафф получил ответ: четыре нуклеотида, которыми записывается слово-ген, не присутствовали в них в равных пропорциях, как можно было бы ожидать в соответствии с гипотезой Левина. Например, человеческая ДНК, полученная из вилочковой железы, содержала 28 % аденина, 19 % гуанина, 28 % тимина и 16 % цитозина. От тетрануклеотидной гипотезы можно было смело отказаться. Но Чаргафф пошел еще дальше. Он доказал, что процентное содержание нуклеотидов варьируется между видами, но при этом остается неизменным у представителей одного вида, а также в органах и тканях одного организма. Кроме того, он заметил, что общая сумма молекул аденина и тимина соответствовала сумме молекул цитозина и гуанина. Это был настоящий прорыв.