Евгений Романцев - Закономерные чудеса

Определение последовательности нуклеотидов всегда сталкивается с большими трудностями. Действительно, если молекулярный вес составляет несколько сот тысяч или миллионов, то даже неспециалисту ясно, сколько мелких "осколков" можно получить из нуклеиновой кислоты. Правда, некоторые из рибонуклеиновых кислот обладают значительно меньшим молекулярным весом. Например, так называемая транспортная РНК имеет молекулярный вес порядка 30 тысячей состоит из 100 нуклеотидов.

Логично предположение: последовательность нуклеотидов в ней определяется легче. Так оно и случилось, только легкость оказалась весьма относительной. В 1963 году была опубликована работа Д. Кантони и сотрудников, в которой они сообщили: установлена возможная первичная структура РНК, которая транспортирует аминокислоту серии в дрожжах. Прошло три года, и известный биохимик Р. Холли удивил научный мир своим сообщением. В результате чрезвычайно трудоемких исследований он вместе с сотрудниками установил последовательность нуклеотидов в так называемой аланинтранспортной РНК. Иными словами, в РНК, которая переносит другую аминокислоту — аланйн.

Блестящие работы по изучению строения и функции другой транспортной РНК — валиновой были проведены академиком А. Баевым, его учениками и сотрудниками. Эта РНК переносит аминокислоту валин к месту, где строится белковая цепь. Исследования начались в 1963 году, а через четыре года химическое строение этой РНК было разгадано. Оказалось, ее молекула состоит из 77 нуклеотидов, расположенных в строгой последовательности.

Конечно, определение последовательности нуклеотидов только один из первых шагов к разгадке "секретов" макромолекул. Но именно расшифровка строения валиновой РНК позволила академику А. Баеву и его коллегам перейти к изучению функций этих удивительных молекул.

Разгадка последовательности нуклеотидов в молекуле ДНК оказалась еще более сложной задачей. Вед1 ДНК имеет значительно больший молекулярный вес, а значит, нуклеотидов существенно больше. К этой трудности добавлялась еще одна. Отсутствовали достаточно удобные методы разделения ДНК на химически однородные молекулы.

Штурм нуклеиновой крепости давался ученым нелегко.

Попробуем написать какую-нибудь известную со школьных лет фразу слитно, не разделяя ее на отдельные слова:

встосороксолнцзакатпылалвиюлькатилосьлето. В таком виде прочитать ее непросто. Накопив определенный багаж знаний, мы без труда расшифровываем содержание словесного ребуса: "В сто сорок солнц закат пылал. В июль катилось лето".

Если бы ученые научились разбивать чрезвычайно длинную молекулу нуклеиновой кислоты на отдельные "слова", то, вероятно, скорее бы удалось понять смысл того, что записано в этой "фразе" ДНК. Но долгое время не находили фермента, способного расщеплять длинную "фразу" ДНК на отдельные "слова". И вот совсем недавно такой фермент эндонуклеаза IV был найден.

Эндонуклеаза IV оказалась очень удобным ферментом. Она всегда разрывала молекулу ДНК в строго определенных местах — только между тимином и цитозином. Иными словами, эндонуклеаза действовала между Т и Ц.

Если молекулу ДНК обрабатывали этим ферментом, то получали смесь фрагментов. Казалось бы, дело сделано: длинная фраза разбита на отдельные слова. Но вот в чем трудность. Откуда, с какого именно "слова" начинать чтение. Значит, необходимо выделить из большого числа похожих фрагментов молекулы какой-то один.

Английский ученый Э. Зифф и его коллеги так и поступили. В своей лаборатории в Кембридже они обработали молекулу ДНК эндонуклеазой IV и получили три больших фрагмента молекулы, состоящие из 48, 35, 13 нуклеотидов. Эти соединения снова подвергли воздействию фермента. И получили "слова", состоящие всего из пяти и восьми нуклеотидов.

Потом исследователи взяли другой фермент, экзонуклеазу. Этот фермент последовательно "состругивал" один нуклеотид за другим. Полученные "стружки" подвергались хроматографическому анализу. Теперь уже экспериментатор знал, с чем он имеет дело. Шаг за шагом, нуклеотид за нуклеотидом читалось биохимическое "слово". Конечно, сначала короткие "слова". В 1973 году были расшифрованы 99 нуклеотидов молекулы ДНК такого простейшего организма, которым является фаг.

Обратите внимание — простейшего. Когда вы прочитаете эти строчки, наука уйдет далеко вперед. Эти данные будут представлять, пожалуй, уже исторический интерес. Но прошедшие события по-прежнему будут свидетельствовать о трудных дорогах познания уникальной молекулы ДНК.

Древние греки утверждали, что судьбу каждого человека предопределяют три богини, три грозные Мойры. Неумолимые Мойры жили на Олимпе. Судьба самого Зевса была в их руках. Обязанности между женщинами распределялись довольно-таки четко. Одна из них пряла нить жизни человека и определяла срок его существования. Другая, не глядя, вынимала жребий, который выпадает каждому, третья заносила в длинный свиток все, что предписывали человеку ее сестры, и, наконец, обрезала нить.

К сожалению, для простого смертного на этом все кончалось. Правда, была на Олимпе еще одна богиня, Тюхэ, которую римляне называли Фортуна. Она могла внести в жизнь человека существенные коррективы. Кому крупно везло, тому доставалось что-нибудь из рога изобилия, который держала в руках богиня.

В 1964 году крупнейший специалист в области изучения структуры белков, лауреат Нобелевской премии Д. Кендрью выступил по английскому телевидению с серией лекций о молекулярной биологии. Они легли в основу книги "Нить жизни". Своим названием эта интересная книга обязана молекуле дезоксирибонуклеиновой кислоты.

Как это ни парадоксально, но в "нити жизни" древнегреческих богинь и в "Нити жизни" Д. Кендрью было кое-что общее. Современные ученые могут говорить о "нити жизни", вкладывая в это понятие совершенно конкретный смысл.

Возьмем, например, одну из широко распространенных и безвредных бактерий, кишечную палочку. Вся гигантская молекула ДНК в этой бактерии "упакована" в образовании, напоминающем крошечное ядрышко. В поперечнике оно равняется одной стотысячной доле миллиметра. Что и говорить, ничтожная величина! Если теперь извлечь хитроумно уложенную в клубок огромную молекулу нуклеиновой кислоты, размотать его и вытянуть ДНК в одну линию, то длина ее составит миллиметр. Это в сто тысяч раз больше диаметра ядра, в котором была "уложена" молекула. Ну чем не настоящая нить жизни?!