Методические материалы, статьи

ДНК: первые 100 лет

Макс Дельбрюк — Нильсу Бору (14 апреля 1953 года):
«Потрясающие вещи происходят в биологии. Мне кажется, Джим Уотсон сделал открытие, сравнимое с тем, что сделал Резерфорд в 1911 году». (Имеется в виду открытие существования атомного ядра.)

Так уж получилось, что перед тем как автора попросили высказать свои личные соображения по поводу 50-летия ДНК — открытия ее двуцепочечности, — ему довелось читать две вроде бы не связанные по своему содержанию книги. Одна книга принадлежала сейчас уже совсем забытому экономисту начала прошлого века Торстену Вебьену, который постулировал идею не общественных классов, что было модно тогда, а «основ достоинства».

Под этим он понимал те движущие мотивы людей, которые тратят на что-то заработанное. Так вот оказывается, что людям во все времена было важно своими покупками «проецировать статус». То есть структура трат сходна с хвостом павлина, которому не надо за самку сражаться с другими павлинами. Проводя параллель, сейчас можно привести сходный пример «в лице» мобильного телефона. Даже в развитых странах это чаще всего символ статуса, общественного положения. Обладатель маленькой штучки с дисплеем, сияющим разными цветами, демонстрирует, что он состоявшаяся генетическая комбинация (поскольку менее удачным комбинациям приходится тратить свои небольшие средства на лекарства).

Вторая книга с характерным названием «Шпион» выпущена совсем недавно Дэйвидом Уайзом, автором нашумевшей в 60-е годы книги-исследования «Невидимое правительство» (о ЦРУ, естественно). Книга рассказывает о многолетних поисках «крота», работавшего на КГБ. Фамилия автора книги переводится как «мудрый», и он особо подчеркивает мудрость своего «героя», который не выдал своей идентичности даже своим заокеанским коллегам.

Речь идет о Роберте Хансене, работавшем на нашу разведку целых 20 лет. Долгие годы ФБРовцы считали, что «крот» сидит глубоко в подвалах ЦРУ, которое с тем же успехом подозревало коллег из ФБР. Хансен возил в багажнике своей машины целый арсенал новейшего автоматического оружия и мечтал ловить шпионов, а его заставляли анализировать сводки и перекладывать бумажки…

Они все знали!

Столь необычное для биологической статьи введение автор может объяснить только знакомством с историей долговременного поиска сокрытой истины ДНК. Биологический парадокс ДНК заключается в том, что подобно менделевским рецессивным факторам она постоянно скрыта и проявляет себя лишь в ином обличье ферментов и антител, пигментов и нейромедиаторов, изменении концентрации жизненно важных агентов и субстанций.

Дарвин ошибочно считал, что наследственные признаки родителей сливаются друг с другом в потомстве, поэтому «просмотрел» Грегора Менделя. А ведь почти одновременно с монахом из Брно по соседству, в Швейцарии, Фридрих Мишер выделил «нуклеин». И сейчас студентам — да и людям гораздо старше — трудно поверить, что первую Нобелевскую за нуклеиновые кислоты дали известному в начале прошлого века немецкому биохимику Альбрехту Косселю в 1910 году!

Он знал уже почти все «буквы» генетического кода, установил, что нуклеопротеиды перерабатываются в печени в мочевую кислоту, которая отлагается в суставах, вызывая подагру. В 1932 году Владимир Энгельгардт, будущий академик и директор Института молекулярной биологии, приводил в своей статье, помещенной в Большой медицинской энциклопедии, которую редактировал Николай Семашко, строение последовательности нуклеотидов в цепи ДНК! Говорилось тогда и о рибозе и дезоксирибозе, однако нуклеиновые кислоты делили по источнику их выделения на растительные и животные.

В следующем издании БМЭ Илья Збарский уже использовал в 1958 году сокращение ДНК и упоминал двуцепочечную спираль Уотсона и Крика. И хотя в статье есть слова «согласно принятой модели Уотсона и Крика», биологическая функция главной молекулы жизни трактовалась сугубо биохимически: «Биосинтез ДНК значительно медленнее, чем РНК. Поэтому ДНК довольно инертный компонент клетки в отношении скорости обмена».

Через пять лет, когда американец и англичанин уже достигли триумфа в Стокгольме, БМЭ с упорством, достойным лучшего применения, пишет: «Биологическое значение (ДНК) — главная структурная часть в построении клеточного ядра, осуществляет тонкую регуляцию концентрации Н-ионов». Тем самым поминалась — без упоминания автора — идея Николая Кольцова, имя которого в то время нельзя было называть.

А ведь именно Кольцов послал в Берлин к Фохтам, основавшим в Москве Институт мозга для изучения мозга Ленина и других выдающихся людей, своего талантливейшего ученика Николая Тимофеева-Ресовского. Который в 1935 году публикует вместе с Карлом Циммером и Максом Дельбрюком знаменитую «статью тройки», где описывались результаты облучения мух дрозофил рентгеном.

Расчеты, проведенные Дельбрюком, показывали, что «трансмутация гена» ограничена кубиком со стороной всего лишь с десяток атомов, что было значительно меньше молекулы белка, которому отводили роль вещества наследственности. На статью обратили внимание три человека: руководитель Рокфеллеровского фонда, предоставивший Дельбрюку стипендию, благодаря которой тот оказался рядом с Лайнусом Полингом и Томасом-Гентом Морганом (автором хромосомной теории наследственности) в Пасадене, пригороде Лос-Анджелеса, где расположен Калифорнийский технологический институт.

Второй был Эрвин Шредингер, рассказы о волновой механике которого слушал в 1926 году в Мюнхене Полинг, открывший альфа-спираль в белках и опубликовавший в 1939 году книгу «О природе химической связи». С которой — книгой, конечно же, — будет потом ходить под мышкой в Кембридже Дж. Уотсон. Шредингер, сбежав из гитлеровской Германии в Ирландию, стал читать в 1943 году таким же изгнанникам и ирландским студентам дублинского Тринити-колледжа курс лекций, который затем оформился в книжку «Что такое жизнь? С точки зрения физика». Она была даже издана у нас в 1948 году, незадолго до знаменитой сессии ВАСХНИЛ. Уотсон писал потом, что на них с Криком эта книга оказала очень большое влияние; именно после ее прочтения он поклялся себе «раскрыть секрет гена».

Сбежал во Францию, а затем в Америку и Георгий Гамов, который на вопрос Молотова, зачем физик берет в Париж с собой молодую жену, «честно» ответил, что хочет купить ей французское шелковое белье, что невозможно сделать без «модели». В Нью-Йорке Гамов основал клуб университетских галстуков, число членов которого равнялось 20 — по числу аминокислот в белках. Именно Гамов в шутку предложил — обосновав идею вполне серьезно с помощью комбинаторики — кодировать каждую аминокислоту тремя картами разных мастей. Над ним посмеялись, но он доказывал, что двух кодирующих элементов мало, поскольку они дают из четырех всего 16 комбинаций.

Э. Шредингер упоминал в своих лекциях статью тройки и вполне возможно, что благодаря его «посылу» Энрико Ферми обратил на нее внимание своего сотрудника по лаборатории Сальватора Лурии. Лурия в 1940 году через Париж и Лиссабон — прямо как у Ремарка в его замечательной книге «Тени в раю» — оказался в Америке благодаря своему «пятому пункту». Иммигранты в США вынуждены преподавать (вспомните Набокова, Евтушенко и Аксенова), поэтому Лурия оказался в заштатном университете штата Индиана, где со временем у него появится аспирант-орнитолог.

А Дельбрюк преподавал в университете Вандербилда. Тоже в общем-то бедствовал и не мог заниматься наукой. Ферми устроил Лурии грант Рокфеллеровского института в Нью-Йорке, о чем итальянец написал Дельбрюку. Так они оба устремились через тернии к звездам, создав знаменитую «Фаговую группу» в частной лаборатории Колд-Спринг-Харбора, что на северной оконечности Лонг-Айленда неподалеку от Манхеттена.

Лурия посылает своего аспиранта, а это был 23-летний Джеймс Уотсон, в Кембридж, где в Кингс-колледже собрались Макс Перутц и Джон Кендрью, Фред Сэнджер и Крик, а также Сидней Бреннер (последний получил самую последнюю Нобелевскую премию 2002 года). В общей сложности эта пятерка собрала урожай в шесть Нобелевских!

Шерше ля фам

Молодой и социально незрелый Уотсон попал в чисто английский мужской клуб, где обед с пивом и воспоминаниями о только что прошедшей войне проходил в комнате для старшего «комсостава», куда не допускались более молодые коллеги и уж тем более женщины! В Кембридже учился, мужал и рос в научном плане и Моррис Уилкинс, который научился вытягивать фибриллы ДНК, достаточно тонкие, чтобы «просвечивать» их рентгеном. Однако сам рентгеноструктурный анализ проводила Розалинд Франклин, обладавшая, по мнению коллег, тремя немаловажными недостатками.

Она была красива и привлекательна, эдакая парижская «штучка» с чисто французским шармом, который был чужд британскому мужскому товариществу.

Кроме того, Розалинд была богата и независима — она происходила из семьи еврейских банкиров, а дядя ее был членом палаты лордов. В 1947 году она отправилась в Париж, где к женщинам было совсем иное отношение. Она не чуралась простой лабораторной работы, но в то же время посещала дефиле Диора и быстро восприняла для себя «Нью-Лук» дизайнера. Франклин посещала бассейн с коллегами по работе и ездила с ними в горы. Талант ее в такой благоприятной обстановке расцвел, и к 1951 году она получила уже степень.

Розалинд Франклин (крайняя слева) в Париже со своими коллегами

Тридцатилетняя исследовательница была к тому же умна и не давала спуску мужланам. Формально ее боссом был Моррис Уилкинс, с которым они вместе учились в Кембридже. Поэтому он не чурался интеллектуального пиратства, пряча ее рентгенограммы ДНК в свой сейф. Именно Уилкинс показал — втайне от Розалинд — знаменитую фотографию № 57 с изображением В-формы ДНК, после чего у Уотсона «щелкнуло», и он понял, что две цепи соединяются друг с другом комплементарными парами оснований («букв» генетического кода). Оставалось только написать вместе с Криком письмо редактору «Нейчура», которое и было опубликовано в последнем апрельском номере журнала.

А до этого была еще статья Полинга в самом начале 1953-го, в которой предлагалась трехцепочечная «косичка» ДНК. Лишь недавно была получена рентгенограмма действительно трехцепочечной ДНК, которая иногда получается при определенных условиях. По всей видимости, у открывателя спирали биополимера был загрязненный препарат молекулы жизни.

Эпилог

Розалинд Франклин умерла от рака яичника в 1958 году. Работала она до конца своих дней, беспокоясь о судьбе сотрудников своей лаборатории. Считается, что если бы она дожила до 1962 года, она была бы четвертой, удостоенной — вопреки всем нобелевским канонам, — самой престижной научной премии в одной научной области.

Уотсон помогал организовывать в Гарварде отделение молекулярной биологии, затем в течение 22 лет был директором лаборатории в Колд-Спринг-Харборе — занимался раковыми вирусами и пробовал начинать молекулярную биологию мозга. В 1988 году Национальный институт здоровья в Вашингтоне назначил его директором проекта «Геном человека», что позволило получить политическую и финансовую поддержку конгресса. В вашингтонском отеле «Карлтон» 13 февраля 2001 года ему на 70-летний юбилей преподнесли в торжественной обстановке копии журналов «Сайенс» и «Нейчур» с опубликованным геномом человека.

Френсис Крик перебрался в теплую Калифорнию, где в одном из институтов занимался завершением расшифровки генетического кода, начатой Маршалом Ниренбергом, доложившем об этом в полупустом зале Московского биохимического конгресса летом 1961 года. К 1964 году работа была завершена. Помогал ему в этом Сидней Бреннер. Недавно журнал «Нейчур» сообщил, что Крик продал свой архив за 7 миллионов долларов. Долгие десятилетия ученый занимался проблемами мозга, активно публикуясь в том же «Нейчуре» и других ведущих журналах.

К апрелю 2003 года международное сообщество надеется окончить расшифровку полного генома всех 23 пар хромосом человека. Так завершится первый век изучения нуклеиновых кислот, вторая половина которого прошла под «знаменем» двуцепочечности. Остается только понять, что же сделали Уотсон и Крик!

Их открытие — типичный пример «смены парадигмы», то есть системы взглядов на мир. Можно также сказать, что оно было сделано «на кончике пера», поскольку модель их чисто теоретическая. «Защитники» Розалинд считают даже, что ее модель была намного ближе к истине, чем то, что было затем опубликовано Криком и Уотсоном в «Нейчуре». Недаром сам Уотсон признавался, что «боялся ее».

И все же суть не в этом. Все, кто писал и говорил до них о ДНК — Полинг, Чаргафф, Франклин в меньшей степени, — все же мыслили категориями белка, протеина, но никак не двуцепочечности с точки зрения БИОЛОГИИ!

Ведь основное свойство биологических систем — расти. Растут эмбрионы и организмы, здоровые и раковые клетки. И только Уотсон и Крик предложили модель, объясняющую механизм самовоспроизведения, удвоения, репликации ДНК, то есть механизм реализации потоков генетической информации. Чего до них никто не делал, «уткнувшись» в белок и его разнообразие, которое с точки зрения биологов объясняло генетическое биоразнообразие.

И еще одно. Молодые Уотсон и Крик не испугались выступить против авторитета Полинга, нобелевского претендента-номинанта «на сносях». Что дорогого стоит. Много ли вы найдете 30-летних и моложе, кто отважится выступить против академика…

«Мне некогда будет вам петь…»

Хулио Иглезиас, знаменитый певец, услада многих женских сердец, сын которого Энрике с нашей Аней Курниковой… в общем все его знают, сказал как-то, когда одна из дамочек решила заставить его через суд сдать анализ ДНК для подтверждения его отцовства ее ребенка, что «если я буду сдавать анализы на ДНК, мне некогда будет вам петь».

Мы недавно явились свидетелями рождения первых человеческих клонов. Но, думается, плохо осознаем, что мир революционно и кардинально изменился. Сейчас, по прошествии полувека открытия структуры ДНК, можно смело говорить о глубоких социальных последствиях этого достижения человеческого гения. Сравнимого разве только с ренессансным открытием лунных цирков, которые увидел в свой телескоп Галилей.

Практически одновременно с полувековым юбилеем ДНК можно отмечать и четверть века с момента рождения Луизы Браун, первого ребенка из пробирки. Что открыло дорогу и суррогатному материнству, без чего невозможно вообразить клонирование человека, и генной терапии семейных патологий. Не так давно восьмилетнюю девочку вылечили с помощью трансплантации клеток костного мозга ее зачатого в пробирке брата. Сейчас уже насчитывается около сотни таких успешно проведенных «генетических операций».

А в двух тысячах случаев родители пошли на сознательное регулирование пола будущего ребенка. Это делалось с целью «избавления» от болезней, сцепленных с полом, например дальтонизма и гемофилии (преступление в Ипатьевском доме вдвойне драматично из-за того, что убили генетически убогого ребенка, который и так был не жилец на этом свете, — блаженных не принято убивать, это делалось только в Германии в рамках евгенических программ).

Но пол некоторые родители выбирали и с целью «семейного баланса», то есть девочку к мальчику в семье и наоборот. Имеется также программа спербанков нобелевских лауреатов. Родители пользуются донорской спермой, чтобы повысить интеллектуальный уровень (знаменитый IQ) своих детей.

С этой же целью молодых блондинок с голубыми глазами, являющихся студентками Гардварда, Йеля и Принстона, приглашают сдавать свои яйцеклетки, для чего они отправляются в Калифорнию — самый передовой штат, — где проходят «овуляцию», получая за это 6-8 тысяч долларов. В отличие от общественной бури, разразившейся в конце 70-х в связи с рождением первых детей из пробирки, сейчас люди воспринимают подобные сообщения вполне толерантно.

Вполне возможно, что именно подобная реклама (а может, и рождение Долли) придала творческий импульс сценаристу фильма «ГАТТАЦА», вышедшего на экраны в 1997 году. В нем рассказывается о Винсенте, который скрывает порок сердца, вернее ген предрасположенности к нему, и «меняется» ДНК с бывшим спортсменом-профессионалом, ставшим инвалидом в результате травмы.

Герой попадает на работу в могущественную корпорацию «ГАТТАЦА», название которой представляет собой последовательность букв ген-кода (гуанин-аденин-тимин-цитозин), где готовится к отправке первый пилотируемый корабль к таинственному Титану. Избежать опасностей герою помогает очаровательная Ирен, роль которой играет несравненная Ума Турман, прославившаяся в «Криминальном чтиве» скандального Тарантино.

По ходу фильма провозглашается, что «нет гена человеческого духа», но, тем не менее, у Ирен тоже имеются генетические проблемы, которые ей приходится скрывать. Подобные футуристические коллизии с каждым днем все ближе к нам. И вряд ли это фантазии голливудских сценаристов. Ведь учил же Маркс, что наши фантазии есть отражение реальности.

То ли еще будет, пела Алла Борисовна!

Игорь Лалаянц



См. также:
Игра с живым дилером
Выбираем геймплей по шансам
Повышение квалификации специалиста по закупкам
ПРОЕКТ
осуществляется
при поддержке

Окружной ресурсный центр информационных технологий (ОРЦИТ) СЗОУО г. Москвы Академия повышения квалификации и профессиональной переподготовки работников образования (АПКиППРО) АСКОН - разработчик САПР КОМПАС-3D. Группа компаний. Коломенский государственный педагогический институт (КГПИ) Информационные технологии в образовании. Международная конференция-выставка Издательский дом "СОЛОН-Пресс" Отраслевой фонд алгоритмов и программ ФГНУ "Государственный координационный центр информационных технологий" Еженедельник Издательского дома "1 сентября"  "Информатика" Московский  институт открытого образования (МИОО) Московский городской педагогический университет (МГПУ)
ГЛАВНАЯ
Участие вовсех направлениях олимпиады бесплатное

Номинант Примии Рунета 2007

Всероссийский Интернет-педсовет - 2005