Дмитрий Складнев - Что может биотехнология?
Лекцию Н. Бора внимательно слушал молодой 26-летний немец, ученик известных радиохимиков О. Гана и Л. Мейтнера. Его звали Макс Дельбрюк. Поначалу в университете он занимался астрономией, но потом его захватила молодая и бурно развивающаяся квантовая физика, в результате чего он и попал на лекцию Н. Бора. Вернувшись в Берлин, Дельбрюк решил заняться изучением «элементарных актов». Вечерами, приходя с работы, он стал разбираться в том, что такое жизнь. Но быстро запутался в противоречивых теориях и обратился к Н. В. Тимофееву-Ресовскому и К. Циммеру. Собираясь втроем и обсуждая интересующие их проблемы, они попытались ответить на вопрос, каков объем гена, способного мутировать?
Задача была не из простых, особенно если учесть, что никто не знал, что такое ген. Знали только, что ген — это единица наследственности, но кроме этих весьма общих рассуждений дело дальше не шло. Согласно Моргану гены локализуются в хромосоме, но как их увидеть, если и сами хромосомы-то не всегда можно было различить даже в мощнейшие микроскопы.
Ученые рассуждали примерно так: «Известно, что для вызывания мутации необходимо воздействие рентгеновских лучей, которые представляют собой поток квантов электромагнитного излучения довольно большой энергии. Энергию квантов может рассчитать Делюбрюк — на то он у нас и физик-теоретик, увлекающийся к тому же квантовой физикой. А мы со своей стороны определим дозу облучения, количество и качество мутаций…»
Так в 1935 г. на свет появилась знаменитая «статья тройки», в которой делался удивительный вывод: объем гена, вернее его изменяющейся в ходе мутации части, не превышает куба со стороной грани не больше размера десяти атомов! То есть все мутационные события на молекулярном и квантовом уровне ограничены кубом, в пространстве которого умещается не более 1000 атомов. А то и меньше. Это был эпохальный результат. Ведь к тому времени уже было известно, что молекула белка, из которого, как думали, состоит ген, имеет значительно большие размеры.
Но если ген не из белка, тогда из чего же? На это «статья тройки» ответить не могла. Да исследователи и не ставили перед собой такой цели. К тому же их временный коллектив практически тут же распался.
На «статью тройки» обратил вниманий «селекционер талантов» Уоррен Вивер, директор отдела естественных наук Рокфеллеровского фонда. Он был захвачен той же идеей, что и Бор: приспособить новейшие открытия в области физики и химии, чтобы приступить к решению вечной загадки жизни. Именно Вивер запустил в обиход в 1938 г. термин «молекулярная биология» — наука, которая с той поры посвятила себя изучению молекул жизни.
М. Дельбрюк получил стипендию Рокфеллеровского фонда и уехал в США, где поначалу оказался недалеко от Моргана в Пасадене, штат Калифорния (в этой лаборатории был тогда и Н. И. Вавилов). Там Дельбрюк встретился с Л. Полингом, занимавшимся рентгено-структурным анализом нитей шелка, чтобы понять, как устроена молекула белка. Через некоторое время он откроет свою знаменитую альфа-спираль, образуемую в пространстве молекулой белка, из которого состоит шелк.
В 1940 г. М. Дельбрюк опубликовал в соавторстве с Полингом статью о принципе комплементарности живых молекул. Вся наука бредила тогда этим принципом, открытым Н. Бором (у нас его переводят еще как принцип дополнительности; «комплементом», или «комплиментом», в средние века называли дань, которую вассалы выплачивали своим сюзеренам; в науке утвердилось написание этого слова с корневым «е»). В биологии имеется очень много примеров комплементарности. Комплементарны, например, две ладони, древнекитайские символы «инь» и «янь», гнезда штепселя и штырьки вилки. Менее известно о комплементарности молекул антигена и антитела, что очень важно для иммунитета.
Антигеном называются молекулы или их части, с помощью которых болезнетворные организмы оказывают свое пагубное действие на наши клетки. Само слово «антиген» переводится дословно как «порождающий против (себя)». Поступая в организм, антиген порождает против себя антитела, представляющие специальные белки, синтезируемые особыми лимфоцитами, «сидящими» в лимфатических узлах. Природа так уж устроила, что эти белки-антитела подходят к молекулам антигенов и нейтрализуют их, соединяясь комплементарно. В этом отношении антитела можно сравнить с ножнами, которые комплементарны ножу или мечу и которые делают режущую часть безопасной, «нейтрализуют» лезвие.
Потом Дельбрюк перебрался в Нью-Йорк, а точнее на остров Лонг-Айленд, лежащий в океане неподалеку от Манхэттена. На этом острове есть бухта. Холодного ключа (Колд-Спринг-Харбор), на берегу которой располагалась некогда нью-йоркская биостанция, где одно время работал Морган. Со временем, правда, биостанция «переориентировалась» и стала лабораторией, в которой все больше интересовались вопросами, касающимися микроскопических форм живого.
К. Дельбрюку присоединился молодой итальянский врач-рентгенолог СЛуриа. В тридцатых годах он учился в Римском университете и довольно часто захаживал к своему приятелю, работавшему в лаборатории всемирно известной Энрико Ферми. В декабре 1938 г. Ферми поехал в Стокгольм на торжества, посвященные вручению ему Нобелевской премии, и в Италию Муссолини уже не вернулся. Луриа понял, что ему тоже нечего делать вместе с фашистским диктатором, и перебрался в Париж. Но вскоре Париж пал, и Луриа, который принимал активное участие в антифашистской борьбе, был вынужден уехать в США, где и обратился к Дельбрюку за помощью. Дельбрюка он знал по «статье тройки», которую ему показал в лаборатории Ферми его друг.
Вместе с Дельбрюком Луриа организовали знаменитую «фаговую школу» на Лонг-Айленде в Колд-Спринг-Харборе. Фагами, а вернее бактериофагами, называют вирусы — враги бактерий. Атакуя бактерию, вирус проникает в нее, размножается и убивает клетку, как бы «поедает» ее (название фага образовано от греческого «фагейн» — поедать, пожирать). В 1942 г. Дельбрюк и Т. Андерсон впервые увидели фаги в совершенно новый для того времени электронный микроскоп. Луриа часть работы проводил в Рокфеллеровском институте в Нью-Йорке, где встречался с Левеном. Тот продолжал уверять всех, что нуклеиновая кислота имеет очень монотонную структуру, нуклеотиды ее повторяют раз за разом А-Г-Т-Ц, А-Г-Т-Ц и т. д. Что может быть интересного в такой монотонно повторяющейся последовательности?
А в это время по другую сторону Атлантического океана в Европе бушевала кровопролитная война. На британских островах появлялось все больше беженцев, пытавшихся спастись от фашистов. Среди них был Э. Шредингер, поэт и физик-теоретик, получивший Нобелевскую премию в 1933 г. Он преподавал в колледже ирландской столицы (г. Дублин). Летом 1943 г. он прочитал курс лекций физикам, который затем вылился в книжку «Что такое жизнь? С точки зрения физика». Название книжки говорит само за себя.
В этой книге он, помимо примера с «габсбургской губой», о которой мы уже говорили выше, рассказал и о статье Тимофеева-Ресовского, Циммера и Дельбрюка. Авторитет Шредингера был настолько велик, что многие физики обратили внимание на эту статью, которую бы иначе они просто не заметили. Среди этих физиков был и Ф. Крик из Кембриджа. Он потом писал, что книжка Шредингера оказала большое влияние на «многих, кто пришел в биологию из физики сразу же после войны».
В Америке книжку прочитал молодой аспирант С. Лурии — самый первый и самый любимый ученик римлянина. Это был талантливый биолог из «глубинки» Америки, который закончил университет штата Индиана в 18 лет, занимался изучением птиц, а потом, услышав лекции Лурии по фагам, круто изменил область интересов и применения своих сил и пришел в «фаговую школу». Звали этого бывшего орнитолога Джеймс Уотсон. Он тоже потом вспоминал, что, прочитав книжку Шредингера, «загорелся мечтой узнать, что такое ген!»
В 1943 г. произошло эпохальное событие — была определена химическая природа гена! «Здесь выделен ген в чистом виде», писал в 1943 г. из Рокфеллеровского института к себе на родину в Австралию М. Барнет, будущий нобелевский лауреат в области медицины за 1960 г. В какой же лаборатории это произошло? А произошло это в лаборатории пневмонии, руководителем которой был Освальд Эйвери. Эйвери занимался пневмококком в 1917 г. В 1928 г. он прочитал статью Ф. Гриффита и тут же поручил своим сотрудникам проверить данные англичанина. Данные были совершенно точные, более того, трансформацию пневмококков можно было осуществлять даже в пробирке, что сразу же облегчило задачу изучения этого молекулярного явления. А в том, что это было молекулярное явление, Эйвери не сомневался. С М. Маккарти и К. Маклеодом они в конце концов доказали, что за трансформацию ответственна «кислота дезоксирибозного типа», о чем они и написали в статье, вышедшей в свет 4 февраля 1944 г. Этот день можно считать днем рождения дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК) в биологическом смысле слова. Стало ясно, что ген — это ДНК!
