Чтение онлайн

Пока я возился с гелем и секвенированием в ноябре 1984 года, в журнале Nature появилась статья, имевшая ко мне самое непосредственное отношение. Расселу Хигучи, работавшему в лаборатории Алана Уилсона, автора гипотезы “из Африки” и одного из самых сильных эволюционных биологов своего времени, удалось выделить и клонировать ДНК из столетней шкуры квагги, родственника зебры, обитавшего еще сто лет назад в Южной Африке. Рассел Хигучи выделил два фрагмента митохондриальной ДНК и показал, что, как и ожидалось, квагга ближе к зебрам, чем к лошадям. Эта работа вдохновила меня несказанно. Если уж Алан Уилсон взялся за древнюю ДНК и если Nature счел исследование 120- летней ДНК стоящим, то уж мои занятия не были ни дикими, ни тривиальными.

Впервые я сел за статью, которая, как мне виделось, должна заинтересовать многих. Подбодренный примером Алана Уилсона, я решил готовить ее для Nature. Я описал, как я работал с мумией из Берлина. И я, конечно же, сослался на ту статью, которая появилась в восточногерманском журнале. Но перед тем как отослать рукопись в Лондон, в издательство Nature, мне нужно было кое-что сделать. Я обязан был поговорить с моим руководителем, Пером Петтерссоном, показать ему рукопись, которую подготовил для публикации. К нему в кабинет я вошел с некоторым трепетом. Рассказал о том, чем занимался все это время, и о своих достижениях. Также предложил присоединиться к статье и быть соавтором, ведь он мой руководитель. Как же я недооценивал этого человека! Вместо того чтобы пенять мне на внеплановую трату фондов и драгоценного рабочего времени, он восхитился. Он обещал прочитать рукопись и сказал, что, естественно, не собирается быть соавтором работы, о которой только что узнал.

Несколькими неделями позже я получил из редакции Nature сообщение: они обещали опубликовать статью, если я отвечу на несколько небольших замечаний рецензентов. И вскоре я получил корректуру. Тут я стал подумывать, как бы мне подступиться к Алану Уилсону – в моем представлении полубогу – и после защиты диссертации напроситься к нему в лабораторию в Беркли. Не найдя ничего лучшего, я отправил ему корректуру без всяких комментариев, решив, что такому человеку будет приятно увидеть статью первым, до того как другие смогут прочесть ее в Nature. А потом напишу и спрошу насчет возможности поработать под его началом. В Nature с удивительной расторопностью управились с рукописью и даже нарисовали иллюстрацию на обложку к этому выпуску – мумия, обернутая спиралью ДНК. Но еще быстрее я получил ответ от Алана Уилсона, адресованный “профессору Пэабо”, – тогда, в доинтернетный и догугловый век, узнать наверняка, кто я такой, было очень трудно. Само письмо тоже было примечательно. Он спрашивал, не мог бы он провести свой грядущий преподавательский отпуск [5] в МОЕЙ лаборатории! Такая вот забавная оплошность, случившаяся только из-за того, что я не знал, как написать письмо. Мы с товарищами в лаборатории шутили, что нельзя упустить возможность заставить Алана Уилсона, великого эволюционного биолога, мыть для меня пробирки целый год. Я сел отвечать ему – что я не профессор и даже еще не защитил диссертацию и что лаборатории у меня никакой нет, поэтому приезжать в свой отпуск ему некуда. Зато я поинтересовался, нельзя ли мне после аспирантуры приехать к нему в Беркли поработать.

Алан Уилсон ответил мне изысканным письмом, пригласив поработать в его группе после защиты диссертации. И я оказался на перепутье. После защиты передо мной открывались три возможности. Первая – завершать свое медицинское образование в больнице (что заранее навевало на меня скуку после горячки недавних открытий). Вторая: поступить в какую-нибудь крупную лабораторию и в продолжение диссертации приняться за многообещающую и вполне успешную работу над вирусами и иммунной защитой. Или – на столе лежало предложение от Алана – заняться выделением древних генов. Коллеги и профессора, с которыми я обсуждал свой выбор, наперебой советовали второй вариант. Их аргументы были вполне очевидными: интерес к древним ДНК не более чем курьезное хобби, оно отвлекает меня от серьезных исследований, за которыми будущее и науки, и мое. Третий вариант, конечно, казался мне самым соблазнительным, но меня одолевали сомнения: может, все-таки заняться реальной наукой, вирусологией, а не играми в “молекулярную археологию”, которая пусть и впрямь остается моим хобби? Решение пришло в 1986 году, на симпозиуме в Колд-Спринг-Харбор.

Лаборатория Колд-Спринг на Лонг-Айленде в Нью-Йорке – это мекка для молекулярных биологов. Там организуются многочисленные встречи и конференции, и не последним среди них является ежегодный симпозиум по численным методам в биологии. После публикации моей статьи в Nature [6] меня пригласили на этот симпозиум, там я впервые сделал доклад по своей работе о ДНК мумий. Одно это было бы для меня из ряда вон выходящим событием, но нет, мало того, на симпозиуме присутствовали люди, которых я знал только по их публикациям, и сам Алан Уилсон, и Кэри Муллис, который на той же сессии, что и я, представил и описал полимеразную цепную реакцию. ПЦР оказалась настоящим методологическим прорывом, сразу отправившим на склад истории громоздкую методику клонирования ДНК в бактериях. Мне сразу стало совершенно очевидно, что для изучения древних ДНК я прекрасно смогу воспользоваться новыми методами. По сути, ПЦР позволяла выделять и размножать необходимые сегменты ДНК, даже если их сохранилось совсем немного. Сам Кэри в конце своего доклада, отсылая слушателей к моей работе, отметил, что ПЦР – идеальный инструмент для изучения мумий. Я дождаться не мог, когда же можно будет это попробовать!

На том симпозиуме произошло еще одно волнующее событие: впервые на повестке дня стоял вопрос об общем финансировании и скоординированной работе по прочтению полного человеческого генома. И хотя я чувствовал себя совершеннейшим новичком, каким, по сути, и являлся, все равно было удивительно присутствовать при “взрослых” разговорах, где большие дяди и тети обсуждали миллионы долларов, тысячи машин, новейшие технологии, которые могут понадобиться для решения столь грандиозной задачи. В оживленных спорах какой-нибудь маститый ученый объявлял проект технически невыполнимым, потенциально бесполезным, пустой тратой денег, так нужных небольшим группам с одним устоявшимся лидером. Все это будоражило мое воображение; я хотел быть частью приключения под названием “геном”.

Алан Уилсон являл собой воплощение декана из Беркли, каким я его себе и представлял: скромный, с тихой и неспешной речью, совсем не как верховодившие на симпозиуме ученые мужи, подогреваемые тестостероновыми эмоциями. Длинноволосый новозеландец, он с теплой доброжелательностью помог мне освоиться, посоветовал следовать велению души и заниматься тем, что мне самому кажется наиболее перспективным. Встреча с ним расставила все по местам, и я принял решение: сказал, что еду в Беркли.

Тут возникла некоторая загвоздка. Так как приехать в “мою” лабораторию Алан по понятным причинам не мог, то он распланировал для себя следующий год в двух лабораториях Англии и Шотландии. Для меня это означало, что и я должен где-то переждать, пока Алан вернется. Пока я писал диссертацию, некоторое время провел в Цюрихе, в лаборатории Вальтера Шаффнера. Это признанный молекулярный биолог, открывший “энхансеры”, ключевые элементы ДНК, участвующие в регуляции экспрессии генов. Вальтер всегда с энтузиазмом кидался на всякие неортодоксальные идеи и проекты и теперь пригласил меня на год к себе в лабораторию со всеми моими древностями. Особенно его интересовал вымерший сумчатый волк из Австралии, тилацин. А ну-ка, попробуй клонировать его ДНК из музейного экспоната! Я согласился и переехал в Цюрих, как только разделался с защитой диссертации.

А в это время в Берлине происходили события другого рода. Я надеялся, что после публикации статьи в Nature раздобыть дополнительные образцы из Восточной Германии станет проще и я смогу выделить больше клонов и исследовать гены позанимательнее скучных Alu повторов. Так что, отправив Ростислава в Берлин через несколько месяцев после публикации, чтобы он выправил мне документы на тестирование, затруднений я не ждал. Однако вернулся он с тревожными вестями. Ни один из его музейных друзей не нашел минутки с ним повидаться, напротив, все они, казалось, избегали его. В конце концов ему удалось отловить одного из них на выходе из музея. Оказалось, что после публикации в музей явилась Штази, внушающая ужас секретная полиция Восточной Германии. Каждого работника музея по очереди вызывали в отдельную комнату и допрашивали о связях со мной и Ростиславом. Штази совершенно не интересовало, что еще до публикации в Nature первые результаты работы вышли непосредственно в Восточной Германии и что я неоднократно ссылаюсь на них в статье из Nature. Они внушали музейным работникам, что Университет Упсалы широко известен как центр антисоциалистической пропаганды. И как бы абсурдно ни звучала подобная характеристика старейшего университета Швеции, ни один здравомыслящий немец из Восточной Германии не согласился бы иметь с нами дело, получив предупреждение от Штази.

Бесплодная борьба с тоталитарной системой приводила меня в уныние. В моих фантазиях две враждующие политические системы уже начинали договариваться, вести диалог – могут же работать вместе ученые из разных систем, – и я даже надеялся поспособствовать хоть немного этому процессу. Я еще не знал, какую роль будет играть Восточная Германия в моей жизни, но в тот момент ни о каких образцах, ни о каком сотрудничестве даже речи не могло быть.

В Цюрихе я принялся за работу. Мне предстояло выделить ДНК из немногих оставшихся образцов мумий и из музейных экземпляров сумчатого волка. При всем моем энтузиазме проводить ПЦР по методикам Кэри было отнюдь не развлечением. Сначала требовалось нагреть ДНК до 98 оС на водяной бане, чтобы разделить цепочки спирали, потом охладить до 55 оС, чтобы присоединились праймеры, потом добавить термочувствительные ферменты и всё вместе выдерживать при 37 оС, тоже на водяной бане, тогда образовывались новые цепочки. Каждый эксперимент, и так-то трудоемкий, требовал тридцати повторений. Я проводил час за часом, сидя перед водяными банями, растрачивая понапрасну дорогостоящие ферменты, пытаясь размножить фрагменты ДНК. Иногда мне удавалось извлечь невнятный продукт современной ДНК, но с древними ДНК из мумий и тилацина ничего не получалось. Мне удалось добиться некоторого успеха, работая на электронном микроскопе: я показал, что сохранившиеся молекулы ДНК тилацина и мумии представляют собой сравнительно короткие отрезки. Некоторые молекулы ДНК даже соединились друг с другом вследствие химических реакций, а это, понятно, создало бы трудности, начни я проводить с ними ПЦР или размножать их в бактериях. На самом деле этот последний факт меня не удивил: я уже встречался с чем-то подобным в 1985 году, когда работал в Хартфордшире, в лаборатории Томаса Линдаля [7] . Томас родом из Швеции, он мировой эксперт по химическим повреждениям ДНК и репарационным системам, призванным эти повреждения ремонтировать. Работая под его руководством, мне удалось установить, каким формам повреждений подверглась древняя ДНК. И те мои исследования, и новые, цюрихские, вместе представляли добротную описательную науку, но ни на йоту не приближали меня к вожделенной цели: получить цепочку ДНК из давно исчезнувших организмов. Месяцы были потрачены на пробирки – ну и на альпийские горные склоны, – но результат так и не появился. Поэтому весной 1987 года я с превеликим облегчением переехал в Беркли, в лабораторию биохимии, куда к тому времени вернулся Алан Уилсон.

В Беркли я очень скоро осознал, что оказался в нужном месте в нужное время. Кэри Муллис именно здесь оканчивал университет, а после поступил на работу к югу по побережью, в корпорацию “Цетус” (Cetus Corporation), где и изобрел ПЦР. Там же работали еще несколько выпускников Алана. Получалось, что, пока я в одиночку сражался с методиками ПЦР в Цюрихе, здесь на результат работала целая армия и сильно эти методики улучшила. В “Цетусе” клонировали и выделили вариант ДНК-полимеразы (фермента для размножения нуклеотидных цепочек ДНК при ПЦР) из термофильных бактерий. Так как этот бактериальный фермент выдерживал высокие температуры, отпадала надобность открывать пробирки и добавлять фермент при каждом следующем цикле ПЦР. Это означало, что весь процесс можно автоматизировать. Один аспирант даже придумал устройство, в котором три большие водяные бани с помощью компьютера поочередно подавали воду в другую, небольшую водяную баню. Это позволило проводить ПЦР в автоматическом режиме. Теперь я мог запустить реакцию и отправиться вечером домой. Правда, рано мы обрадовались послаблению: в какой-то момент устройство не сработало, и нужный клапан не закрылся, в лаборатории случилось великое наводнение, и нам пришлось возобновить вечерние бдения. Наше ненадежное нововведение вскорости заменила первая ПЦР-машина, или термоамплификатор, изобретенный в стенах “Цетуса”. Состоял термоамплификатор из металлического ящика с отверстиями для трубок; он нагревал и охлаждал наши образцы до любой требуемой температуры столько раз, сколько было нужно, и все это контролировалось компьютером. Помню, с каким благоговейным трепетом мы смотрели, как вкатили термоамплификатор в лабораторию. Я прямо накинулся на него, зарезервировал столько циклов амплификации, сколько позволяли приличия.

Вымершая зебра квагга, два отрезка мтДНК которой клонировал Рассел Хигучи, стала, так сказать, первым подопытным кроликом. Сам Рассел из лаборатории Алана ушел работать в “Цетус”, но его квагга осталась. Я выделил ДНК из частичек кожи квагги и, благо праймеры от клонирования еще остались, запустил ПЦР в новой машине. И сработало! Я получил отличные фрагменты ДНК и выстроил их в последовательность, которая оказалась чрезвычайно похожей на ту, что получил Рассел, работая с клонами в бактериях. С новой машиной я мог повторять процесс и проверять результат снова и снова. Клонирование в бактериях в этом смысле было малоэффективным и почти не давало возможности проверки, так как не удавалось предсказать, какой отрезок ДНК окажется воспроизведен. Полученная из квагги последовательность, хотя и очень похожая на Расселову, все же по двум позициям отличалась. Это, скорее всего, произошло из-за молекулярных повреждений, которые, в свою очередь, умножились в ходе бактериальной репликации. В новых условиях я мог проверить конкретную последовательность много раз, чтобы получить единообразный, предсказуемый результат. Вот она, суть научного эксперимента: предсказуемость и воспроизводимость результата.