Сэм Кин - Синдром Паганини и другие правдивые истории о гениальности, записанные в нашем генетическом коде
Очнувшись, Ямагучи не понимал, сколько времени прошло – может быть, считаные секунды, а может быть, час. В городе стоял сумрак. Грибовидное облако подняло с земли тонны пепла и грязи, рядом догорали высушенные листочки картофеля. Кожа Цутому также словно пылала. После выпитого горячего чая он закатал рукава рубашки, а теперь увидел, что предплечья страшно обгорели – по виду увечья напоминали сильнейшие солнечные ожоги. Он поднялся и, пошатываясь, побрел через картофельное поле, через каждые несколько шагов останавливаясь передохнуть, спотыкаясь о другие жертвы – обгоревшие, истекающие кровью, разорванные взрывом. Движимый странным чувством долга, он добрался до офиса «Мицубиси». На месте бывшего здания он нашел дымящиеся развалины, по которым кое-где трепетали последние огоньки, а также обнаружил множество погибших коллег – ему, опоздавшему, так повезло. Ямагучи шел дальше, время медленно текло час за часом. Ямагучи пил воду из покореженных труб, а на станции скорой помощи смог попробовать печенье, после чего его сразу же стошнило. Ближайшую ночь Ямагучи скоротал под перевернутой лодкой на берегу моря. Левая рука Цутому почернела, так как в момент взрыва оказалась без всякой защиты подставлена под белую вспышку.
Все это время под опаленной кожей Ямагучи его ДНК страдала от гораздо более тяжелых увечий. Атомная бомба, сброшенная на Хиросиму, окатила город потоками разнообразного излучения, в том числе высокоэнергетическими рентгеновскими и гамма-лучами. Гамма-лучи, как и другие разновидности радиоактивного излучения, цепляют ДНК и наносят ей точечный ущерб. Гамма-лучи простреливают ДНК и окружающие ее молекулы воды, выбивая из атомов электроны, как зубы при апперкоте. Из-за внезапной потери электронов атомы превращаются в свободные радикалы – химически активные осколки, которые бурно образуют химические связи. Начинается цепная реакция, расплетающая ДНК, а иногда даже рвущая хромосомы на куски.
К середине 1940-х годов ученые начали постепенно понимать, почему дробление или разрушение ДНК вызывает такие катастрофические повреждения в живой клетке. Сначала группе ученых из Нью-Йорка удалось убедительно доказать, что гены являются участками ДНК. Это открытие опровергло всеобщее убеждение в белковой природе наследственности. Но, как показало второе исследование, между ДНК и белками все-таки существует особая связь: ДНК отвечает за сборку белков, причем каждый из генов в ДНК содержит рецепт ровно одного белка. Иными словами, гены постоянно заняты сборкой белков, и именно таким образом они кодируют биологические признаки любого организма.
В сумме два этих открытия объясняли, в чем заключается вред радиации. При разрушении ДНК повреждаются гены; когда гены выходят из строя, нарушается синтез белков, а при дефиците белков гибнут клетки. Ученые пришли к такому выводу не сразу; важнейшая научная статья, в которой описано соотношение «один ген – один белок» была опубликована всего за несколько дней до бомбардировки Хиросимы. Однако к тому времени уже было известно достаточно, чтобы содрогнуться об одной мысли о ядерном оружии. Когда в 1946 году Герман Мёллер получил заслуженную Нобелевскую премию, в интервью газете «Нью-Йорк Таймс» он предрек, что «если бы выжившие после атомной бомбардировки могли увидеть, что станет с их потомками через тысячу лет, то они позавидовали бы мертвым».
Несмотря на весь пессимизм Мёллера, Ямагучи во что бы то ни стало хотел выжить – ради семьи. Он испытывал смешанные чувства относительно войны. Сначала был против нее, затем какое-то время поддерживал, впоследствии вновь склонялся к антивоенным настроениям, когда Япония начала проигрывать. Ямагучи опасался, что на его родной остров высадится неприятель – и что тогда станет с женой и сыном? В таком случае Ямагучи даже был готов дать им смертельную дозу снотворного, чтобы спасти от мучений. Спустя несколько часов после бомбардировки Хиросимы, он очень затосковал по родным. Поэтому, узнав, что из города один за другим уходят поезда, он собрал последние силы и решил побыстрее отправиться домой.
Город Хиросима расположен на множестве островов, и, чтобы попасть на вокзал, Цутому пришлось переправиться через реку. Все мосты обрушились или сгорели, поэтому Ямагучи, сжав волю в кулак, попытался перебраться на другой берег по жуткому месиву мертвых тел, устилавших всю реку. Он буквально полз, отпихивая с пути обгоревшие части тел. Но неожиданно в слое трупов обнаружилась огромная полынья, вынудившая его повернуть назад. Выше по течению реки Ямагучи добрался до железнодорожной эстакады, в которой устоял один из пролетов около сорока метров в длину. Он залез на эту конструкцию, а дальше по металлическому тросу добрался до берега и спустился на землю. Пробравшись через толпу, бедняга очутился на вокзале, а вскоре – и в вагоне поезда. К счастью, поезд тронулся достаточно скоро, Ямагучи был спасен. Поезд летел по рельсам всю ночь, пока, наконец, не прибыл в родной город Цутому – Нагасаки.
* * *Физик, оказавшийся в Хиросиме, мог бы констатировать, что гамма-лучи искорежили ДНК Ямагучи за триллионные доли секунды. С точки зрения химика, самые драматичные события закончились бы за миллисекунду, – к этому моменту свободные радикалы уже успели бы изрешетить ДНК. Цитолог мог бы наблюдать за организмом уцелевшего несколько часов, отслеживая, как клетки пытаются залатать изорванную двойную спираль. Врач диагностировал бы у пострадавшего лучевую болезнь – головные боли, рвоту, внутренние кровотечения, отслоение кожи, малокровие – все эти симптомы проявляются в течение недели. Наибольшее терпение пришлось бы проявить генетику. Генетический ущерб, нанесенный жертвам атомных бомбардировок, проявляется спустя годы и даже десятилетия. По мрачному стечению обстоятельств, именно за эти десятилетия ученые смогли составить полную картину работы генетических механизмов, а также возникающих при этом сбоев. Можно сказать, что они наблюдали растянутый во времени непрерывный репортаж о разрушении ДНК.
Сегодня, изучая в ретроспективе эксперименты над ДНК и белками, проводившиеся в 1940-е годы, мы находим их очень убедительными. Однако в те годы лишь некоторые ученые смогли распознать, что именно ДНК является носителем генетической информации. Более веские доказательства на этот счет были получены в 1952 году вирусологами Альфредом Херши и Мартой Чейз. Они знали, что вирус инфицирует клетку, подменяя ее генетический материал своим. А поскольку вирусы, которые они изучали, состояли только из ДНК и белков, гены должны были находиться либо в ДНК, либо в белках. Альфред и Марта решили пометить вирусы радиоактивными изотопами серы и фосфора, а затем выпустить их в клеточную культуру. Соответственно, если бы генетическая информация передавалась через белок, то в инфицированных клетках обнаружилась бы радиоактивная сера. Но когда Херши и Чейз отделили зараженные клетки, они нашли там только радиоактивный фосфор. Это означало, что вирус внедряет в клетку именно свою ДНК.
Результаты своего исследования ученые опубликовали в 1952 году, окончив статью предостережением: «Описанные эксперименты не предполагают каких-либо иных выводов химического характера». Точно. Все ученые, которые к тому моменту еще занимались проблемой белковой наследственности, забросили свои прежние исследования и сосредоточились на изучении ДНК. Развернулась настоящая гонка – кому же первому удастся понять структуру ДНК? В апреле 1953 года, спустя всего год после выхода статьи Херши и Чейз, весь мир узнал о двух нескладных парнях, научных сотрудниках Кембриджского университета – Фрэнсисе Крике и Джеймсе Уотсоне (кстати, Уотсон ранее учился у Германа Мёллера). Крик и Уотсон впервые предложили термин «двойная спираль», который впоследствии стал легендарным.
Двойная спираль, описанная Уотсоном и Криком, состоит из двух длинных нитей, сплетающихся в единую правовращающую косичку. Поднимите правую руку и направьте большой палец в потолок. Теперь остальные пальцы у вас на правой руке согнуты в направлении против часовой стрелки; можно сказать, что спираль ДНК завивается вокруг них снизу вверх. Каждая нить состоит из двух главных цепей, которые удерживаются вместе парными нуклеотидными основаниями, входящими друг в друга плотно, как кусочки пазла. Угловатый аденин (А) сочетается с тимином (Т), изогнутый цитозин (Ц) – с гуанином (Г). Гениальная догадка Уотсона и Крика заключалась в том, что в силу такой взаимной дополнительности (комплементарности) парных оснований А – Т, Ц – Г одна нить ДНК может служить шаблоном для копирования другой. То есть, если одна сторона двойной спирали содержит нуклеотиды Ц – Ц – Г – А – Г – Т, то вторая должна иметь вид – Г – Г – Ц – Т – Ц – А. Система настолько проста, что всего за одну секунду можно скопировать сотни оснований ДНК.
