Хельга Хофман-Зибер.

Дикие гены



скачать книгу бесплатно

Посвящается Майке и Адриану


Перевод с немецкого выполнил С. Э. Борич по изданию:

WILDE GENE / Vom verborgenen Leben in uns)

Timo Sieber, Helga Hofmann-Sieber, 2016.



Издание осуществлено при содействии ИП Владимир Сивчиков

Иллюстрации Олега Карповича


© 2016 by Rowohlt Verlag GmbH

© Перевод. Издание. Оформление. ООО «Попурри», 2017

Введение


Здесь мы развенчиваем все предрассудки, даем советы насчет здорового образа жизни и застегиваем ремни безопасности, отправляясь в путешествие к диким генам.

Итак, вы держите в руках эту книгу, и вам хотелось бы знать, о чем в ней пойдет речь. Она случайно подвернулась вам на полке в книжном магазине? Или в результате хитроумных размышлений вы пришли к выводу, что она прекрасно соответствует тем философским темам, которые вы на прошлой неделе обсуждали в социальных сетях? А может быть, вам протянул ее друг или подруга со словами: «Вот, прочти. Эта книга перевернула всю мою жизнь!» Неважно, как она к вам попала. Возможно, она не вызовет потрясений в вашей жизни. Прочитав ее, вы не станете стройнее или счастливее. Это не медицинская литература, из которой можно почерпнуть рекомендации о здоровом образе жизни. В ней нет ни одного такого совета. Хотя так уж и быть: курить и пить вредно, постарайтесь не переедать, отводите достаточное время на сон и старайтесь время от времени смеяться. Пожалуй, этого достаточно.

* * *

Вы все еще здесь? Хорошо. Тогда переходим к сути: эта книга расскажет вам, какой вы замечательный человек. Да-да, именно вы! Вы и все остальные живые существа на этой планете – от бактерий и каких-нибудь крошечных червячков до того самого вредного слона из зоопарка, выплюнувшего овощи, которые вы ему так заботливо нарезали. Все они – живое чудо. Об этом и пойдет речь – о жизни и в первую очередь о генах, которые скрытно ею управляют.

Эта книга представляет собой путешествие к тайнам жизни, в котором вы не раз встретитесь с ордами диких генов. Вы проникнете внутрь ДНК, будете меняться в результате ошибок и переходить из одного питейного заведения в другое, словно на мальчишнике перед свадьбой. Звучит несколько хаотично? Но именно это и необходимо, чтобы процесс продвижения вперед по пути эволюции не останавливался. Однако во всей этой кутерьме гены чудесным образом организуются и создают сложные формы жизни, неукоснительно придерживаясь одного-единственного правила, которое гласит: «Все, что можно испробовать, будет испробовано!» Ну, во всяком случае, почти все.

Если вы благополучно переживете встречу с прыгающими генами, передайте книгу своему другу и скажите ему что-нибудь вроде «Вот, прочти.

Эта книга перевернула всю мою жизнь!».

Глава 1
Дорогая, у тебя, оказывается, есть ДНК…


История начинается с рассказа о нахальных джентльменах со странными галстуками, которые становятся знаменитыми, обокрав даму. Попутно совершается открытие ДНК, расшифровывается ее структура, а Супермен и Кларк Кент объясняют, как действует ген.


У нас нежданные гости. Как гром среди ясного неба., нагрянула тетушка Хедвиг. Мы с женой молча переглядываемся. «Ты знала?» – тихо цежу я сквозь зубы. Но в ответ вижу легкую панику в ее глазах и едва заметное подрагивание уголка рта.

А тетушка наносит очередной неожиданный удар. Она ловко протискивается мимо меня с огромным чемоданом и, обращаясь к нашему наследнику, говорит: «Господи! Как вырос-то!» Хедвиг взъерошивает ему волосы и теребит за щеку. «Весь в отца! Прямо не отличить! Вот что значит гены. Ну да ладно, может, еще перерастет… Поцелуй тетю. Теперь мы будем много времени проводить вместе…» И пока я пытаюсь стряхнуть с себя оцепенение от шока, до меня вдруг доходит: она приехала надолго.


То, что родственники нередко бывают похожими друг на друга (как хорошими, так и плохими чертами), давно известно каждому. Но что это за таинственные гены, из-за которых все происходит?

Все началось в 1854 году, когда монах и помощник учителя Грегор Мендель (учителем он так и не стал, поскольку не сдал соответствующий экзамен) вдруг задумался, каким образом наследуются различные свойства. Правда, «задумался» – это слишком мягко сказано. Он высаживал тысячи ростков гороха, скрещивал и исследовал их. Свои наблюдения Мендель отразил в статистической форме. Сегодня его считают отцом генетики. (Возможно, попутно он сделал открытие, что употребление в пищу большого количества гороха в монастырских стенах имеет свои недостатки, отравляя атмосферу, но история о таких деталях умалчивает.)

Менделю удалось доказать, что наследование отдельных свойств, например оттенка цветков и высоты ростков, подчиняется строгим законам. Складывалось впечатление, что в каждом растении содержалась в двух копиях некая таинственная запись о наследуемых качествах. Родительские растения отдавали по одной копии своим потомкам. Кроме того, выяснилось, что это таинственное «нечто» представляет собой не единое целое, а состоит из частей, каждая из которых отвечает за определенный признак. Но Мендель не имел ни малейшего представления, как могут выглядеть эти единицы наследственности.

В конце концов он опубликовал свои труды, изложив на бумаге совершенно новые, революционные мысли. И как это часто бывает с основополагающими идеями, их поначалу не признали. Ученый мир не заинтересовался открытиями монаха. Но Мендель был твердо уверен в том, что нашел нечто важное. До нас дошли его слова: «Мое время еще придет!» И оно пришло. Спустя 30 лет после публикации. В 1900 году его труды были «заново открыты» и перепроверены тремя ботаниками, которые поняли их истинное значение. Менделя это, безусловно, порадовало бы, но, к сожалению, он к тому времени был уже давно мертв. И все-таки стартовый выстрел для генетики прозвучал именно в монастырском дворе.

Термин «ген» появился лишь в 1909 году. Датчанин Вильгельм Иогансен произвел его от греческого слова genos (род, семья). Возможно, ему хотелось, чтобы термин, обозначающий единицу наследственности, был коротким и запоминающимся. Правда, для него самого ген был не реальной материальной частицей, а, скорее, некой концепцией. В то время так думали многие ученые.

Относительно природы генов сразу возникло два больших вопроса. Во-первых, каким образом свойства организма, например белый цвет лепестков, передаются от одного поколения другому? Во-вторых, почему вообще возникают различные свойства? Почему цветок гороха белый? Как растение создает этот цвет?

Чтобы раскрыть природу свойств организмов, можно было, подобно Менделю, работать с достаточно крупными растениями или животными. Но тут сразу возникли бы трудности, потому что такие исследования продолжаются слишком много времени и потому что у сложных организмов свойства тоже носят сложный характер. К счастью, есть живые организмы с намного более простыми качествами. К таким качествам можно, например, отнести способность дрожжей производить алкоголь из сахара. Это простая химическая реакция преобразования одного вещества в другое (вообще-то даже в два других, потому что попутно образуется двуокись углерода). Для таких преобразований живые организмы нуждаются в ферментах. Если организм располагает определенными ферментами, происходит реакция. Если нет, то нет. Таким образом, наличие фермента – это наименьшая возможная единица свойств.

С 1926 года известно также, что представляют собой ферменты. Это белки. Белки – настоящее чудо природы! Они состоят из 20 различных «кирпичиков» – аминокислот, которые могут образовывать самые разные сочетания, складываясь в длинные цепочки. Эти цепочки имеют трехмерную структуру и могут выполнять самые разные функции. (Вообще-то это поражает воображение. Если кто-то сомневается, пусть сам попробует завязать на веревке множество различных узелков, чтобы из нее получились, например, ножницы или модель Эйфелевой башни.) В наших клетках используется большое количество белков практически для всех жизненных потребностей. Белки – это рабочие лошадки жизни.

Когда стало ясно, что фермент служит средством передачи одного простого признака, в 1941 году было высказано предположение, что ген представляет собой структуру, определяющую, каким будет этот фермент. Гипотеза получила название «Один ген – один фермент». Таким образом, в названии содержалась ее суть. Но прожила эта гипотеза недолго. Уже вскоре было обнаружено, что существуют белки, не являющиеся ферментами и выполняющие другие функции. Например, белки способны без труда образовывать весьма крупные структуры (наши волосы почти полностью состоят из белка кератина). Поэтому гипотезу переименовали в «Один ген – один белок». Поначалу она всех устраивала. Но несколько лет спустя выяснилось, что зачастую белки состоят не из одной цепочки аминокислот (так называемого полипептида), а из нескольких. Пришлось выдумывать для гипотезы новое имя. Уже догадались какое? «Один ген – один полипептид». Давайте сразу предвосхитим события: это был еще далеко не конец истории.

Сегодня мы знаем, что белки задают определенные признаки организма, но нам до сих пор не известно, каким образом эти признаки наследуются и что на самом деле представляют собой гены. Первые идеи о природе генов появились уже вскоре после 1900 года, когда при наблюдении через микроскоп за делением клеток были обнаружены крупные волокнистые структуры – хромосомы, которые поровну распределяются между дочерними клетками. Это наводило на мысль, что именно хромосомы являются хранилищем наследственной информации клеток. При более подробном исследовании выяснилось, что они состоят из белка и ДНК – дезоксирибонуклеиновой кислоты.

Но какое из этих двух веществ несет в себе наследственную информацию? Поначалу никто даже не думал, что это может быть ДНК. О ее существовании было известно уже достаточно давно, но конкретных сведений имелось мало. Она просто находилась в составе клеток и, похоже, ничего не делала. Кроме того, она состояла из очень немногих оснований – Г, А, Т и Ц (гуанина, аденина, тимина и цитозина), а также из фосфата и сахара.

По сравнению с белками, в составе которых насчитывается 20 аминокислот, это были сущие пустяки. Вдобавок белки могли быть ферментами и выполнять самые разнообразные задачи. Почему бы не наделить их еще и функцией хранения информации? Эта идея получила распространение и прожила достаточно долго. Лишь когда в середине 40-х годов было доказано, что при переносе ДНК от одной бактерии к другой передавались и различные свойства, мнение ученых начало меняться. Поначалу медленно. Понадобилось еще почти десять лет, прежде чем ДНК стала общепризнанным носителем наследственной информации. У Альберта Эйнштейна есть прекрасное высказывание: «Легче расщепить атом, чем разрушить устоявшееся мнение».

Представьте себе, что началось после того, как был сделан этот решающий шаг. Вы, ничего не подозревая, ложитесь вечером спать, а наутро за завтраком открываете газету – и там черным по белому: у вас есть дезоксирибонуклеиновая кислота! И эта чертовщина, которую и выговорить-то невозможно, каким-то образом связана с тем, что ваши дети так похожи на вас.

Подобные открытия в одночасье меняют мир. Ученые почуяли: здесь пахнет Нобелевской премией! Всем было ясно, что следующим шагом должно стать определение структуры ДНК. Как выглядит эта молекула? Началась гонка, в которой должен был победить тот, кто первым ответит на данный вопрос. В ней приняли участие самые выдающиеся умы. А победу одержали двое ученых, на которых вряд ли кто из букмекеров стал бы принимать ставки, – Джеймс Уотсон и Фрэнсис Крик.

Хотя сегодня их признают величайшими светилами в области биологии, в то время почти никто не верил в их успех. Англичанин Фрэнсис Крик был по специальности физиком и в годы Второй мировой войны конструировал морские мины. После войны он занялся биологией и без особых успехов работал в Кембридже над докторской диссертацией, пытаясь выяснить структуру белка гемоглобина, отвечающего за транспортировку кислорода. Научный руководитель считал его бездельником, от которого ничего толкового, кроме пустой болтовни, не дождешься.

Но в один прекрасный день судьба столкнула Крика с молодым американцем Джеймсом Уотсоном. Тот был вундеркиндом, который уже в пятнадцать лет поступил в университет, чтобы изучать зоологию. Ко времени встречи ему исполнилось двадцать два года, он защитил диссертацию и получил стипендию для продолжения работы в Великобритании. Между Криком и Уотсоном сразу возникла симпатия, и они решили совместными усилиями разгадать загадку ДНК. Это было смелое решение, потому что ни один из них не являлся специалистом в данной области. На самом деле им были поручены совсем другие проекты, но Крик и Уотсон занимались ими постольку поскольку.

По-настоящему все завертелось в 1951 году. На одной из конференций Уотсон сидел в задних рядах, чтобы без помех почитать газету, и почти не слушал докладчицу. А ею была Розалинд Франклин из Лондона, рассказывавшая о своих последних достижениях. Она считалась ведущим специалистом в области рентгеноструктурного анализа. Но когда Уотсон задумался о том, что ей стоило бы поработать над своей внешностью, речь в докладе зашла о последних данных относительно структуры ДНК. Ее рентгенограммы оказались самыми качественными из всех, которые когда-либо доводилось видеть. Только не думайте, что на этих снимках ДНК представала в том виде, который сегодня известен всем. Это были всего-навсего темные размытые пятнышки, и разглядеть в них какой-то смысл могли лишь немногие посвященные. Уотсон моментально насторожился: Франклин располагала рентгеновскими снимками и данными математического анализа, но у нее не было модели молекулярной структуры. Уотсону было ясно, что ДНК должна иметь правильную спиралеобразную структуру, похожую на винтовую лестницу. В этот момент соперничество за право первым расшифровать структуру ДНК вышло на финишную прямую! Уотсон вместе с Криком лихорадочно принялись за работу.

Конечно, их работа состояла не в том, чтобы самим проводить какие-то эксперименты. Нет, они только использовали известные факты и обрывки информации, почерпнутые Уотсоном из доклада коллеги. При этом было понятно, что они охотятся в чужих угодьях, и начальник Уотсона Джон Кендрю настоял на том, чтобы они представили созданную ими модель Розалинд Франклин и ее коллеге Морису Уилкинсу.

Франклин не высказала восторга от увиденного, так как получившаяся модель ДНК совершенно не выдерживала критики. Уотсон и Крик потерпели жестокое фиаско. Руководитель института, которому эта история тоже не понравилась, вызвал их на следующий день к себе и заявил, что их работа над ДНК прекращается! Этим должны заниматься Франклин и Уилкинс в Лондоне, а Уотсона и Крика ждут другие задачи, в частности незаконченная докторская работа.

Это могло бы стать концом всей истории, но произошло другое. Крик и Уотсон не сдались. В следующем, 1952 году в Кембридж приехал выдающийся американский химик австрийского происхождения Эрвин Чаргафф, также занимавшийся анализом ДНК, в частности ее четырьмя основаниями А, Г, Ц и Т. До сих пор было не ясно, как они располагаются в молекуле. Однако Чаргафф постоянно наблюдал, что содержание основания Г в молекуле всегда равно содержанию Ц, а содержание А, в свою очередь, совпадает с Т. Крик и Уотсон настояли на беседе с ним и вновь опозорились по полной программе. Они делали непрофессиональные замечания и проявили себя как люди, совершенно не разбирающиеся в химии. Позднее Чаргафф говорил о них как о клоунах в науке, которые берут свое апломбом и нахрапом.

Но и это не остановило двух молодых людей. Немного позже Уотсон вновь посетил лабораторию Франклин и Уилкинса. После того как Франклин со скандалом вышвырнула Уотсона (он попытался показать ей неопубликованную и, следовательно, конфиденциальную научную работу конкурента), он обратился к Уилкинсу. Отношения с ним были лучше, потому что Уотсон и Крик не отказывали себе в удовольствиях и закатывали вечеринки, на которые регулярно приглашали Уилкинса. Тот с удовольствием показал Уотсону последние разработки и данные Франклин, в которых структура ДНК просматривалась яснее, чем когда-либо ранее.

С этой новой информацией Уотсон вернулся в Кембридж, и они с Криком без промедления начали работать над новой моделью ДНК. Утром 28 февраля 1953 года загадка в конце концов была разгадана!

Чуть позже напористые друзья опубликовали свою модель в виде коротенького текста на одну страничку и небольшого эскиза двойной спирали (нарисованного женой Крика Одиль) и в одночасье стали звездами в научном мире. Правда, они одной фразой отметили вклад Франклин и Уилкинса, указав, что «их результаты и идеи послужили стимулом в работе». Это яркий пример того, что в мире науки почести и слава зачастую распределяются не по справедливости. Однако Франклин и Уилкинсу было все же позволено опубликовать данные, приведшие к великому открытию, в том же журнале, где Уотсон и Крик описали двойную спираль ДНК.

Дополнительный горький привкус этой истории придает то обстоятельство, что Розалинд Франклин, без рентгеновских анализов которой открытие вообще не состоялось бы, умерла от рака в возрасте всего 37 лет. Вполне возможно, что именно опасная работа с рентгеновскими лучами стоила ей жизни, одновременно прославив Уотсона и Крика. В 1962 году они вместе с Уилкинсом получили Нобелевскую премию. Розалинд Франклин осталась без награды, так как эта премия присуждается только при жизни.

В каком свете предстают перед нами Уотсон и Крик? С одной стороны, они самостоятельно не провели ни одного эксперимента и только манипулировали данными других ученых, что явно противоречит строгой английской морали и научному кодексу чести. Вся эта история считается в наши дни классическим примером не самого достойного поведения в науке. С другой стороны, они проявили упорство и не позволили сбить себя с пути. Они по-разному комбинировали имевшуюся в их распоряжении информацию, которая в конце концов сложилась в модель ДНК. Вне всякого сомнения, это было выдающимся интеллектуальным достижением, на котором последующие поколения ученых строили наше сегодняшнее понимание жизни. Так считать ли их героями? Приговор за вами.

Но вернемся к нашей знаменитой двойной спирали. Модель Уотсона и Крика выглядит словно перекрученная веревочная лестница. Оба боковых «каната» представляют собой цепочки прочно связанных между собой компонентов ДНК и нуклеотидов. Этими компонентами являются сахара и фосфаты, образующие достаточно прочные связи. Но самое интересное – это «ступеньки». Они образованы соединением оснований, отходящих от боковых нитей. Если А встречается с Т, а Г – с Ц, то они взаимно притягиваются (это явление называется «парностью оснований Уотсона и Крика»). При других сочетаниях этого не происходит. Силы, действующие между основаниями, значительно слабее, чем те, которые удерживают боковые нити. Это напоминает застежку-липучку: для того, чтобы разделить обе ее части, нужны относительно небольшие усилия.

Все это прекрасно, но почему открытие структуры ДНК считается в генетике таким же значимым событием, как высадка на Луну? Потому, что теперь окончательно стало ясно, как ДНК хранит информацию. Это происходит в длинных цепочках оснований. Все дело – в их последовательности. Если известно, в какой последовательности располагаются буквы в книге, ее можно прочесть. Если же последовательность не определена, мы имеем дело с бессмысленным набором, как в пакете с макаронными изделиями в виде букв. Это, может быть, и аппетитно, но с содержательной точки зрения равно нулю.

Однако благодаря открытию структуры удалось понять и еще кое-что. Для того чтобы установить полную последовательность, достаточно всего одной цепочки. Зачем же нужна вторая? Дело в том, что они зависят друг от друга. Если в одной цепочке имеется основание А, то в другой на этом месте должно быть Т. Таким образом, вторая нить – зеркальная копия первой. Уотсон и Крик сразу поняли, для чего нужно это двойное повторение: одна нить служит образцом для изготовления второй. Если в молекуле ДНК отделить одну нить от другой (что не так уж трудно сделать, как видно на примере застежки-липучки), то из полученных частей можно образовать две новые молекулы и так далее. Таким образом, структура позволила понять, каким образом осуществляется передача наследственной информации при размножении.

Итак, настал великий момент. Все чудесно! Тайна жизни разгадана! Наука шумно праздновала грандиозную победу.

Но уже на следующее утро пришло отрезвление. Да, теперь было известно, как в принципе выглядит ДНК. Но что значит АГТТЦГАТЦЦААГТЦТ? Ведь из этой мешанины непонятно, почему у тети Хедвиг крепкое здоровье, а у ее соседа выпадают волосы. Короче говоря, ученые теперь знали, как устроена ДНК, но не имели ни малейшего понятия о том, как хранящаяся в ней информация используется в клетках. Особенно их интересовало, с помощью каких кодов в ДНК записываются инструкции по синтезу белков. Ведь к тому времени было уже известно, что белки выполняют в клетках множество важных функций. Итак, ученым пришлось опять облачиться в лабораторные халаты, вытряхнуть остатки конфетти из волос и, превозмогая похмелье, отправиться по своим лабораториям.

Чтобы расшифровать эти коды, биологам пришлось немало поломать голову. Представим себе, например, как Джеймс Уотсон сидит в одиночестве в полумраке гостиничного бара, склонив голову над стаканом виски, и бормочет: «Надо взломать этот чертов код… Но как? Как?» «Извините, – вмешивается скрипучий голос с русским акцентом, – вы, кажется, что-то говорили про взламывание кодов?» Этот голос принадлежит Георгию Гамову, русско-американскому физику, который в то время как раз искал доказательства теории Большого взрыва. Правда, одновременно его внимание привлекла загадка генетического кода, и он решил всерьез взяться за это дело совместно с Уотсоном. Но не просто всерьез, а еще и с шиком! Поэтому в 1954 году они основали «Клуб галстуков РНК». В этот джентльменский клуб вошли научные тяжеловесы того времени.



скачать книгу бесплатно

страницы: 1 2 3 4 5

Поделиться ссылкой на выделенное