ДНК. История генетической революции - Джеймс Д. Уотсон

В книге «Что такое жизнь?» Шрёдингер предположил, что язык, на котором написана жизнь, может напоминать азбуку Морзе, состоящую из точек и тире. Он был почти прав. Код ДНК состоит из линейных последовательностей А, Т, Г и Ц. Точно так же, как при копировании книжной страницы вручную может возникнуть странная опечатка, так и при копировании всех этих А, Т, Г и Ц по всей длине хромосомы изредка вкрадываются ошибки. Это и есть мутации, о которых генетики рассуждали уже почти полвека. Заменим «о» на «ы» – и «дом» превратится в «дым». Заменим «Т» на «Ц» – и основание АТГ в ДНК превратится в АЦГ.

Двойная спираль была логична как с химической, так и с биологической точки зрения. Теперь можно было забыть о шрёдингеровской гипотезе по поводу иных законов физики, которые могли бы понадобиться, чтобы понять, как копируется наследственный генетический код. Гены укладывались в обычную химию. Позднее в тот же день мы обедали в пабе «Игл», буквально примыкающем к Кавендишской лаборатории, и Крик, у которого рот не закрывался, все-таки не удержался и объявил во всеуслышание, что мы открыли «тайну жизни». Меня эта мысль волновала не меньше, но я бы предпочел подождать, пока мы сделаем красивую трехмерную модель и сможем с нею покрасоваться.

Наше озарение, благодаря которому все сложилось: пары оснований комплементарны

Основания и остов на месте: получается двойная спираль. А. Схематичное изображение пар оснований, связывающих нити двойной спирали. B. Масштабная пространственная модель, демонстрирующая атомный состав молекулы

Одним из первых, кто услышал о нашей модели, был Майкл, сын Френсиса Уотсона. Майклу тогда было двенадцать, и он учился в школе-пансионе. Френсис написал Майклу семистраничное письмо о «важнейшем открытии», приложив к нему весьма качественный набросок двойной спирали. Он описал структуру ДНК как «длинную цепочку, из которой торчат пластинки», и предложил Майклу взглянуть на эту модель, когда тот в следующий раз приедет домой. Подписал весточку «сильно-сильно люблю тебя. Папа». (Майкл поступил достойно: он много лет хранил это письмо, а в 2013 году продал с аукциона за рекордную сумму 5,3 миллиона долларов, и половину этой суммы Майкл пожертвовал Институту Солка, где Френсис, скончавшийся в 2004 году, спокойно провел последние годы.)

Среди первых, кому мы показали нашу демонстрационную модель двойной спирали, был химик Александер Тодд. Он одновременно удивился и обрадовался, что ген устроен так просто. Правда, впоследствии он, должно быть, задумывался, почему в его лаборатории, где был определен общий химический состав ДНК, никто даже не попытался построить трехмерную модель укладки цепочек ДНК. Нет, суть молекулы довелось открыть двум парням, биологу и физику, и оба они не владели химией даже на университетском уровне. Однако, как ни парадоксально, отчасти именно этим и объясняется наш успех: мы с Криком первыми докопались до структуры двойной спирали, поскольку большинство химиков считали молекулу ДНК слишком крупной, чтобы подступиться к ней на уровне химического анализа.

За пять недель до того, как модель двойной спирали была опубликована в журнале Nature, Крик признался в нашем открытии своему сыну Майклу в рукописном письме (вы видите отрывки из него). В 2013 году письмо было продано с аукциона за рекордные 5,3 миллиона долларов

В то же время те двое химиков, которые пытались вообразить трехмерную структуру ДНК, допустили крупные тактические ошибки. Розалинд Франклин упрямо не хотела собирать объемные модели, а Лайнус Полинг просто не потрудился почитать имевшуюся литературу по ДНК, в частности данные о составе оснований, опубликованные Чаргаффом. По иронии судьбы, Полинг и Чаргафф отправились через Атлантику на Парижский биохимический конгресс 1952 года на одном и том же корабле, но так и не наладили контакт друг с другом. Полинг привык к тому, что он всегда прав. Считал, что нет такой химической задачи, которую он не смог бы самостоятельно решить, исходя из чисто теоретических принципов. В обычной ситуации такая уверенность была уместна. Во время холодной войны он проявил себя как авторитетный критик американской ядерной программы, и после одной из лекций его даже допросили сотрудники ФБР. Их интересовало, откуда он знает, сколько плутония в атомной бомбе. Полинг ответил: «Никто мне не рассказывал. Сам определил».

В течение нескольких следующих месяцев Крик и я, хотя и в меньшей степени, с упоением хвастались нашей моделью перед любопытными учеными, которые шли к нам сплошным потоком. Однако биохимики из Кембриджа даже не предложили нам выступить с официальной лекцией в биохимическом корпусе. Нас даже прозвали «WC» – подкалывали, ведь такой аббревиатурой в английском языке обозначается туалет. Их раздражало, что мы открыли двойную спираль без всяких экспериментов.

Мы послали рукопись в журнал Nature в начале апреля, но статью опубликовали лишь три недели спустя, 25 апреля 1953 года. Одновременно с нашей работой были опубликованы две более объемные статьи – от Франклин и Уилкинса; обе они в общих чертах подкрепляли нашу модель. Лишь показав им нашу рукопись, мы осознали, что примерно двумя неделями ранее Розалинд принялась пристально исследовать B-форму ДНК и практически сразу пришла к выводу, что эта молекула имеет форму двойной спирали. Но она не догадалась, что такая спираль скреплена парами оснований А – Т и Г – Ц.

В июне я впервые презентовал нашу модель в Колд-Спринг-Харборе на семинаре по вирусологии. Макс Дельбрюк похлопотал, чтобы меня пригласили выступить там. Но позвали в последний момент. Я принес на это крайне интеллектуальное мероприятие объемную модель, собранную в Кавендишской лаборатории. Пары аденин – тимин были красными, а гуанин – цитозин – зелеными.

Коротко и ясно: статья из журнала Nature с анонсом нашего открытия. Той же проблеме были посвящены две более объемные статьи – Розалинд Франклин и Мориса Уилкинса

Расплетаю двойную спираль: моя лекция в лаборатории Колд-Спринг-Харбор, июнь 1953

В аудитории присутствовал Сеймур Бензер, бывший физик, который развивал идеи из книги Шрёдингера. Он сразу же понял всю важность нашего исследования для изучения мутаций у вирусов. Он осознал, что теперь с коротким фрагментом ДНК бактериофага можно сделать то же самое, что ученики Моргана пятьюдесятью годами ранее проделывали с хромосомами дрозофил. Он собирался картировать мутации, то есть определять их последовательность, в рамках гена, так же как первые исследователи плодовых мушек картировали порядок генов в пределах хромосомы. Сеймур Бензер, как и Морган, считал, что каждый новый генетический набор должен образовываться путем рекомбинации. Однако если Морган в своей работе мог опираться на готовый механизм рекомбинации, отвечающий за образование половых клеток у дрозофилы, то Бензеру приходилось запускать рекомбинацию путем введения в бактерию, выступающую в роли клетки хозяина, двух разных бактериофагов, которые бы различались одной или более мутациями в исследуемом фрагменте ДНК. Внутри бактериальной клетки иногда могла происходить рекомбинация – обмен фрагментами молекул – между двумя разными вирусными ДНК. В результате возникали новые наборы мутаций, так называемые рекомбинанты. Всего за один год ошеломительно плодотворной работы в своей лаборатории в Университете Пердью Сеймур Бензер составил карту одного бактериального гена, rII, продемонстрировав, что в вирусной ДНК одна за другой упорядочиваются последовательные мутации, каждая из которых – очередная ошибка в генетическом сценарии. Этот язык оказался простым и линейным, все равно что строка текста на странице.