Открытия, которые изменили мир - Страница 72

К 1951 г., применив лучшие навыки лабораторной работы к анализу компонентов ДНК, Чаргафф обнаружил кое-что необычное. Хотя у разных организмов названные четыре основания присутствовали в разных количествах, все живые существа обладали одной общей чертой. Количество аденина (A) и тимина (T) в их ДНК всегда было одинаковым, как и количество цитозина (Ц) и гуанина (Г). Смысл этого любопытного соотношения — один к одному (АТ и ЦГ) — был неясен, хотя и значим с одной очень важной точки зрения. Эта пропорция освобождала ДНК от старой «тетрануклеотидной гипотезы», которая утверждала, что все четыре основания монотонно повторялись, без вариаций, во всех существующих видах. Открытие парного принципа означало более высокий творческий потенциал. Может, ДНК не так уж и глупа? И хотя Чаргафф не осознавал значимости своих исследований, они привели его к следующему важному этапу: открытию того, что представляла собой наследственность — и как она работала.

Веха № 8

Как игрушка: секреты ДНК и наследственности наконец раскрыты

В 1895 г. Вильгельм Рентген изумил весь мир и произвел революцию в медицине первым своим снимком — жутковатой фотографией руки своей жены. Спустя 55 лет рентгеновский снимок снова изумил мир и вызвал революцию в медицине. Конечно же, снимок ДНК производил не столь сильное впечатление, как фото человеческой руки, и выглядел скорее как волны, которые идут от камня, брошенного в пруд, нежели «скелет» наследственности. Но как только эту странную схему удалось изобразить в виде двойной спирали ДНК — знаменитой структуры, напоминающей винтовую лестницу, которую ученый-биофизик Макс Дельбрюк однажды сравнил с «детской игрушкой, которую можно купить в скромном магазинчике за углом», — решение старой как мир тайны стало очевидным.

Для Джеймса Уотсона, аспиранта лаборатории Кэвендиш в Англии, конференция в Неаполе, которую он посетил в мае 1951 г., стала началом периода волнующих открытий. Он слушал выступление Мориса Уилкинса, уроженца Новой Зеландии, британского специалиста по молекулярной биологии в Королевском колледже в Лондоне, и был изумлен, когда тот показал слушателям рентгеновский снимок ДНК. И хотя сочетание расплывчатых серых и черных линий на фотографии было слишком неясным, чтобы определить структуру ДНК и уж тем более ее роль в наследственности, для Уотсона это фото стало потрясающей иллюстрацией того, как может быть организована молекула. Задолго до этого высказывалось предположение, что ДНК может иметь структуру спирали. Но когда Розалинд Франклин, еще один исследователь Королевского колледжа, представила более четкие изображения, на которых было видно, что ДНК может существовать в двух разных формах, разгорелся спор: спираль ли это вообще?

В конце 1951 г. Уотсон и его коллега Фрэнсис Крик начали работать над этой проблемой. Используя данные, собранные другими учеными, они создали картонные шаблоны различных компонентов ДНК и разработали модели, демонстрирующие возможную структуру молекул, однако они оказались ошибочными. Затем, в начале 1953 г., в ходе борьбы за возможность первым разгадать структуру, обстоятельства сложились так, что Уотсон посетил Королевский колледж, где Уилкинс показал ему недавно сделанный Розалиндой рентгеновский снимок — изумительное изображение, на котором были четко видны элементы спирали. Вернувшись в лабораторию Кэвендиш с этой новой информацией, Уотсон и Крик внесли изменения в свои модели, и к концу февраля 1953 г. ребус наконец сложился: молекула ДНК представляла собой двойную спираль, своего рода две винтовые лестницы, одна из которых шла вверх, а другая вниз. Молекулы сахарофосфатного остова, впервые определенные Фридрихом Мишером в 1869 г., формировали пару «перил», а пары азотистых оснований, описанные Чаргаффом (АТ и ЦГ), объединившись, образовывали «ступеньки».

Когда Крик и Уотсон опубликовали свои результаты в апреле 1953 г., их модель двойной спирали была воспринята как потрясающее достижение — не только потому, что она описывала структуру ДНК, но и потому, что она объясняла, как ДНК могла работать. Например, что именно представляет собой ген? В соответствии с новой моделью предполагалось, что ген (точнее, аллель гена) — это конкретная последовательность пар азотистых оснований внутри двойной спирали. И, учитывая длину спирали ДНК (как мы сейчас знаем, в каждой клетке около 3,1 млрд пар), азотистых оснований более чем достаточно для того, чтобы гены могли определять сырьевое вещество для живых организмов, включая наследственные признаки. Также модель предполагала, как эти последовательности АТ и ЦГ могут участвовать в создании других соединений: когда спирали раскручивались, то «оголенные» азотистые основания служили шаблоном для построения белков или — при подготовке к делению — новой ДНК.

Хотя Крик и Уотсон не уточнили все эти детали в своей работе, они отлично понимали значимость новой модели. «Мы не могли не заметить, что наличие пар [оснований] означает возможность копирования генетического материала». Позже, в другой работе, они дополнили эту мысль: «…таким образом, вероятно, что точная последовательность оснований — код, который несет генетическую информацию». Примечательно, что всего несколькими месяцами ранее Крик был куда менее осторожен. По рассказам очевидцев, он «заскочил» в местный паб и объявил, что он и Уотсон открыли «секрет жизни».

Веха № 9

Великий подсчет: сколько у человека хромосом?

К тому моменту, когда Крик и Уотсон обнаружили детали структуры ДНК в 1953 г., мир уже много лет знал, сколько хромосом в клетке человеческого организма. Впервые описанные в 1882 г. Вальтером Флемингом хромосомы — крошечные парные структуры, в которые закручивается, наматывается и заворачивается ДНК. В следующие несколько десятилетий о хромосомах узнали все. И хотя увидеть и сосчитать их было сложно из-за технологических ограничений того времени, к началу 1920-х генетик Теофилус Пэйнтер смело объявил число, которое по всему миру было признано универсальным, — 48.