Фрэнк Райан - Таинственный геном человека

• Название: Таинственный геном человека
• Автор: Фрэнк Райан
• Жанр: Прочая научная литература
• Год: 2017
• ISBN: 978-5-496-02573-7

В человеческом организме 100 триллионов клеток, и в каждой из них скрыт крошечный генетический кластер, выполняющий сложнейшую работу. Фрэнк Райан, врач и эволюционный биолог, описывает сложные механизмы генома, работающего как целостная система, а не просто как набор генов, кодирующих белки – первокирпичики жизни. Вдобавок в геноме существуют тонкие «переключатели», регулирующие и контролирующие участки нашей ДНК; определенную роль играет и взаимодействие ретровирусов и бактерий.

Эта революционная книга рассказывает об открывающейся перед нами новой эпохе, когда нам удастся не только вылечить, но и искоренить многие болезни.

---

Сегодня мы часто забываем, что еще в 1930-х годах человечество практически не контролировало инфекционные заболевания. Эпидемии скарлатины, кори, пневмонии, менингита и полиомиелита волнами прокатывались по планете с постоянной частотой (иногда ежегодно). Другие опасные болезни угрожали людям ежедневно: туберкулез, который косил больных целыми семьями, септический артрит, септический остеомиелит, вызывающий болезненные абсцессы в костях, и распространенная, но смертельно опасная стрептококковая инфекция, которая могла распространиться из воспаленного горла в мозг, вызывая абсцесс. В большинстве стран, как развитых, так и развивающихся, инфекции (включая бессимптомные формы туберкулеза) убивали в первую очередь людей с ослабленным иммунитетом. Лечение инфекционных заболеваний было важнейшей задачей, стоящей перед человечеством. Для Дюбо и в первую очередь для Эвери падение их линии обороны было настоящей трагедией.

Когда по прошествии установленного врачами срока Эвери вернулся к работе, он переключился на изучение трансформирующего вещества. Колин Маклеод усовершенствовал технологию его выделения, и теперь лаборатория могла получать достаточное количество вещества для анализа и тестирования. Прогресс не заставил себя ждать, и в отчете для правления Рокфеллеровского института за 1940–1941 годы Эвери и Маклеод уверенно утверждали, что даже после самой тщательной очистки в трансформирующем веществе не было обнаружено белка.

Летом того же года Маклеод покинул институт. Он получил пост профессора бактериологии медицинского факультета Нью-Йоркского университета. Тем не менее он продолжал интересоваться проектом, часто приезжал в Институт и давал свои рекомендации. Место Маклеода в эксперименте с трансформирующим агентом занял молодой педиатр Маклин Маккарти, который привнес в лабораторию недостающие знания в области биохимии. Теперь, когда команда Эвери располагала достаточным количеством трансформирующего вещества в стабильной форме, Маккарти мог применить свои химические навыки для его дальнейшей обработки и выявления активного ингредиента. Он начал с культур пневмококков в больших объемах (от 50 до 75 литров) и разработал последовательность действий для увеличения объема производимого трансформирующего вещества с параллельным удалением протеинов, полисахаридов и рибонуклеиновой кислоты. В соответствии с распространенным подходом к принципу наследования считалось, что ключом к нему являются нуклеопротеины. Таким образом приоритетом работ Маккарти стало обеспечение отсутствия белков в конечном тестовом материале.

К этому моменту Маккарти удалось получить концентрированный раствор активного материала. Он добавил в него ряд энзимов, таких как кишечный трипсин и химотрипсин, разрушающих белки, рибонуклеиновую кислоту и полисахариды в оболочках пневмококков. Оставшееся вещество еще раз обработал хлороформом в попытке уничтожить даже остаточные протеиновые следы.

К концу 1942 года, после многочисленных экспериментов Маккарти пришел к выводу, что трансформирующие свойства заключались в крайне вязкой фракции, состоявшей почти исключительно из полимеризированной дезоксирибонуклеиновой кислоты. Поместив эту фракцию в колбу, он начал выделять осадок, добавляя к ней по капле абсолютный этиловый спирт (практически не содержащий воды) и помешивая раствор стеклянной палочкой. Активный материал выделился в растворе в форме длинных и очень тонких белых нитей, закручивающихся вокруг палочки. Дюбо вспоминает, какой восторг испытали сотрудники лаборатории, наблюдавшие за появлением этих нитей – трансформирующего вещества в чистой форме.

В начале 1943 года Эвери, Маклеод и Маккарти представили результаты своих исследований выдающимся химикам Принстонского отделения Рокфеллеровского института медицинских исследований. Вероятно, химики были поражены или даже ошеломлены увиденным, однако они не привели никаких контраргументов и не потребовали дополнительных доказательств. В апреле того же года исследователи сообщили об открытии правлению Рокфеллеровского института, а в ноябре – всему миру в статье, отправленной в Journal of Experimental Medicine и опубликованной в начале 1944 года. Заголовок статьи был длинным и взвешенным: «Исследование химической природы вещества, индуцирующего трансформацию типов пневмококков. Индуцирование трансформации фракцией дезоксирибонуклеиновой кислоты, выделенной из пневмококка типа III».

По словам Дюбо, эта публикация «имела ошеломляющий эффект». Восторг, скрываемый за осторожностью, сквозит в письме Эвери к брату Рою от 26 мая 1943 года:

«…Последние два года, сначала совместно с Маклеодом, а теперь с доктором Маккарти, я пытался выяснить химическую природу содержащегося в бактериальных экстрактах вещества, которое запускает специфические изменения… Это была та еще работа, полная тревог и неудач. Но, кажется, у нас наконец-то получилось… Если говорить вкратце, это вещество… почти полностью соответствует теоретическим свойствам чистой дезоксирибозовой нуклеиновой кислоты. Кто бы мог подумать?»

В письме Эвери называет это вещество дезоксирибозовой нуклеиновой кислотой, в публикации – дезоксирибонуклеиновой кислотой. Сегодня мы привыкли обозначать его аббревиатурой – ДНК.

2. ДНК оказывается кодом

Вспоминая о том, как поначалу он оказался не в состоянии оценить открытие Эвери, Стент пришел к выводу: «В некоторых аспектах работа Эвери и его коллег еще сильнее опередила свое время, чем труды Менделя».

Ути Дайхман

По мнению лауреата Нобелевской премии Лайнуса Полинга, ученым повезло, ведь в их мире гораздо больше тайн и загадок, чем в мире людей, не интересующихся наукой. И действительно, в то время в лаборатории Эвери при Рокфеллеровском институте медицинских исследований царило ощущение восторга и предвкушения. В 1943 году Освальду Эвери исполнилось 65 лет. Ранее он планировал выйти на пенсию и переехать в Нэшвилл к семье своего брата Роя, но теперь вопрос об уходе из лаборатории даже не стоял. Необходимо было продолжить работу над трансформирующим началом. В частности, Эвери нужно было убедить коллег-микробиологов, а затем и все скептически настроенное биохимическое и генетическое сообщество в важности своего открытия.

Эвери по натуре был консерватором. За десятилетие с небольшим до этого он вместе с коллегой выдвинул предположение, что иммунологические различия между различными типами пневмококков определяются сложными молекулами сахаров (полисахаридами), а не белками. Эта теория в конечном итоге оказалась верной, но изначально вызвала резкую полемику, которая не могла не сказаться на нервном и чувствительном Эвери. В длинном и бессвязном письме брату Эвери несколько раз упоминает о том, как его беспокоит реакция общественности на открытие: «Опасно выходить на публику неподготовленным… Надувать мыльные пузыри очень весело, но лучше лопать их самому, прежде чем это попытается сделать кто-то еще».

Один из соперников поджидал Эвери совсем рядом. Альфред Э. Мирски, выдающийся биохимик и генетик, также работавший в Рокфеллеровском институте, отнесся к открытию Эвери с недоверием. К тому же Мирски считался специалистом по ДНК. Именно он открыл так называемый принцип константности ДНК, предполагающий, что количество ДНК в ядре каждой клетки остается неизменным. И вот теперь он сомневался в эффективности способа, который Маккарти применил для выделения ДНК. Приверженец «чистых» биохимических экспериментов, Мирски верил, что за наследственность отвечают белки ядра – так называемые нуклеопротеины. Даже в 1946 году он продолжал утверждать, что двух энзимов, использованных Маккарти в опыте, было недостаточно для удаления всех белков. Мирски обладал большим влиянием в генетических кругах, и его аргументы впечатлили даже величайшего генетика того времени Германа Дж. Мёллера, получившего в том же году Нобелевскую премию за сделанное двумя десятилетиями ранее открытие мутаций в генах плодовых мушек под воздействием рентгеновских лучей. Мёллер говорил: «Так называемая нуклеиновая кислота Эвери, скорее всего, представляет собой нуклеопротеин, просто слишком сильно связанный, чтобы его можно было обнаружить обычными методами».

В какой-то степени подобное расхождение во мнениях типично для любой науки, в которой две группы ученых с разными научными базами пытаются исследовать одно и то же явление. Если новое открытие противоречит общепринятой парадигме, аргументы неизбежно становятся все более желчными. Но громкие протесты Мирски сказались на нем особенно негативно. В 1947 году Мёллер в качестве научной работы опубликовал «Пилгримовскую лекцию». В ней он заявлял, что вопрос о том, что является ключом к наследственности – нуклеиновая кислота или белок, – «остается открытым». Как писал историк и философ науки Роберт Олби, «через популярную Пилгримовскую лекцию Мёллера этот [скептический] взгляд распространился среди широкой публики».