Таинственный геном человека - Страница 24

* * *

В середине 1952 года Крик разговорился с молодым математиком валлийского происхождения Джоном Гриффитом, с которым он познакомился после лекции астронома Томаса Голда в Кавендишской лаборатории. Голд поразил воображение Крика понятием «идеального космологического принципа». Задумавшись о том, может ли существовать какой-либо аналогичный биологический принцип, Крик рассказал Гриффиту, который интересовался репликацией генов, о работе американского химика Эрвина Чаргаффа, открывшего, что нуклеотиды в ДНК формируют горизонтальные связи. Это очень напоминало труды Полинга, в которых также упоминались двумерные связи на плоскости, формируемые аминокислотами, которые составляют первичные протеиновые цепочки (так называемые пептидные связи). В сознании Крика возникла идея, что это открытие может иметь отношение к самовоспроизведению ДНК, и он попросил Гриффита выяснить, как именно четыре нуклеотида попарно соединяются между собой. Гриффит подтвердил, что Ц, скорее всего, находится в паре с Г, а А — с Т. Но и тогда Крик не понял, что перед ним лежит разгадка.

Эрвин Чаргафф был одним из австрийских ученых, покинувших Европу до начала Второй мировой войны и перебравшихся в США. В Америке он стал профессором биохимии в Колумбийском университете и занялся изучением нуклеиновых кислот. Возможно, читатель помнит, что недоверие научного сообщества к открытию Эвери базировалось на сбившей генетиков с толку «тетрануклеотидной гипотезе» Левина, которая предполагала, что ДНК состоит из повторяющегося одинакового кластера, сформированного четырьмя нуклеотидами. Такая простая формула не могла бы обеспечить огромный объем памяти, необходимый молекуле наследственности. Вот почему считалось, что ДНК не может быть ответом на загадку генов.

Но Чаргаффу было совершенно безразлично, что генетики думают об Эвери, и он был глубоко потрясен его открытиями. Если Эвери был прав и ДНК действительно являлась молекулой наследственности, то последовательности ДНК, например, у лошади, кошки, мыши и человека, должны отличаться. Чаргафф писал: «Между [их] дезоксирибонуклеиновыми кислотами должны существовать очевидные химические различия». Эти различия должны были проявлять себя в сочетаниях четырех нуклеотидов. Может показаться, что четырехбуквенного кода недостаточно, чтобы записать все то огромное разнообразие генов, которое существует в природе. Но если рассматривать нуклеотиды как буквы короткого алфавита, то гены станут словами, которые могут иметь любую длину. Этого достаточно, чтобы обеспечить необходимый уровень сложности.

В конце 1940-х — начале 1950-х годов технологические возможности науки были ограниченны. Чаргафф модифицировал методику, называемую бумажной хроматографией, для чтения различных пропорций четырех нуклеотидов в любом заданном образце ДНК.

После четырех лет лабораторных экспериментов с использованием ДНК дрожжей, бактерий, быков, овец, свиней и человека Чаргафф получил ответ: четыре нуклеотида, которыми записывается слово-ген, не присутствовали в них в равных пропорциях, как можно было бы ожидать в соответствии с гипотезой Левина. Например, человеческая ДНК, полученная из вилочковой железы, содержала 28 % аденина, 19 % гуанина, 28 % тимина и 16 % цитозина. От тетрануклеотидной гипотезы можно было смело отказаться. Но Чаргафф пошел еще дальше. Он доказал, что процентное содержание нуклеотидов варьируется между видами, но при этом остается неизменным у представителей одного вида, а также в органах и тканях одного организма. Кроме того, он заметил, что общая сумма молекул аденина и тимина соответствовала сумме молекул цитозина и гуанина. Это был настоящий прорыв.

В мае 1952 года по невероятному стечению обстоятельств Чаргафф прибыл в Кембридж, где Кендрю за обедом представил его Уотсону и Крику. Чаргафф был обижен тем, как мало им известно о его работе. Ему показалось, что эти двое вообще ничего не знают о химии нуклеотидов. Впоследствии Чаргафф рассказывал Джадсону: «Я объяснил наш вывод о том, что аденин комплементарен тимину, а гуанин — цитозину». Но, насколько он мог понять, Уотсона и Крика интересовала только победа в гонке против Полинга и создание модели спирали ДНК в ответ на его модель белка. Уотсон вспоминал, как Чаргафф открыто упрекал их с Криком за то, что они «знали так мало и стремились к столь многому».

В целом оценка, которую Чаргафф дал знаниям Крика и Уотсона в области биохимии на то время, была правильной. Крик вообще ничего не знал о Чаргаффе и не понимал, что нуклеотиды соединяются между собой не ковалентными химическими связями, характерными для стабильных молекул, а более слабыми водородными связями. Что он мог вынести из объяснений Чаргаффа о равном процентном соотношении цитозина к гуанину и аденина к тимину?

Но тут Крика посетило озарение: что, если это означает наличие между нуклеотидами естественного химического притяжения? Может ли оно играть важную роль в копировании изначальной нити ДНК на дочернюю? Каждый Ц притягивает Г, а каждый А в дочерней последовательности совмещается с Т. Затем при репликации дочерней нити материнская последовательность воспроизводится заново. Крик сделал следующий шаг. Что, если ДНК состоит из двух нитей, дополняющих друг друга подобным образом? Возможно, если эти нити разделяются и копируют сами себя, из них получается вторая идентичная цепочка.

Казалось невероятным, что огромную и недоступную тайну наследования можно объяснить этими простыми химическими парами и притяжением между ними.