ДНК. История генетической революции - Джеймс Д. Уотсон

От ДНК до белка: в ядре ДНК транскрибируется в матричную РНК, которая затем выводится в цитоплазму для трансляции в белок. Трансляция происходит в рибосомах: транспортные РНК, комплементарные каждому триплету-кодону пар оснований в матричной РНК, доставляют аминокислоты, которые связываются друг с другом, образуя белковую цепочку

Алкаптонурию, которую изучал Арчибальд Гаррод, также исследовали в эру молекулярной биологии. В 1995 году испанские ученые, работавшие с грибком, обнаружили мутантный ген, приводящий к накоплению того же темного вещества, которое Гаррод обнаружил в моче пациентов с алкаптонурией. Оказалось, что этот ген по умолчанию кодирует один из базовых ферментов, присутствующих у многих живых организмов, и в том числе у человека. При сравнении последовательности нуклеотидов в гене грибка с последовательностями человеческих нуклеотидов удалось найти у человека ген, кодирующий фермент фенилаланинового пути – гомогентизат-1,2-диоксигеназу, вследствие чего не подвергается дальнейшему расщеплению один из промежуточных продуктов катаболизма – гомогентизат, который накапливается в жидкостях тела и выводится из организма с мочой. Далее требовалось сравнить этот ген у здоровых людей и у страдающих алкаптонурией. Что бы вы думали – оказалось, что при алкаптонурии этот ген не работает, причем всему виной мутация в единственной паре оснований. Обнаруженная Гарродом врожденная ошибка метаболизма оказалась обусловлена единственным изъяном в последовательности ДНК.

В 1966 году в Колд-Спринг-Харборе состоялся симпозиум, посвященный генетическому коду. Возникло ощущение, что мы практически у цели: код взломан, мы в общих чертах понимаем, как ДНК управляет биологическими процессами через кодируемые ею белки. Некоторые представители старой гвардии думали, что пора уже не ограничиваться изучением гена как такового. Френсис Крик решил перейти к работе в сфере нейробиологии; он никогда не пасовал перед масштабными проблемами и очень хотел выяснить, как именно работает человеческий мозг. Сидней Бреннер заинтересовался биологией развития и сконцентрировался на изучении примитивного червя-нематоды, считая, что именно столь простой организм лучше всего подходит для опытов, которые позволят ученым прояснить взаимосвязи между генами и механизмами развития. Сегодня «червь» – именно под таким названием он известен в профессиональной среде – действительно помог понять многие вещи, связанные со «сборкой» организмов. Вклад «червя» в науку был оценен Нобелевским комитетом в 2002 году, когда Сидней Бреннер и двое давнишних исследователей «червя» – Джон Салстон из Кембриджа и Боб Хорвиц из Массачусетского технологического института – были удостоены Нобелевской премии по физиологии и медицине.

Однако большинство ученых, стоявших в свое время у истоков исследований ДНК, по-прежнему пытались выявить базовые механизмы работы генов. Почему количество одних белков во много раз больше, чем других? Многие гены включаются лишь в конкретных клетках или в определенный период жизни клетки; как обеспечивается такое срабатывание? Например, мышечная клетка кардинально отличается от печеночной как функционально, так и внешне (под микроскопом). Такое клеточное многообразие и дифференцировка связаны с изменениями в экспрессии генов; в сущности, в мышечных и печеночных клетках синтезируются разные наборы белков. Простейший способ синтезировать разные белки – регулировать, какие именно белки будут транскрибироваться в каждой клетке. Следовательно, некоторые белки, именуемые «белками общеклеточных функций» (они необходимы для работы клетки как таковой – например, обеспечивают репликацию ДНК), продуцируются во всех клетках. Кроме того, некоторые гены включаются в конкретные моменты в строго определенных клетках, продуцируя при этом нужные белки. Здесь можно поговорить о развитии – процессе, при котором из единственной оплодотворенной яйцеклетки вырастает сложно устроенный взрослый человек. Все это результат переключения генов. При формировании тканей в процессе развития гены должны включаться и выключаться целыми пачками.

Франсуа Жакоб, Жак Моно и Андре Львофф

Первые важные результаты на пути к пониманию процесса включения и выключения генов были получены в 1960-е годы в процессе экспериментов, выполненных Франсуа Жакобом и Жаком Моно в Институте Пастера в Париже. Научная карьера Моно начиналась медленно, поскольку он был настолько разносторонне одарен, что не мог сосредоточиться на чем-то конкретном. В 1930-е годы он работал на биологическом факультете Калифорнийского технологического института под руководством Моргана, родоначальника генетики дрозофил, но даже круглосуточное пребывание в кругу уже не столь юных учеников Моргана не превратило Моно в адепта науки о плодовых мушках. Он предпочитал дирижировать в университете концертами Баха (ему даже предложили подработку – преподавать студентам музыкальную грамоту) либо пропадал в роскошных домах местных миллионеров. К 1940 году он так и не закончил работу над диссертацией в Сорбонне, поскольку принимал активное участие в деятельности французского Сопротивления. Жак Моно – редчайший человек, сумевший совместить шпионаж с биологией. Он ухитрялся прятать важнейшие секретные документы в полых костях скелета жирафа, выставленного у всех на виду у него в лаборатории. Война разгоралась, поэтому ценность деятельности Моно для Сопротивления все более возрастала (как и риск попасть к нацистам). К моменту высадки союзников в Нормандии Моно уже играл в Сопротивлении ключевую роль, содействуя наступлению союзных частей, которые теснили немцев.

Франсуа Жакоб также успел повоевать, поскольку перебрался в Великобританию и вступил в Свободную армию генерала де Голля. Он служил в Северной Африке и участвовал в высадке союзников в Нормандии. Вскоре после этого он едва не погиб при бомбежке – из него вытащили двадцать осколков шрапнели, а еще восемьдесят он так и носил в себе до самой смерти в 2013 году. Из-за ранения в руку Жакобу пришлось расстаться с планами на карьеру хирурга, и он, подобно многим представителям нашего поколения, вдохновился книгой Шрёдингера «Что такое жизнь?» и занялся биологией. Он неоднократно пытался присоединиться к исследовательской группе Моно, но получал отказ. Однако на шестой или седьмой раз (по подсчетам самого Жакоба) руководитель Моно микробиолог Андре Львофф наконец уступил – это произошло в июне 1950 года.