Что за безумное стремленье! - Фрэнсис Крик

В этот период теоретики усиленно бились над попытками разрешить проблему кода – в первую очередь Гамов, Ичас и Рич. Гамов и Ичас выдвинули идею «комбинаторного кода», где порядок оснований в триплете не имел значения, а важна была только их комбинация. Хотя эта гипотеза была неправдоподобна со структурной точки зрения, в ней что-то было, поскольку возможных комбинаций из четырех элементов, взятых по три, получается как раз двадцать. Но по-прежнему оставалось совершенно неясным, как соотнести каждую аминокислоту с комбинацией оснований.

Ученые всё еще думали, что код должен быть перекрывающимся, поэтому поиск ограничений на аминокислотную последовательность продолжался. По мере того как открывали новые последовательности, их добавляли к уже известным, но не находилось ни малейших признаков того, что какие-либо последовательности запрещены, пусть поначалу данные и были чересчур скудными, чтобы мы могли быть уверены в том, что ничего не упустили. Внимание было сосредоточено в основном на соседних аминокислотах. Комбинаций из двух аминокислот возможно общим счетом 400 (20х20). Любая перекрывающаяся тройка могла бы кодировать лишь 256 (64 возможных тройки, помноженных на 4), так что код подобного рода должен был иметь ограничения. Сидни Бреннер сообразил, что этот довод можно усилить. С любым триплетом могли соседствовать по одну сторону лишь четыре других триплета. Например, если речь идет о триплете AAT, то предшествовать ему могли только TAA, ЦAA, AAA и ГAA, тогда как следовать после него – только ATT, ATЦ, ATA и ATГ, если принять, что код перекрывается. Следовательно, если в известных последовательностях у определенной аминокислоты окажется девять и более «соседей», следующих после нее, значит, ее кодирует не менее трех триплетов, поскольку два триплета дают лишь восемь. Сидни сумел показать, что необходимое количество триплетов существенно превышает 64 и что, следовательно, все перекрывающиеся варианты триплетного кода невозможны. Это рассуждение исходило из посылки, что код «универсален» – то есть одинаков для всех организмов, для которых получены экспериментальные данные, – но оно было достаточно убедительно, чтобы мы практически уверились в ошибочности идеи перекрывающегося кода.

Это не отменяло геометрического затруднения. Как могла в процессе синтеза белков одна аминокислота оказаться достаточно близко к другой для соединения в цепочку, если кодирующие их триплеты не перекрывались и, следовательно, были разделены некоторым расстоянием? Сидни предположил, что у постулируемых адапторов имеется гибкий хвостик, к концу которого присоединяется нужная аминокислота. В ту пору мы с Сидни не рассматривали эту идею слишком серьезно и называли ее «авось-теорией», подразумевая, что можно представить себе по крайней мере один способ, которым природа могла бы разрешить эту проблему, так что незачем на данном этапе переживать, каков в действительности правильный ответ, тем более что перед нами стояли более важные задачи. В данном случае, как оказалось, Сидни был прав. У каждой транспортной РНК в самом деле есть гибкий хвостик, к которому присоединяется аминокислота.

В скобках позволю себе заметить, что английская школа молекулярной биологии, когда ей нужно как-то назвать новое понятие, обычно использует общеизвестное английское слово, такое как «бессмысленный» (nonsense) или «перекрывающийся» (overlapping), тогда как парижане любят сочинять слова с латинскими корнями, например, «капсомер»[38] (capsomere) или «аллостерическая регуляция»[39] (allosterie). Бывшие физики, например, Сеймур Бензер, обожают придумывать слова, оканчивающиеся на «-он»: «мутон», «рекон», «цистрон»[40]. Новые слова зачастую быстро входили в обиход. Однажды молекулярный биолог Франсуа Жакоб уговорил меня выступить с докладом в парижском клубе физиологов. По тогдашним правилам все доклады следовало делать на французском. Меня не обрадовало это предложение, ибо с французским у меня совсем плохо, но Франсуа дал понять Одилии (одинаково хорошо говорившей на английском и французском), что, если я соглашусь, она тоже получит возможность съездить в Париж, так что вскоре мне пришлось сдаться. Я решил выступить по вопросу генетического кода, пребывая в убеждении – как оказалось, ложном, – что осилю доклад, написав основные положения мелом на доске. Но вскоре стало ясно, что говорить по-французски мне придется, чтобы объяснить суть идей, так что я начал с того, что надиктовал весь доклад секретарше (обычно я использую для докладов заметки). Затем я выкинул оттуда все шутки, потому что даже при выступлении перед секретаршей обнаружил, что мои импровизированные анекдоты неуместны, и понял, что вряд ли смогу прочесть их бесстрастно. Затем Одилия перевела доклад на французский, рукопись ее была перепечатана на машинке и повсюду расставлены ударения, чтобы мне было легче читать. Однако возникла проблема, как перевести термин «перекрывающиеся». Как это будет по-французски? В конце концов Одилия вспомнила подходящее слово, и мы выехали в Париж. Я настолько сомневался в этом странном слове, что по прибытии спросил у Франсуа, какое слово у них используется в значении «перекрывающиеся». «А, – ответил он, – мы просто говорим пере-кри-ваю-штиеса».

Я был бы рад похвастаться, что доклад прошел успешно, но не могу. Начал я достаточно гладко, старательно зачитывая, но по мере того как входил в раж, мое произношение становилось все более диким. Обсуждение – в основном на французском – далось мне крайне тяжело. После доклада я спросил Франсуа, как я выступил. «Не так уж плохо, – тактично отозвался он, – только непохоже на себя». Я понял, что он имеет в виду: ни спонтанности, ни юмора. С тех пор я ни разу не пытался делать доклады на иностранных языках, хотя мое французское произношение со временем и улучшилось.

Стало ясно, что код не перекрывается, но из-за этого тут же встала новая проблема. Если код читался как последовательность неперекрывающихся триплетов, как узнать, где границы между триплетами? Иначе говоря, если мы представим себе, что нужные тройки разделены запятыми (например, ATЦ, ЦГA, TТЦ), откуда клетка знает, где ставить «запятые»? Очевидная мысль, что считывание начинается с начала (где бы оно ни находилось) и продвигается шагами по одной тройке за раз, казалась слишком простой, и я решил (ошибочно), что должно быть какое-то другое решение. Мне пришло в голову попытаться смоделировать код со следующими характеристиками. При наличии определенной рамки считывания все триплеты будут «осмысленными» (то есть кодирующими ту или иную аминокислоту), тогда как все триплеты, считывающиеся вне рамки (расположенные в местах воображаемых «запятых»), будут «бессмысленными» – то есть у них не будет адаптора и потому они не смогут кодировать никакую аминокислоту. Я рассказал об этой идее Лесли Орджелу, который тут же отметил, что в таком коде максимальное количество кодирующих триплетов будет равняться 20. Комбинация типа ААА должна быть бессмысленной, поскольку последовательность ААА может читаться с любым сдвигом. (К тому времени мы уже приняли по умолчанию, что любая аминокислота может следовать за каждой.) Это исключало 4 из 64 триплетов. Если триплет XYZ кодирующий, то круговые перестановки YZX и ZXY должны быть некодирующими, так что максимальное число кодирующих триплетов равняется 60 : 3 = 20. Вопрос был в том, существует ли набор из 20 триплетов с подобными свойствами. Я валялся в постели с тяжелой простудой, но обнаружил, что по крайней мере 17 насчитать могу легко. Лесли указал на эту проблему Джону Гриффиту, который насчитал 20 с подходящими свойствами. Мы вскоре обнаружили несколько других решений (плюс множество перестановок), так что сомнения отпали: такой код возможен. Мы даже изобрели убедительный довод, объясняющий, чем он полезен.