Чтение онлайн

Мендель утверждал, что живые организмы наследуют гены от своих родителей, и в зависимости от того, какие гены получены, некие "формирующие элементы" внутри клеток потомства обусловливают внешнее проявление этих генов в виде характерных признаков, например цвета горошин или цвета волос. Унаследованные от родителей гены, доказывал Мендель, несут всю информацию, необходимую для развития характерных признаков этих живых организмов.

После смерти Менделя в 1884 г. осталось всего несколько писем и одна публикация в журнале заштатного провинциального общества любителей природы.

И только в 1900 г. три исследователя — Карл Корренс из Тюбингенского университета (Германия), Эрих фон Чермак-Сейсенэгг из Колледжа агрономии и лесоводства в Вене и Гуго де Фриз из Амстердамского университета — одновременно и независимо друг от друга открыли тот самый закон наследования, который Мендель описал 35 годами ранее. Все трое пришли к выводу, как выразился Корренс, "что аббат Грегор Мендель… уже в 60-х годах не только получил те же результаты, но и дал им точно такое же объяснение". Наконец-то Менделю воздали по заслугам за его открытия и родилась новая наука — генетика.

После вторичного открытия трудов Менделя события стали развиваться быстрее. Ученые уже знали, что гены находятся в клеточном ядре, в структурах, называемых хромосомами ("окрашенные тельца"), ибо хромосомы распределялись в потомстве точно таким же образом, как, согласно математическим выкладкам Менделя, распределялись гены. Однако самому Менделю еще ничего не было известно о хромосомах — их описали только в конце 80-х годов, незадолго до его смерти. Хромосомная теория наследственности была опубликована в 1903 г. У. С. Саттоном, выпускником Колумбийского университета. К этому времени ученые всего мира полагали, что гены состоят из белков. Их представляли себе в виде белковых шариков, соединенных в длинные нити и свернутые внутри клеточного ядра. К концу первого десятилетия текущего века ученые-генетики полагали, что загадка химической природы наследственности решена и остается выяснить только некоторые недостающие подробности.

Однако в 1944 г. Освальд Эвери и его коллеги по Рокфеллеровскому институту в Нью-Йорке обнаружили, что гены состоят не из белка, а из ДНК. Сама ДНК была обнаружена в 1869 г. немецким химиком Фридрихом Мишером, но считалось, что по сравнению с белками ее роль незначительна. Эксперименты Эвери с бактериями пневмонии показали, что новые признаки могут быть переданы от бактерий пневмонии одного типа бактериям другого типа в процессе, называемом трансформацией. Если бы гены состояли из белка, то признаки, контролируемые данными генами, могли бы быть переданы при обмене белками между бактериями. Но Эвери доказал, что признаки не передаются с белком; это обеспечивает только передача ДНК. По свидетельству Эрнеста Борека, химика из Нью-Йоркского университета, "Эвери не утверждал этого, но фактически он выделил генетический материал клетки. Так сошлись два независимых пути исследований: один из них начался с открытия Мишером ДНК, другой — с дедукции законов наследственности, выведенных Менделем".

Эвери был застенчивым и вместе с тем увлеченным человеком; он был настолько поглощен своими исследованиями в Рокфеллеровском институте, что поселился напротив, чтобы жить поближе к месту работы. Его преданность науке оправдала себя, и ученые, пытавшиеся разгадать, каким образом гены обусловливают появление унаследованных признаков, получили важный ключ к решению. Как только выяснилась химическая природа ДНК, она стала доступна обсуждению, и это могло пролить свет на все, чем управляет ДНК, — речь идет не только о цвете глаз, но о самой жизни, старении и смерти.

Открытие Эвери, заключавшееся в том, что гены представляют собой ДНК, вызвало огромный интерес во всем мире, и ученые наперебой принялись изучать ДНК, пытаясь открыть секрет ее действия. Возглавили эту гонку две группы: Лайнуса Полинга с коллегами в США и Джеймса Уотсона и Фрэнсиса Крика в Англии.

Американец Уотсон, получивший степень доктора биохимии в Университете штата Индиана, и англичанин Крик, выпускник английского высшего учебного заведения, комбинируя данные опытов, проведенных другими учеными, сформулировали гипотезу о структуре ДНК. Их статья, опубликованная в 1953 г. в английском журнале Nature, начиналась таким скромным введением: "Мы хотели бы предложить структуру… ДНК. Эта структура имеет некоторые новые свойства, которые представляют значительный интерес для биологов". Структурная модель Уотсона и Крика показывала, каким образом состоящие из ДНК. гены влияют на возникновение характерных признаков в клетке посредством производимой ими РНК. Действуя в качестве "гонца" от ДНК, РНК переносит в клетку "приказы" по производству разнородных белков, входящих в структуру клетки и определяющих ее метаболизм. Это описание функции клетки получило название "центральной догмы", так как современные ученые превратили ее почти в символ веры: ДНК создает РНК, которая создает белки — основу существования клетки.

Но если ДНК — ключ к жизни клетки, она может быть и ключом к ее смерти. Могут существовать "гены смерти", управляющие синтезом белков, которые понемногу вызывают старение и убивают клетки. А возможно, по мере старения клеток функция ДНК становится менее выраженной, и это постепенно приводит к прекращению функционирования клетки, вызывая симптомы, которые мы называем старением. Не удивительно, что многие ученые после Уотсона и Крика изучали ДНК, стремясь научиться управлять характерными свойствами клеток, в том числе влиять на процесс их старения.

Наиболее успешные методы изучения ДНК разработаны на бактериях и вирусах, так как они довольно просто устроены и вместе с тем несут те же характерные признаки, что и остальные живые организмы: у них есть ДНК, и они синтезируют РНК и белки.

Вирусы проникают в другие живые организмы — в бактерии, растения или животные, — вторгаясь в их клетки, "грабя" их и заставляя производить новые вирусы; таков их образ жизни. Поэтому изучение вирусов может дать нам информацию о том, как ДНК управляет синтезом РНК и белков, в том числе и тех белков, которые могут стать причиной старения.

Поль Берг, как и многие другие ученые, занимался изучением ДНК на бактериях. В состав многих бактерий входят кольцеобразные молекулы ДНК, называемые плазмидами, и в 1973 г. Берг начал эксперименты с особой плазмидой, имеющей шифр pSC101. Плазмиды обеспечивают устойчивость бактерий к антибиотикам, а эта плазмида (из бактерии Escherichia coli, сокращенно — E. coli) повышала устойчивость бактерии к антибиотику тетрациклину.

Вначале Берг выделил из бактерий некоторые рестрикционные ферменты (рестриктазы), играющие роль внутренней полиции, которая постоянно "рыщет" в поисках чужеродной ДНК, например входящей в состав многих вирусов. Когда в бактериальную клетку внедряется чужеродная ДНК, эти ферменты мгновенно обнаруживают агрессора и разрушают его, при этом чужая ДНК становится пищей для клетки, в которую она вторглась. Таким образом клетки защищаются от вирусов.

Выделив нужные ферменты в чистом виде, Берг поместил их в пробирку вместе с плазмидами. Рестрикционные ферменты незамедлительно напали на кольцевые плазмиды. Результатом этой атаки на ДНК явилась пробирка, полная длинных, нитевидных фрагментов плазмидной ДНК с "липкими" концами. Вообще-то говоря, "липнут" эти концы избирательно: они слипаются только с другими кусками ДНК, которые появились в результате действия того же рестрикционного фермента.

Берг решил использовать эту избирательную "липучесть", чтобы включать в плазмиды дополнительные гены. В своих опытах он использовал гены канцерогенного вируса, который вызывает опухоли у обезьян. Берг изолировал ДНК вируса рака и обработал ее тем же рестрикционным ферментом, которым он пользовался для получения плазмид с липкими концами. Таким образом, он получил некоторое количество фрагментов вируса рака, каждый из которых содержал часть генов вируса, и все они обладали "липкими" концами. После этого исследователь добавил эти фрагменты к плазмидам — "липкие" концы тут же соединились с плазмидами. Теперь каждая кольцевая плазмида включала в себя фрагмент вируса рака, то есть часть его генов.