ДНК. История генетической революции - Джеймс Д. Уотсон

Уилкинс сказал, что ДНК, на его взгляд, напоминает по форме спираль, состоящую из нескольких цепочек связанных между собой нуклеотидов, закрученных одна вокруг другой. Оставалось выяснить, сколько же этих цепочек. На тот момент Уилкинс полагал, что их три, опираясь на собственноручно полученные данные о плотности молекулы ДНК. Он набрался смелости и сам приступил к моделированию, но вскоре столкнулся с серьезной преградой в лице новой сотрудницы биофизического отделения Кингс-Колледжа Розалинд Франклин.

Розалинд Франклин исполнился тридцать один год; она получила в Кембридже диплом по физической химии. Франклин была патологически профессиональной исследовательницей. Когда ей исполнилось двадцать девять, она попросила на день рождения лишь подписку на отраслевой журнал, посвященный сфере ее научных интересов: Acta Crystallographica. Взвешенная и щепетильная, она терпеть не могла тех, кто такими качествами не обладал. Кроме того, она бросалась резкими характеристиками – так, однажды назвала своего научного руководителя Рональда Норриша, будущего нобелевского лауреата, «тупым, узколобым, вероломным, невоспитанным тираном». Вне лаборатории она была завзятой и энергичной альпинисткой, сама происходила из высших кругов лондонского общества и принадлежала к более элитарному социуму, нежели большинство ученых. По окончании тяжелого рабочего дня она могла непринужденно сменить лабораторный халат на элегантный вечерний туалет и исчезнуть в ночи.

Не успела Франклин вернуться с четырехлетней стажировки из Парижа, где занималась исследованием графита методами рентгеновской кристаллографии, как сразу была назначена в проект по изучению ДНК, в то время Уилкинс некоторое время отсутствовал в Кингс-Колледже. Время показало, к великому сожалению, несовместимость этой пары. Франклин была прямолинейна и придирчиво относилась к фактам, а Уилкинс – сдержан и склонен к теоретизированию. Команды из них не вышло. Незадолго до того, как Уилкинс принял наше приглашение на ланч, они с Розалинд сильно повздорили. Она настаивала, что ни о каком моделировании ДНК и речи быть не может, пока он не соберет более подробной информации методом дифракционного анализа. На тот момент они фактически не общались, и Уилкинс мог узнать о ее достижениях только на лабораторном семинаре, который она назначила на начало ноября. Стало очевидно, что если мы с Криком хотели бы ее послушать, то должны были прибыть туда как гости Уилкинса.

Крик не смог выбраться на этот семинар, поэтому я поехал туда один, а затем вкратце изложил Крику, на мой взгляд, ключевые выводы о кристаллической структуре ДНК. В частности, я по памяти описал результаты Франклин, касавшиеся кристаллографической повторяемости и содержания молекул воды. Поэтому Крик попробовал вычертить на бумаге спиралевидные сети, объясняя, что новая «спиральная» рентгеновская теория, которую он разработал совместно с Биллом Кокрейном и Владимиром Вандом, позволит даже мне, когда-то увлекавшемуся наблюдением за птицами, правильно прогнозировать «дифракционные узоры», соответствующие тем молекулярным моделям, которые мы вскоре станем собирать в Кавендишской лаборатории.

Розалинд Франклин на одной из каникулярных вылазок в горы, которыми она очень увлекалась

Когда мы вернулись в Кембридж, я сделал заказ в кавендишской механической мастерской на изготовление моделей атомов фосфора, нужных нам для сборки азотистых оснований и фосфатных групп остова ДНК. Получив эти модели, мы стали пробовать разные варианты того, как такие цепи могут обвиваться одна вокруг другой в центре молекулы ДНК. Правильная повторяющаяся атомная структура должна была гарантировать, что атомы образуют согласованный регулярный рельеф молекулы. По подсказке Уилкинса мы сосредоточились на моделях, состоящих из трех цепей. Когда одна из них показалась довольно правдоподобной, Крик позвонил Уилкинсу и объявил, что мы, кажется, построили модель, которая может соответствовать структуре ДНК.

На следующий день Уилкинс и Франклин явились посмотреть на результаты наших трудов. Опасаясь конкуренции с нашей стороны, они ненадолго объединились ради общей цели. Франклин не стала размениваться на придирки к нашей базовой концепции. Помню только, она отметила, что вода в кристаллической структуре ДНК практически отсутствует, хотя на самом деле все оказалось в точности наоборот. Я был не слишком подкован в кристаллографии, поэтому перепутал термины «элементарная ячейка» и «независимая область». В действительности кристаллическая ДНК богата водой. Следовательно, сказала Франклин, остов должен располагаться с внешней стороны молекулы, а не в центре нее, хотя бы с учетом того, сколько молекул воды она наблюдала в своих кристаллах.

Этот злосчастный ноябрьский день повлек за собой целый шлейф последствий. Франклин лишь уверилась в своем нежелании заниматься моделированием. Она собиралась продолжать эксперименты, а не играть в конструктор. Хуже того, сэр Лоуренс Брэгг передал нам с Криком, чтобы мы воздержались от всяких попыток собрать модель ДНК. Впоследствии было предписано передать все исследования ДНК в лабораторию Кингс-Колледжа, а в Кембриджской лаборатории сосредоточиться сугубо на работе с белками. Не было смысла в такой конкуренции между двумя подразделениями, финансируемыми Лабораторией молекулярной биологии. Поскольку у нас с Криком не осталось блестящих идей, мы нехотя отступили, по крайней мере на время.

Был не лучший момент, чтобы перебираться в научные дисциплины, смежные с исследованием ДНК. Полинг написал Уилкинсу и попросил у того копию узора кристаллографической дифракции ДНК. Пусть Уилкинс и отказал, сославшись на то, что ему требуется дополнительное время, чтобы самому проанализировать полученные данные, Полинг отнюдь не был обязан, сложа руки, ждать информации из Кингс-Колледжа. При желании он мог и сам приступить к серьезным исследованиям рентгеновской дифракции в Калифорнийском технологическом институте.

Следующей весной я послушно отложил занятия ДНК и принялся за доработку довоенных исследований, посвященных вирусу палочковидной табачной мозаики, вооружившись новым мощным кавендишским генератором рентгеновских лучей. Это была несложная экспериментальная работа, оставлявшая мне массу времени для библиографических поисков в разнообразных кембриджских библиотеках. Так, в зоологическом корпусе я прочел статью Эрвина Чаргаффа, в которой тот описывал свое открытие. Оказалось, что основания аденин и тимин содержатся в ДНК в приблизительно равных объемах и гуанин и цитозин – тоже в приблизительно равных. Крик, узнав об этих соотношениях «1:1», заинтересовался, а могут ли адениновые остатки при репликации ДНК быть комплементарны тимину, и, наоборот, может ли аналогичное сродство существовать между гуанином и цитозином. В таком случае последовательности оснований из «исходных» цепочек (например, А-Т-Г-Ц) должны быть комплементарны последовательностям «конечных» последовательностей (в данном случае Т-А-Ц-Г).

Эти мысли так бы и оставались только теоретическими умозаключениями, если бы Эрвин Чаргафф не заглянул в Кембридж летом 1952 года, направляясь на Международный биохимический конгресс в Париж. Чаргафф расстроился, что ни я, ни Крик даже не пытались определить химический состав этих четырех оснований. Он еще более разочаровался, когда мы сказали, что ведь можно просто проверить их состав по справочнику, если возникнет подобная необходимость. Нам оставалось только надеяться, что данные Чаргаффа окажутся нерелевантны. Однако Крик всерьез собрался поставить несколько экспериментов и поискать молекулярные «сэндвич-структуры», которые могли бы образовываться при смешивании в растворе аденина и тимина (либо, напротив, гуанина и цитозина). Но эти эксперименты не дали результатов.