Журнал Наука и жизнь, 2000 № 05

О том, что происходит на этом участке фундаментальной биологической науки рассказывает профессор Бостонского университета (США), один из директоров университетского Биотехнологического исследовательского центра Максим ФРАНК-КАМЕНЕЦКИЙ . Вопросы задает специальный корреспондент журнала «Наука и жизнь» Р. СВОРЕНЬ.

— Лет десять назад, а может быть, даже больше наблюдался огромный всплеск газетных публикаций о генной инженерии. О том, что она учится целенаправленно менять определенные участки в молекуле наследственности — в ДНК и на этом пути может очень много сделать для сельского хозяйства и медицины. Через какое-то время интерес газетчиков к этой теме несколько затих, а недавно вновь вспыхнул, но речь уже почему-то идет не о генной инженерии, а о биотехнологии. В чем здесь дело? В чем разница?

— Очень часто разница не более чем в терминах: просто одну и ту же область называют разными словами. Но в действительности эти разные названия и говорят о разном. Генная инженерия — это, по сути дела, набор технических приемов, позволяющих производить в молекуле ДНК определенные изменения. А вот биотехнологией называют всю огромную научную, а теперь уже и индустриальную область, которая занимается и детальным изучением самой ДНК, и ее работой в организме человека и животных или в растениях, и техникой осуществления нужных изменений в этой главной молекуле всего живого, и, наконец, практическим использованием этих изменений: освоением новых методов диагностики и лечения, производством новых лекарственных препаратов, улучшением видов сельскохозяйственных животных и растений. Сегодня биотехнология — это наука, промышленность и многомиллиардный бизнес, в том числе и в медицинской сфере.

— Вы упомянули технические приемы реконструкции ДНК. Позвольте воспользоваться случаем и спросить о том, что для меня всегда было непонятным: на какой технике основана вся эта молекулярная хирургия? Как удается вырезать из молекулы ДНК совершенно определенную ее часть и вшить на ее место новую? Как можно точно собрать эту задуманную вами новую часть молекулы из отдельных атомов? И как контролировать эти процессы, чтобы не допустить трагической ошибки? Ведь это все-таки молекула наследственности…

— Объяснить непросто, но давайте попробуем. Для начала напомню, что в описании процессов и объектов химики широко пользуются сокращениями, аббревиатурами: иначе просто утонешь в бесконечно длинных названиях. Так, загадочное ДНК, как вам известно, это просто сокращение длинного чисто химического названия «дезоксирибонуклеиновая кислота», точно так же всем известную углекислоту можно было бы называть УК или лимонную — ПК. Четверку небольших атомных блоков — аденин, гуанин, тимин и цитозин, — из которых собрана ДНК, также принято называть сокращенно — А, Г, Т, Ц. Не хочется вводить в нашу беседу еще один термин, но придется. Все эти четыре типа блоков называются нуклеотидами.

Еще одно напоминание — блоки А, Г, Т, Ц, в разных комбинациях соединяясь друг с другом, образуют длинную полимерную нить. Две такие идущие рядом нити, скрепленные одна с другой перемычками и свившиеся в двойную спираль, — это и есть молекула ДНК. Обе нити по длине совершенно одинаковы, в каждой в зависимости от вида ДНК могут быть сотни тысяч и даже миллионы блоков-нуклеотидов. Блоки соединяются в нить в полном, казалось бы, беспорядке, скажем, АЦЦТАГА-ЦАТТТАГГЦТ и так далее. Но на самом деле порядок в цепочке абсолютный, как в тщательно проверенных строчках книги. Именно он, порядок чередования нуклеотидов, и определяет ту наследственную информацию, которая записана в ДНК и вместе с ней передается из поколения в поколение.

По информации, записанной в ДНК, в частности в клетке, будут подбираться и соединяться в сложнейшую конструкцию блоки белковых молекул. И так по удивительному молекулярному «чертежу», именуемому двойной спиралью ДНК, строится весь организм.

— Можно ли как-то количественно оценить этот «чертеж»? Насколько он подробный, детальный?

— В двойной спирали записано так много информации, что если взять 23 молекулы ДНК, образующие полный наследственный «чертеж» человека, и если каждый нуклеотид в этом наборе представить просто одной буквой его условного обозначения, то получится миллион страниц текста, то есть несколько тысяч достаточно толстых книжек. Заметьте — то, что в этом сравнении представлено одной буквой, то есть нуклеотид, в действительности есть довольно сложный химический блок из нескольких десятков атомов. Удивительно вот что: на кодирование белков, то есть на описание всего, из чего сделан организм, приходится лишь 5 процентов всей информации, записанной в ДНК.

— О чем же тогда рассказывают остальные 95 процентов «чертежа»?

— Пока это большая загадка, предполагают, что там просто скопился «мусор», остававшийся в процессе долгой эволюции, начиная чуть ли не с бактерий. Пользуясь моментом, напомню еще два термина: участок ДНК, в котором записано устройство одного из многочисленных белков организма, — это ген, а все гены какого-либо организма — это его геном.

А сейчас, после вынужденного предисловия, попытаюсь ответить на ваш вопрос о технических приемах.

Если отвлечься от подробностей, которые, кстати, тоже очень важны и интересны, то можно сказать, что вся, как вы ее назвали, «молекулярная хирургия» основана на трех замечательных научных изобретениях. Они все были сделаны в последние десятилетия и все отмечены Нобелевскими премиями.

На рисунке представлена структура маленького фрагмента длинной двойной нити молекулы наследственности — ДНК, дезоксирибонуклеиновой кислоты. В этой главной молекуле всего живого четыре химических блока — четыре азотистых основания: аденин (А), гуанин (Г), тимин (Т) и цитозин (Ц). Они чередуются в разных комбинациях, и по этому коду, строго узаконенному для всей живой природы, в клетке подбираются необходимые последовательности других химических блоков — аминокислот.

А из них, из 20 типов аминокислот, собираются тысячи и тысячи типов белковых молекул. Именно они определяют сложность и совершенство живого организма, удивительное многообразие протекающих в нем процессов.

Этот рисунок из нынешнего школьного учебника еще каких-то сорок лет назад был не более чем гипотезой. Ее экспериментальное подтверждение и разгадка генетического кода стали поворотом как в фундаментальной биологической науке, так и в практике наших взаимодействий с живой природой. Человек научился читать генетический код, раскрывая при этом, в частности, механизмы заболеваний и прокладывая новые пути борьбы с ними.