Расшифрованная жизнь. Мой геном, моя жизнь - Крейг Вентер

Я начал читать о рецепторах, о белках в клетке, с которыми поначалу взаимодействуют лекарства и гормоны. По одной популярной тогда в Англии теории, адреналин работал внутри клетки, а согласно широко распространенной в Америке точке зрения, – где-то на поверхности клетки. Я предложил Каплану положить конец этому спору, используя слои согласованно сокращающихся клеток сердца. Ему понравилась моя идея, и он даже предоставил мне небольшую лабораторию. К тому времени на Каплана работало более сорока ученых. Они ютились в нескольких лабораторных комнатах и мечтали о собственном рабочем месте, а потому были далеко не в восторге, узнав, что единственная свободная комната досталась какому-то студентику без всякого опыта работы.

А я, не обращая внимания ни на что, увлеченно экспериментировал – с двенадцатидневными оплодотворенными куриными эмбрионами: делал отверстие в верхней части скорлупы, а затем выливал содержимое яйца в чашку Петри. Эмбрионы были полупрозрачные, с огромными глазами. Красные, бьющиеся сердечки просвечивали сквозь кожу. Я вырезал их хирургическими ножницами, измельчал, а затем использовал фермент для разложения коллагена, который склеивал клетки сердца. Затем в течение суток я инкубировал клетки при температуре тела в питательной среде, содержащей сахар, аминокислоты и витамины, после чего изучал их под микроскопом. И тут я стал свидетелем настоящего чуда.

Крошечные клетки, которые я извлек из цыплят, прилепились к пластиковой поверхности чашки и как бы распластались. Каждая из них сокращалась, как тысячи крошечных сердец. Я наблюдал за ними несколько часов, а затем на моих глазах происходило второе чудо: по мере того как клетки сердца делились и начинали касаться друг друга, их биение становилось все более и более синхронным, пока, наконец, превратившись в единый плотный слой клеток, они не начинали сокращаться как единое целое.

И я, и Каплан и другие наши коллеги взволнованно следили за тем, как в чашке Петри неустанно трудятся клетки куриного сердца. Я вспрыснул в чашку небольшое количество адреналина, и эффект стал поистине магическим: клетки тут же забились еще быстрее. Смываю адреналин – и они замедляют ритм и возвращаются к нормальной скорости биения. Добавляю адреналин, и они снова начинают неистово сокращаться. При обсуждении с Капланом полученных результатов мы придумали принципиально новый способ разгадывания секрета действия адреналина. Поисками ответа на вопрос, где именно в клетке действует адреналин, я буду заниматься ближайшие 10 лет.

А в это время на восточном побережье США, в одном из Национальных институтов здоровья (НИЗ), в лаборатории лауреата Нобелевской премии по химии Кристиана Анфинсена молодой ученый по имени Педро Куатрекасас присоединил инсулин к крошечным бусинкам сахара (сефа розе) и обнаружил, что из-за большого размера полученных гранул инсулин не может проникнуть внутрь липидных клеток. Тем не менее он продолжает работать в качестве гормона и стимулирует жировые клетки, которые, в свою очередь, преобразуют глюкозу в триглицериды. Этот простой и элегантный эксперимент доказывал, что инсулин воздействует на поверхностные рецепторы жировых клеток.

Я мог бы сделать нечто подобное и выяснить, где именно действует адреналин, с использованием возможностей лаборатории Каплана. В его лаборатории Джек Диксон изучал активность ферментов, присоединяя крупные молекулы белка к стеклянным бусинкам размером с песчинку. Каплан предложил мне поработать вместе с Джеком, чтобы найти способ химически присоединить молекулы адреналина к бусинкам, но без снижения биологического воздействия на клетки сердца.

Это потребовало определенных усилий. Мы придумали длинную «молекулярную руку», которая химическим путем присоединялась к стеклу бусинки, а другим концом одновременно удерживала молекулу адреналина достаточно далеко от нее, чтобы она все-таки могла дотянуться до гипотетических рецепторов адреналина на поверхности клетки. Мы изготовили первую партию адреналиново-стеклянных бусинок, и после тщательной промывки – чтобы полностью избавиться от свободного адреналина – они были готовы к экспериментам.

С помощью микроманипулятора для перемещения объектов на крошечные расстояния я положил несколько стеклянных бусин рядом с клетками сердца. Ничего не произошло, и это было хорошим знаком – адреналин не смывался с поверхности бусин. Слегка поворачивая ручку микроманипулятора, я постепенно придвигал бусины вплотную к клеткам сердца (чтобы они практически «поцеловались»), и те сразу же ускорили ритм биения. От восторга – причем по той же самой причине, из-за адреналина – затрепетало и мое собственное сердце. Я отодвинул бусины в сторону, и клетки возобновили свой нормальный ритм. Я повторил эксперимент с необработанными адреналином стеклянными бусинами – и ничего не происходило. Каплан встретил мои результаты с восторгом. Он хватал коллег, учеников и друзей, буквально всех, кто попадался под руку, и тащил взглянуть на небольшой телевизионный экран, подсоединенный к микроскопу, чтобы посмотреть, как я то придвигал бусинки к клеткам сердца, то отодвигал их обратно.

Каплан предложил мне спуститься на два этажа вниз и узнать у Стивена Мейера, заведующего фармакологической лабораторией, считает ли он возможным опубликовать наши результаты. Это было мое первое знакомство с политическими аспектами науки. Майер согласился меня принять, но вначале был довольно холоден – ведь открытие в его собственной области исследований было сделано в чужой лаборатории! Однако любопытство пересилило и, в конце концов, он предложил провести еще несколько контрольных экспериментов для проверки наших результатов, используя лекарственные препараты типа бета-блокатора пропранолола, специфически блокирующие действие адреналина.

Теоретически эксперимент казался несложным. Легко заметить, что клетки сердца бьются сильнее и быстрее при наличии бусин, а бета-блокатор замедляет этот процесс. Труднее количественно измерить эффект. Адреналин стимулирует два вида реакций клеток сердца: увеличивает скорость их биения и силу их сокращения. Чтобы придумать, как измерить интенсивность биения, я проконсультировался с Джоном Россом-младшим, заведующим кардиологическим отделением, который отослал меня к Питеру Мароко, симпатичному и много знающему кардиологу, изучавшему на собаках причины сердечных приступов. Мы решили поместить стеклянные бусы на различные участки поверхности сердца собаки и посмотреть, будет ли какой-нибудь эффект. Мой опыт кардиореанимации во время службы в ВМС произвел благоприятное впечатление на хирургов отделения, и ко мне сразу стали хорошо относиться.

Результаты оказались впечатляющими. Когда адреналиновые стеклянные бусины размещались на большей части сердца собаки, ничего не происходило. Однако когда мы коснулись синусно-предсердного узла, сердце тут же забилось быстрее. А когда мы удалили бусины, сердечный ритм замедлился и пришел в норму. Вместо секундомера для моих примитивных измерений у нас теперь были стопки бумаги для снятия электрокардиограмм и специальные датчики, фиксировавшие действие адреналина во всех деталях.

Росс позвонил Каплану и сообщил, что весьма впечатлен результатами эксперимента. Каплана тогда только что избрали членом Национальной Академии наук, и он решил, что это как раз та работа, ради которой он мог бы воспользоваться одной из своих новых привилегий – вместе со мной, Джеком Диксоном и Питером Мароко написать статью о нашем открытии и опубликовать ее в престижном журнале «Труды Национальной Академии наук» (PNAS). Я был в приподнятом настроении. После Вьетнама прошло всего три года, а я, еще студент, уже печатаю статью о настоящем открытии!{14} Я очень гордился собой – преодолев недостатки своего образования, я успешно работал с представителями настоящей научной элиты.