Книга Таинственный геном человека - Фрэнк Райан

Критики упустили из виду одну важную деталь: то, что сделали Крик и Уотсон, было актом чистого творчества — как пьесы Шекспира, «Мона Лиза» да Винчи или Девятая симфония Бетховена. Разумеется, это не было художественное творчество, но творчество научное, сродни открытию силы притяжения Ньютоном, естественного отбора Дарвином или теории относительности Эйнштеном. Этот творческий порыв дал нам новый путь к пониманию самой Жизни и на самом глубинном уровне показал, что значит быть человеком.

В 1962 году Крик, Уотсон и Уилкинс получили Нобелевскую премию по физиологии и медицине за открытие строения ДНК. Единственным из них, упомянувшим работу Розалинд Франклин, был Уилкинс. Он же признал и 1/5000 вклада Александра Стоукса. К сожалению, Франклин умерла от рака за четыре года до этого, как раз в то время, когда ее работа с вирусами получила мировое признание как одно из величайших достижений рентгеновской кристаллографии. Некоторые ученые, в том числе Сайл, задавались вопросом, не заняла ли бы Франклин место Уилкинса на трибуне, если бы была жива. Эту тему можно долго обсуждать, но лично мне это не кажется возможным. Уилкинс начал исследования ДНК в Кингс-колледже, вдохновленный книгой Шрёдингера, как Уотсон и Крик. Именно его дифракционное изображение (на самом деле сделанное Гослингом) убедило Уотсона переехать в Кембридж. Его сотрудничество с Уотсоном и Криком было таким тесным и плодотворным, что они хотели включить его имя в свою знаменитую первую работу и не сделали этого лишь из-за скромности Уилкинса. Вот почему я сомневаюсь, что Франклин могла бы заменить Уилкинса на награждении в 1962 году. Но я также верю, что имелась и другая возможность признать вклад Розалинд Франклин в рентгеновскую кристаллографию. Этот вклад подтверждается и глубочайшим восхищением, которое испытывал к ее работам такой видный ученый, как Бернал.

Перебравшись в Биркбек-колледж, Франклин установила успешные профессиональные отношения с химиком и биофизиком еврейского происхождения из Литвы Аароном Клугом, который, закончив университет в ЮАР, прибыл в 1953 году в Великобританию по стипендии для написания докторской диссертации по рентгеновской кристаллографии в дублинском Тринити-колледже. В этом же году была опубликована работа об открытии ДНК. В Биркбеке Франклин взяла Клуга под свое крыло. Через некоторое время рабочие взаимоотношения переросли в дружбу, которая продолжалась до конца жизни Розалинд. Мы знаем, что после смерти Франклин Клуг продолжил работу с ее техниками и в 1982 году получил Нобелевскую премию по химии. Официальная формулировка его номинации звучала так: «За разработку метода кристаллографической электронной микроскопии и прояснение структуры биологически важных комплексов нуклеиновая кислота — белок». Каковы шансы, что, доживи Розалинд Франклин до этого времени, она стояла бы на пьедестале вместе с Клугом?

* * *

За девять лет до этого, 12 августа 1953 года, через пять месяцев после создания первой модели двойной спирали, Фрэнсис Крик написал письмо Эрвину Шрёдингеру и поблагодарил того за вдохновение, которое дала его книга. В письме он описывает, как в структуре ДНК они с Уотсоном действительно открыли апериодический кристалл — код жизни.

6. Родственная молекула

У меня есть ощущение, что если ваша структура верна и если в ваших предположениях относительно природы репликации есть хоть капля истины, начнется шумиха, которая всколыхнет всю эволюционную биологию.

Макс Дельбрюк — Уотсону

Джадсон, который считается историком открытия ДНК, описывает расшифровку структуры ее молекулы как «осаду и завоевание». Поскольку трехмерная структура ДНК и ее четырехбуквенный код для записи наследственности стали наконец-то известны науке, можно было ожидать наступления эры просвещения. Но на самом деле в научном мире царила атмосфера непонимания. Открытие Уотсона и Крика вызвало бесконечное количество новых вопросов. Во-первых, действительно ли ДНК является средством кодирования наследственности всех живых организмов? Некоторые ответы на этот вопрос уже были получены: Эвери открыл ДНК у бактерий, фаговая школа работала над ДНК вирусов, а затем Чаргафф подтвердил ее наличие в клетках различных форм жизни. Итак, ДНК была универсальна. Во-вторых, как именно этот простейший четырехбуквенный код (Г, А, Ц и Т) обеспечивает образование от 80 до 100 тысяч белков, необходимых для построения и функционирования человеческого тела и всех других живых организмов на Земле?

Позднее Крик вспоминал, что у них имелся проект ответа белковой загадки. Так как структурная основа спирали состоит из повторяющихся фрагментов сахара и фосфата, единственными веществами, способными к кодированию наследственности и трансляции белков, были четыре нуклеотида, иначе называемые основаниями, или последовательностями оснований (ГАЦТ). Некоторые шаги к раскрытию этой тайны уже были сделаны. Эволюционный биолог Томас Хант Морган, работавший с плодовыми мушками в лаборатории Колумбийского университета, открыл, что геном состоит из хромосом. Морган, Мёллер и их коллеги установили, что и сами хромосомы разделены на дискретные участки, называемые генами. Следующий шаг — предположение о том, что гены кодируют определенные белки, — был сделан британским врачом Арчибальдом Э. Гэрродом еще в 1908 году, когда он понял, что наследственное заболевание алкаптонурия, вероятно, вызывается дефектом определенного энзима. Энзим — это белок, который ускоряет химические реакции в живых системах. Но Гэррод не смог пойти дальше и доказать, что дефект в энзиме — лишь отражение дефекта в гене. Связь между генами и белками подтвердили двое американцев — генетик Джордж У. Бидл и биохимик Эдвард Л. Тейтем, которые изучали наследственную передачу цвета глаз у плодовых мушек. К 1941 году они переключили внимание на грибки, заражающие заплесневелый хлеб, и сумели доказать, что определенный энзим, влияющий на химические процессы в плесени, кодируется одним геном. Это открытие привело к возникновению максимы «один ген — один белок». Но каким образом четырехбуквенный код ДНК превращается в 20-буквенный код белка (где под буквами мы имеем в виду аминокислоты)?

Для Фрэнсиса Крика именно эта загадка и была главной целью всей его научной деятельности, вдохновленной книгой Шрёдингера. После открытия двойной спирали из-за недостатка финансирования Уотсон вскоре был вынужден вернуться в Штаты, а Крик продолжил биться над тайной белков.

Поскольку ДНК содержится в ядре клетки, а производство белков осуществляется за пределами ядра в цитоплазме, вероятно, код гена должен каким-то образом копироваться, чтобы попадать в нее. Эта мысль заставила Крика обратить внимание на родственную молекулу ДНК — рибонуклеиновую кислоту, или РНК.

Между двумя молекулами существует вполне очевидное сходство. И та и другая — нуклеиновые кислоты, состоящие из различных последовательностей четырех нуклеотидов. В то время как ДНК составляют гуанин, аденин, цитозин и тимин (ГАЦТ), РНК состоит из гуанина, аденина, цитозина и урацила (ГАЦУ). В отличие от ДНК спираль РНК (в большинстве случаев) состоит не из двух, а из одной нити. Кроме того, роль сахара в РНК играет рибоза (вместо дезоксирибозы, входящей в состав ДНК). На момент открытия Уотсоном и Криком трехмерной структуры ДНК молекулярные биологи и генетики всерьез интересовались ее родственной молекулой. Незадолго до их прорыва многие ученые уже полагали, что РНК имеет большое значение для работы клетки.