Требуется сборка. Расшифровываем четыре миллиарда лет истории жизни – от древних окаменелостей до ДНК - Нил Шубин

После участия в очередном протесте Вильсон предложил Кинг вернуться в аспирантуру, хотя бы для того, чтобы защитить диссертацию и получить диплом, что помогло бы ей продвинуться в политической сфере. Ее почти сразу увлекла научная работа Вильсона, связанная с анализом данных. Но в лаборатории Вильсона ей представилась и другая возможность преодолеть себя: нужно было выйти из мира чисел и уравнений и научиться работать с кровью, белками и клетками.

В дополнение ко всему Вильсон хотел, чтобы она делала некую сложную экспериментальную работу. После того как Цукеркандль и Полинг выполнили свои первые исследования на белках, исследователи ряда лабораторий пытались установить, какие из ныне живущих человекообразных обезьян являются нашими самыми близкими родственниками и как давно мы с ними разошлись от общего предка. Вильсон и его коллеги считали, что ответ можно получить, собрав максимальное количество данных. Вполне в духе Вильсона, Кинг решила исследовать не только гемоглобин, но и каждый доступный ей белок. Наличие сигналов многих белков означало бы надежный эволюционный сигнал. Кинг и Вильсон получали образцы крови шимпанзе из разных зоопарков и образцы человеческой крови из больниц. Хотя у Кинг не было достаточной сноровки для лабораторной работы, ей пришлось искать выход: кровь шимпанзе сворачивается чрезвычайно быстро, поэтому нужно либо работать с ней очень оперативно, либо найти новые методы. В конце концов она сделала и то и другое.

Кинг решила использовать быстрый метод для выявления различий между белками. Это был упрощенный вариант метода, который десятью годами ранее применял Цукеркандль. Если два белка различаются по аминокислотной последовательности, они различаются и по молекулярной массе. Кроме того, поскольку белки состоят из разных аминокислот, следовательно, они несут на себе разный электрический заряд. В техническом плане, если вы помещаете белки в суспензию из геля и пропускаете электрический ток, белки движутся через гель в соответствии с величиной своего заряда. Похожие белки движутся с одинаковой скоростью, различающиеся белки – по-разному. Такой гель можно сравнить со стадионом с беговыми дорожками, движение по которым определяется электрическим зарядом. Похожие белки за одинаковое время проходят одинаковое расстояние. Чем сильнее белки различаются между собой, тем дальше друг от друга они расположатся на геле.

Кинг начала работать, не будучи уверенной в своих силах. Как назло, еще и Вильсон отбыл в годичный творческий отпуск в Африку, оставив ее почти в одиночестве. Раз в неделю она должна была звонить ему по телефону, чтобы рассказывать о результатах, но фактически она на долгое время осталась без руководителя.

Поначалу дела шли не очень хорошо. Кинг научилась выделять белки человека и шимпанзе и наносить их на гель. Она включала ток, но почти во всех парах белки человека и шимпанзе продвигались практически на одно и то же расстояние. Она не видела значительных различий между белками человека и шимпанзе. Правильно ли она проводила выделение? Правильно ли она разделяла белки на геле? Надежды на научный прорыв улетучивались.

Во время регулярных обсуждений по телефону Кинг докладывала о своих результатах Вильсону, который обычно вдавался в технические детали, как если бы был в Беркли. Но как он ни критиковал ее работу, результаты получались все те же. Последовательности белков человека и шимпанзе были почти идентичными. И это касалось не какого-то одного белка, таких белков обнаружилось более сорока. На самом деле это не было бессмыслицей: Кинг выяснила нечто чрезвычайно важное в отношении генов, белков и человеческой эволюции.

Кинг сравнила белки шимпанзе и человека с белками других млекопитающих. И тут важность ее результатов стала очевидной. Человек и шимпанзе в генетическом плане ближе, чем два вида мышей между собой. Почти идентичные виды фруктовых мух генетически различаются сильнее, чем человек и шимпанзе. На уровне генов и белков человек и шимпанзе – практически одно и то же.

Гели Кинг продемонстрировали величайший парадокс. Анатомические отличия человека от шимпанзе (более крупный мозг, прямохождение, пропорции лица, черепа и конечностей) не связаны с различием белков или кодирующих их генов. Но если белки и ДНК, на основании которой они синтезируются, так похожи, с чем же связаны различия? Кинг и Вильсон имели некоторые подозрения, но у них не было технической возможности их проверить.

Более поздние данные подтвердили результаты Кинг и Вильсона. Из сравнения геномов человека и шимпанзе становится ясно, что их сходство составляет от 95 до 98 %.

Дальнейшие открытия были сделаны не руками студентки и ее научного руководителя, работавших в одиночку. Для получения новых результатов нужна была большая наука, такая, о которой докладывают президенты и премьер-министры.

В тот момент, когда президент США Билл Клинтон и премьер-министр Великобритании Тони Блэр проводили пресс-конференцию при участии руководителей двух конкурирующих групп, занимавшихся секвенированием генома человека (общественной организации под руководством Фрэнсиса Коллинза и частной компании Крейга Бентера), последовательность генома была известна лишь приблизительно. Несмотря на всеобщий энтузиазм, тогда, в 2000 году, еще не были прочитаны очень большие куски генома, и мало что было известно о том, какие части важны для здоровья и развития человека.

Первичные результаты проекта “Геном человека” в меньшей степени касались последовательности генома, чем разработки технологии его анализа. Соревнование за победу в секвенировании генома человека вызвало невероятный технологический подъем, продолжающийся до сих пор. Как известно, в 1965 году Гордон Мур[10] предсказал, что мощность микропроцессоров каждые два года будет увеличиваться вдвое. Мы ощущаем результаты этого роста при каждой покупке электронного устройства: компьютеры и телефоны от года к году становятся мощнее и дешевле. Геномные технологии развиваются с точно такой же скоростью. На выполнение проекта “Геном человека” ушло более десяти лет, было затрачено свыше 3,8 миллиарда долларов и потребовалось множество аппаратуры. Сегодня существуют специальные аппараты для секвенирования, и уже появились портативные секвенаторы.

После картирования человеческого генома ежегодно стали публиковаться последовательности геномов других видов. Теперь скорость появления информации о новых геномах ограничивается только возможностями научных журналов, которые ее публикуют. Были выполнены проекты по секвенированию геномов мыши, лилии, лягушки – абсолютно всего, от вирусов до приматов. Поначалу публикация результатов каждого геномного проекта становилась сенсацией; такие публикации появлялись в лучших журналах и сопровождались сообщениями в прессе. Сегодня публикации о последовательностях новых геномов практически не привлекают внимания, если только не имеют отношения к важным биологическим или медицинским проблемам.

Но хотя престиж геномных статей упал, сами статьи продолжают оставаться золотой жилой, которая привела бы в восторг Эмиля Цукеркандля, Лайнуса Полинга и Аллана Вильсона. Зная последовательности геномов мух, мышей и людей, мы можем искать в них ответы на важнейшие вопросы о жизни: каким родством связаны между собой разные виды и что отличает один вид от другого.