Люди, открывшие структуру ДНК

Close-up

«Секрет жизни»

Однажды февральским днем 1953 года в паб «Орел» Кэмбриджа (Великобритания) вошли двое молодых ученых, которые постоянно обедали в этом заведении, а работали в Кавендишской лаборатории. Один из них, Фрэнсис Крик, объявил таким же завсегдатаям: «Мы только что открыли секрет жизни!» Вторым был Джеймс Уотсон.

Потом была их публикация в журнале «Нэйчур», перепроверки результатов. А спустя девять лет за свое открытие Уотсон, Крик, а также Морис Уилкинс из Королевского колледжа Лондонского университета получили Нобелевскую премию в области физиологии и медицины. Они дали миру структурную форму дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК) – носителя генетической информации – и объяснили, как она передает эту информацию из клетки в клетку и от одного организма другому. С этого, собственно, и началась генная инженерия.

Победить конкурента его же оружием

К 50-м годам было известно, что ДНК – это большая молекула, состоящая из нуклеотидов аденина, цитозина, гуанина, тимина и простых химических единиц. Но никто не знал, какова ее пространственная структура и как она передается по наследству. В 1948 году Лайнус Полинг, легендарный американский химик из Калифорнийского технологического института (впоследствии лауреат двух Нобелевских премий), установил пространственную структуру других крупных молекул – белков.
Она оказалась спиральной. Причем чтобы сделать это, ему потребовались не столько строгие расчеты, сколько логика и модели молекул из картона, напоминавшие детские игрушки. Так он смог понять, какие элементы с какими предпочитают «соседствовать».

23-летний американец Джеймс Уотсон, стажер-биохимик, работавший в одной из лабораторий Копенгагена, загорелся идеей раскрыть структуру ДНК, услышав доклад незнакомого коллеги на научной конференции в 1951 году. Тем коллегой оказался Морис Уилкинс из Королевского колледжа Лондонского университета. Чтобы начать изучение ДНК, Уотсон добился перевода в Кэмбридж, где и познакомился с Фрэнсисом Криком. А тот хорошо знал Уилкинса. Так эта троица и объединилась. Хотя не все было просто. О том, с какими «приключениями» было совершено открытие, Уотсон написал в своей книге «Двойная спираль», которая в 70-е годы XX века была на Западе бестселлером.

Первым делом на пути исследователей встали… этические сложности. «Было бы не слишком красиво, если бы Фрэнсис вдруг занялся проблемой, над которой Морис работал уже несколько лет, – писал Уотсон. – В Англии так не делается». Впрочем, Уилкинс согласился работать вместе – показывать коллегам свои рентгенограммы кристаллической ДНК.

Лайнус Полинг тоже приближался к раскрытию тайны ДНК. Уотсон и Крик решили победить «конкурента» его же оружием – полагаясь не так на расчеты и рентгенограммы микроструктур, как на здравый смысл. «Нужно было сконструировать набор молекулярных моделей и начать играть ими. Если нам повезет, то ДНК окажется спиралью – ведь любая иная конфигурация была бы намного сложнее», – писал об этом Уотсон.

А Розалинд – против!

Поначалу спираль Уотсона и Крика была трехцепочечной. Но химики разгромили этот вариант в пух и прах. После столь громкого провала руководство Кавендишской лаборатории задалось вопросом, а надо ли их сотрудникам дублировать серьезную работу Мориса Уилкинса? Им было велено заняться другими исследованиями. Теперь о ДНК они размышляли только во время обедов в «Орле».

Несколько фактов о ДНК
• ДНК – это свитые в одну спираль две цепочки, состоящие из 3,2 млрд звеньев. Каждое звено имеет три составляющие: молекулу сахара, молекулу фосфата и структуру под названием азотистое основание (нуклеотид). Основание и служит носителем генетической информации.
• В ядре каждой клетки человеческого тела есть ДНК. Ее длина – около метра. Если все эти ДНК полностью развернуть, то их общая длина 600 раз покроет расстояние от Земли до Солнца.
• Из ДНК состоят гены, «упакованные» в 46 хромосом (их совокупность и представляет собой геном).
• Гены отвечают за производство аминокислот, из которых, в свою очередь, создаются белки, составляющие все органы и ткани. Сколько этих белков – неизвестно. Но именно от их «работы» зависят цвет глаз и волос, свойства характера и умственные способности.
• В генетической программе каждого из нас 30 тыс. генов. Это всего вдвое больше, чем у дождевого червя.
• Генетически люди разных рас ничем не отличаются.

Особенно критично выступала против идеи о спиральной структуре ДНК коллега Уилкинса Розалинд Франклин, которая изучала рентгеновскую дифракцию ДНК со своим аспирантом Реймондом Гослингом. Она имела репутацию феминистки, «синего чулка» и вообще особы с жутким характером. «Рози скорее удавила бы Мориса проволочной моделью молекулярной цепи, чем расположила бы ее спиралью по его приказанию», – иронизировал Уотсон. Впрочем, именно Розалинд сделала знаменитые рентгеновские изображения кристаллической структуры ДНК. Именно они укрепили ее коллег в предположении о том, что эта молекула имеет двухцепочечную спиральную структуру.

Уотсон и Крик строили модели ДНК из картона и жести, однако все они получались химически неправильными. И тут раздался гром среди ясного неба: Лайнус Полинг у себя в Калифорнии добился успеха и готовит научную публикацию! В Кэмбридже ее ждали, умирая от нетерпения. И когда наконец получили, то оторопели. «Допусти студент такую грубую ошибку, его сочли бы непригодным для дальнейшего обучения на химическом факультете…» – писал о модели ДНК Полинга Уотсон.

Процесс пошел

Может, Лайнус Полинг удостоился бы трех Нобелевских премий, если бы увидел рентгеновские снимки Розалинд Франклин раньше, чем ученые Кэмбриджа. Но им повезло. Однажды, раскладывая части модели, Уотсон заметил: если расположить тимин из одной нити спирали напротив аденина другой, а напротив гуанина – цитозин, то структура ДНК складывается. Нуклеотиды «стыкуются», словно части застежки-молнии! Крик установил, что водородные связи вроде бы естественны. Никто из приходивших убедиться в триумфе исследователей не нашел изъяна в их модели, построенной из картона и жести. Больше того, позднее Розалинд Франклин поздравила Крика и Уотсона с успехом.

Увы, она не получила Нобелевскую премию, поскольку умерла от рака в 1958 году. Только позднее ее коллеги оценили, насколько это была сильная и цельная личность. А резкость Розалин объяснялась тем, что она придерживалась только достоверных научных фактов и упорно трудилась ради их получения. Просто женщине в консервативном мужском мире британской науки 50-х годов XX века было очень тяжело доказать свою состоятельность. Позднее выяснилось, что каждая из цепей двойной спирали становится матрицей для природного синтеза другой, точно такой же спирали ДНК. Еще позднее с частями ДНК научились манипулировать. Благодаря этому теперь стали банальными некогда фантастические исследования. Скажем, пациент сдает мазок со слизистой оболочки на анализ. Если там даже в минимальном количестве есть гены вируса, то после быстрого «размножения» нужного фрагмента ДНК легко идентифицировать возбудителя заболевания. Этот метод получил название полимеразно-цепная реакция. И это только один пример практического применения открытия британцев. Конечно же, именно Уотсон и Крик заложили основы и для знаменитого проекта «Геном человека».

Между прочим, один из ученых, получивших Нобелевскую премию за открытие структуры ДНК, жив до сих пор. Это 92-летний Джеймс Уотсон. В 2007 году он опубликовал свой полностью расшифрованный геном в Интернете, в 2010 вышла на русском языке его автобиографическая книга «Избегайте занудства». Вплоть до 2014 года он занимался научными исследованиями и публиковал их результаты. И время от времени выдавал новые научные гипотезы – не менее эпатажные, чем в годы юности. Вот одна из них: глупость можно… вылечить, поскольку это генетическое заболевание. Что ж, один раз этот великий ученый уже попал в яблочко…

Использованы фото Shutterstock/FOTODOM UKRAINE

Прокрутить вверх