Десять величайших открытий в истории медицины - Джеральд Фридланд

Швейцарец немецкого происхождения, Мишер начал свои исследования в 1868 году в Тюбингене, в лаборатории знаменитого биохимика Эрнста Хоппе-Зейлера. Застенчивый и довольно сдержанный Мишер целеустремленно искал ответ на вопрос: из каких химических веществ состоит клеточное ядро?

До Мишера никто не знал, какую роль играет клеточное ядро, и уж подавно никому не было известно, из чего это ядро состоит. Получить чистые суспензии клеток было очень сложно, еще более сложной представлялась задача отделения или извлечения крохотных, микроскопических ядер из окружавшей их клеточной цитоплазмы.

Мишеру удалось преодолеть все эти трудности. Зная, что у белых кровяных клеток, лейкоцитов, ядра довольно крупные, а кроме того, не очень большой объем цитоплазмы, он решил собрать такие клетки. Но как получить их? Мишер не побрезговал взять использованные бинты, выброшенные из тюбингенской больницы. На бинтах скопилось огромное количество лейкоцитов в гное, следовательно, Мишер получил в распоряжение большой, пусть и довольно тошнотворный, источник ядросодержащих клеток.

Проведя многочисленные химические опыты, методом проб и ошибок Мишер сумел отделить ядерный материал от цитоплазмы лейкоцитов. Полученной и очищенной химической субстанции он дал название нуклеин. Хотя Мишеру было прекрасно известно, что в этом нуклеине содержится белок, оказалось, что с белковым компонентом связана еще какая-то, ранее неизвестная субстанция. Учитывая высокое содержание в ней фосфора, Мишер предположил, что роль нуклеина состоит в непрерывной поставке фосфора из ядра в цитоплазму. Несмотря на молодой возраст — ему тогда было всего двадцать пять лет! — Мишер понимал, что сделал важнейшее открытие; однако в 1869 году его руководитель Хоппе-Зейлер не разрешил ему обнародовать полученные результаты. Он отложил публикацию статьи на два года, чтобы лично проверить точность всех выводов. Что мог сделать Мишер в этой ситуации, дабы защитить приоритет своего замечательного открытия? Он лишь попросил указать при публикации статьи (а она увидела свет в 1871 году), что все описываемые результаты были получены двумя годами ранее.

Мишер знал, что открытый им нуклеопротеин обладает высоким молекулярным весом. В своем провидческом комментарии он указал, что такой крупный и сложный элемент, как нуклеин, по всей вероятности, может действовать как генетическая субстанция. В 1892 году он писал своему дяде, что нуклеин представляет собой очень крупную и очень сложную молекулу и что одна только изомерия содержащихся в ней атомов углерода может стать источником целого ряда молекул, по-разному ведущих себя и несущих бесчисленное число генетических характеристик. В качестве объяснения он остроумно предложил рассматривать этот химический способ передачи информации по аналогии с языком, в котором все слова и понятия «могут быть выражены» с помощью двадцати-тридцати букв алфавита. Он был совершенно прав, ибо Шекспир использовал в своих пьесах и стихах примерно тридцать пять тысяч разных слов — и для выражения всего этого словесного изобилия ему потребовалось всего двадцать шесть букв английского алфавита!

Впрочем, на протяжении пятидесяти одного года это первое указание на существование наследственного кода оставалось без внимания ученых. И только в 1943 году Эрвин Шрёдингер ввел понятие генетического кодирования.

Конечно, предложенную Мишером концепцию передачи наследственности можно назвать пророческой, но он и не подозревал, что материалом для передачи служит всего лишь нуклеиновая кислота, входящая в состав открытого им нуклеина. Он, как и многие его последователи, полагал, что вероятным передатчиком наследственных признаков служит белковый компонент.

В 1871 году, незадолго до публикации статьи с описанием открытия в журнале, издававшемся Хоппе-Зейлером, либо сразу после ее появления, Мишер ушел из лаборатории и возглавил кафедру физиологии в Базельском университете. Там он работал до самой смерти (от туберкулеза) в 1895 году.

Все эти годы он занимался, главным образом, преподаванием, а также созданием первого в Швейцарии Института анатомических и физиологических исследований. Здание этого института, так называемый Везалиниум, сохранилось до наших дней. Поднявшись по его лестнице, можно увидеть маленький, не бросающийся в глаза бюст Фридриха Мишера. Насколько нам известно, этот бюст и статья 1871 года (та самая, о которой говорил Чаргафф во время нашего визита к нему в 1988 году) остаются единственными осязаемыми доказательствами того, что этот выдающийся человек действительно существовал. А ведь за несколько месяцев до смерти Мишер получил письмо от великого европейского физиолога Карла Людвига, в котором тот заверял смертельно больного ученого, что память о нем сохранится в веках…

При жизни Мишер успел узнать, что в 1889 году его коллега Рихард Альтман сумел освободить нуклеин от белкового компонента, а оставшееся вещество назвал нуклеиновой кислотой. Вероятно, до него дошла и информация о том, что немецкий биохимик Альбрехт Коссель нашел в составе нуклеина основания — пурины и пиримидины. Впрочем, точное количество этих оснований определить не удалось. За выдающиеся достижения в области биохимии Коссель получил Нобелевскую премию в 1910-м, а Альтман — в 1912 году.

Хотя уже в конце XIX века ученые подозревали, что нуклеиновые кислоты содержат молекулы фосфата, пурина и пиримидина, лишь в 1909 году одаренный, но рассеянный биохимик Фебус Т. Левен обнаружил в нуклеиновой кислоте дрожжей сахар — D-рибозу. Через двадцать лет он же обнаружил другой сахар, 2-дезокси-D-рибозу, в нуклеиновой кислоте тимуса.

Левен, как и Мишер, полагал, что нуклеиновые кислоты представляют собой очень крупные макромолекулярные комплексы, составные элементы которых он называл нуклеотидами (единицы, состоящие из фосфата, сахара и пуриново-пиримидиновых оснований). Уже многое зная о нуклеиновых кислотах, он был все-таки убежден, что вся генетическая информация содержится в ядерных протеинах. Левен и представить себе не мог, что простая макромолекула, состоящая из сахаров, фосфатов, пуринов, пиримидинов и нескольких молекул воды, может посылать миллиард, а то и больше макро- и микроинструкций, передаваемых хромосомами человека.

Благодаря эпохальным открытиям Луи Пастера и других ученых и Мишер и Левен знали, что свойства молекулы зависят не только от составляющих ее атомов, но и от физико-химических взаимодействий между этими самыми атомами. Однако ни они, ни кто-либо из их современников тогда не мог предположить, что свойства макромолекулы зависят не только от составляющих ее молекул, но также и от взаимодействий между молекулярными компонентами. Потребовались новые открытия и новые гениальные прозрения, прежде чем химики и биологи XX века осознали, что, подобно тому, как какие-то двадцать шесть букв английского алфавита позволяют составить огромное количество самых разных слов, относительно небольшое число разных молекул, входящих в макромолекулу ДНК и образующих мириады всевозможных комбинаций, сообщают этой внешне простой макромолекуле способность отправлять миллиарды посланий, определяющих всю генетику живых существ.

В 1912 году немецкий физик Макс фон Лауэ сделал открытие, которое Эйнштейн назвал одним из самых красивых в истории физики. Фон Лауэ заметил, что при облучении кристаллов рентгеновскими лучами на фотографической пластинке возникают специфические для каждого типа кристаллов темные пятна. А затем англичанин Уильям Генри Брэгг обнаружил, что причина этих пятен — дифракция рентгеновских лучей при их взаимодействии с атомами кристаллической решетки. Впоследствии Брэгг вместе со своим сыном, Уильямом Лоуренсом Брэггом, наблюдал, что пятна, возникающие на фотопленке под воздействием рентгеновских лучей, прошедших через кристалл, были не только специфическими для каждого кристалла, но и позволяли понять его пространственную структуру. Так возникла кристаллография — метод, давший ученым возможность заглянуть внутрь кристаллических веществ и понять устройство сложнейших макромолекул, в частности и нуклеиновых кислот.