Дикие гены - Хельга Хофман-Зибер

«Клуб галстуков РНК» был особым миром. Это учреждение отличалось от нынешних научных организаций примерно так же, как сходка завсегдатаев пивной от собрания акционеров Telecom. С сегодняшней точки зрения это было просто сборище взбалмошных чудаков. Клуб (или «Галстучное братство», как его порой именовал Гамов), состоял из 20 индивидуально отобранных членов, каждый из которых отвечал за одну из аминокислот. Себе Гамов выделил первую по алфавиту аминокислоту – аланин (Ala). Уотсону досталась Pro (пролин, что, впрочем, могло расшифровываться и как «профессионал»…). Разумеется, Крик тоже не остался в стороне и получил аббревиатуру Туг (тирозин, а также имя древнегерманского бога войны). Аналогичным образом были распределены и все остальные аминокислоты. Затем в состав клуба вошли еще четыре почетных члена, которые символизировали четыре основания ДНК. Каждому члену джентльменского клуба был вручен именной галстук (черный, с изображением желто-зеленой спирали, стоимостью 4 доллара за штуку) и заколка к нему с соответствующей аббревиатурой. Не менее изящно выглядела структура клуба и распределение обязанностей в нем. Так, например, официально существовали должности клубного пессимиста (Крик) и оптимиста (Уотсон). Как это выглядело на практике? Возможно, так:

Крик: Мой стакан опять наполовину пуст…

Уотсон: Прекрасно. Значит, туда можно долить воды!

Для обмена информацией члены клуба писали друг другу письма и встречались два раза в год. Под сигары, виски и пиво шел оживленный обмен хорошими и плохими, но, как правило, не вполне зрелыми идеями.

Поскольку Уотсон и Крик уже добились огромных успехов в спекулировании чужими данными, они с восторгом продолжили эту деятельность. За пару лет существования клуба Фрэнсис Крик сформулировал несколько идей. Самой знаменитой из них была гипотеза о том, что информация может переноситься с одних нуклеиновых кислот на другие (то есть на РНК или ДНК) и использоваться для синтеза белков, в то время как сами белки источником информации не являются. Эту гипотезу он назвал «центральной догмой» молекулярной биологии. В последующие годы почти все ее положения подтвердились. Наследственная информация в виде небольших фрагментов переносится на короткоживущие молекулы РНК (так называемые матричные или информационные РНК) и служит как бы инструкцией для производства белков. Путь выглядит следующим образом: от ДНК через РНК к белку (существует несколько исключений, но об этом позже).

Но как информация записывается в ДНК? С помощью каких кодов? Все, что было известно об этом в 1954 году, могло без труда уместиться на картонной подставке под пивную кружку: 20 аминокислот описываются с помощью четырех оснований ДНК. Это не подлежало сомнению. В остальном же информации для размышлений было очень мало. Однако все дискуссии, проходившие в веселой обстановке за выпивкой, сводились к тому, что генетический код должен представлять собой нечто великолепное, совершенное и логичное. Ведь жизнь, которая на нем основывается, завоевала даже самые неподходящие для этого уголки мира – от океанских глубин, куда не проникает свет, до вечных льдов на самых высоких горных вершинах. Если удастся выяснить, какой самый лучший и самый логичный код может быть передан с помощью ДНК, то он и окажется кодом жизни. Какая многообещающая предпосылка! Члены клуба с энтузиазмом взялись за работу. Их девизом стало высказывание Макса Дельбрюкка: «Умри, но сделай, а иначе и не пытайся!»

Гамов предположил, что для кодирования 20 аминокислот необходимы минимум три позиции ДНК. Под одной позицией понимается сочетание четырех различных оснований, что дает четыре варианта кода. Две связанные между собой позиции могут дать 16 комбинаций (4 х 4), а три – 64 комбинации (4x4x4). Сидней Бреннер (также член клуба) впоследствии доказал, что три следующие друг за другом позиции

ДНК, которые он назвал «кодоном», и составляют код аминокислоты. Но почему аминокислот насчитывается только 20, хотя существует 64 возможных кода? Гамов и его коллеги исходили из того, что для этого есть какая-то причина. Ее просто не может не быть. Согласно одной из теорий, значение имеет только сочетание оснований в кодоне, а не их последовательность. Таким образом, все кодоны, в которых, к примеру, содержатся основания А, Г и Ц (АГЦ, АЦГ, ЦГА, ЦАГ, ГАЦ и ГЦА), должны кодировать синтез одной и той же аминокислоты. Но если так, то количество вариантов кодирования сокращается с 64 до 20. Вуаля! Просто несокрушимая логика. Гамов и его клуб придумали еще много всяких теорий – в большинстве своем весьма впечатляющих и сложных, но, к сожалению, неверных.

Разгадали тайну опять-таки люди, от которых этого никто не ждал: Маршалл Ниренберг и Генрих Маттеи, работавшие в Национальных институтах здравоохранения США. Разумеется, они не были участниками клуба. В своей работе Ниренберг и Маттеи не стали концентрироваться на сверхсложных моделях кодирования, а с помощью элегантного эксперимента показали, что кодон РНК УУУ кодирует аминокислоту фенилаланин (кстати, это произошло 15 мая 1961 года в три часа ночи, то есть, как и в большинстве научных открытий, здесь не обошлось без большого количества кофе).

В августе того же года Ниренберг представил свои работы на крупном конгрессе в Москве. В ту пору ему было тридцать с небольшим лет, и он еще не мог похвастаться особо выдающимися достижениями. Он был никому не известен и сам никого не знал. Поэтому его доклад прозвучал перед небольшой группой, состоявшей из 30 ученых, да и те не проявили к нему жгучего интереса (Ниренберг впоследствии рассказывал, что публика была «абсолютно мертвой»). Вполне могло случиться, что это великое открытие так и пропало бы, не удостоившись ничьего внимания. Но, как это часто бывает, накануне Ниренберг встретился с Уотсоном и сообщил ему о своих достижениях. Уотсон отнесся к ним скептически, но должность «оптимиста клуба» обязывала его проявить внимание, и он попросил одного знакомого взглянуть на доклад. Тот доложил, что данные производят весьма солидное впечатление, и Уотсон передал эту информацию Крику, который попросил организаторов конференции дать Ниренбергу возможность повторить свой доклад на следующий день. На этот раз перед почти тысячей слушателей, которые аплодировали ему стоя.

Разумеется, этот успех послужил стартовым выстрелом для новой научной гонки, целью которой теперь являлась расшифровка остальных кодонов. И Ниренберг наверняка проиграл бы эту гонку более крупным и уважаемым лабораториям, если бы многочисленные коллеги из его института не проявили готовность отложить в сторону свою работу, чтобы помочь ему. Порой коллегиальность свойственна даже ученым.

Только пять лет спустя, в 1966 году, удалось понять значение всех 64 кодонов. И знаете, что еще произошло в 1966 году? Впервые по телевизору был показан сериал «Звездный путь». Как, по-вашему, отреагировал бы его персонаж Спок на расшифровку генетического кода? «Потрясающе» или «Это не логично»? Возможно, и то и другое, потому что по сравнению с элегантными моделями «Клуба галстуков РНК» этот код выглядел неуклюже и совсем нелогично. Он никак не объяснял, почему аминокислот только двадцать. В нем не прослеживалось логической связи между кодонами и отдельными аминокислотами. Все объяснялось простой случайностью. Гамов и его коллеги наверняка были сильно разочарованы банальностью своего наследственного материала. Крик говорил впоследствии, что в основе кода лежит случай, происшедший в самом начале зарождения жизни, да так и сохранившийся с тех пор в ДНК.