Тимо Зибер - Дикие гены

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.

Данная организация поставила перед собой цель выяснить, как кодируется информация в ДНК, то есть каким образом с ее помощью синтезируются белки и какое отношение к этому имеет РНК (если вообще имеет). Минуточку, а причем здесь РНК? Мы совершенно упустили этот момент из виду, но немедленно исправим допущенную ошибку. РНК звучит похоже на ДНК, да и во многих других отношениях схожа с ней. По своей структуре это сестры. С химической точки зрения они отличаются друг от друга лишь двумя вещами. В РНК используется сахар под названием рибоза, а в ДНК – дезоксирибоза. Поэтому РНК и расшифровывается как рибонуклеиновая кислота, а не дезоксирибонуклеиновая. Кроме того, основание Т (тимин) заменено в ней на У (урацил). Но, как это часто бывает у сестер, они при всей своей похожести ведут себя совершенно по-разному. Если ДНК представляет собой длинную спираль с двумя нитями, то РНК, как правило, существует в виде множества коротких фрагментов, состоящих всего из одной нити. К тому же она отличается очень коротким сроком жизни (что и по сей день приводит биологов в отчаяние). В то время об этой неустойчивой сестре ДНК было известно очень мало, но высказывались предположения, что она имеет какое-то отношение к производству белков.

«Клуб галстуков РНК» был особым миром. Это учреждение отличалось от нынешних научных организаций примерно так же, как сходка завсегдатаев пивной от собрания акционеров Telecom. С сегодняшней точки зрения это было просто сборище взбалмошных чудаков. Клуб (или «Галстучное братство», как его порой именовал Гамов), состоял из 20 индивидуально отобранных членов, каждый из которых отвечал за одну из аминокислот. Себе Гамов выделил первую по алфавиту аминокислоту – аланин (Ala). Уотсону досталась Pro (пролин, что, впрочем, могло расшифровываться и как «профессионал»…). Разумеется, Крик тоже не остался в стороне и получил аббревиатуру Туг (тирозин, а также имя древнегерманского бога войны). Аналогичным образом были распределены и все остальные аминокислоты. Затем в состав клуба вошли еще четыре почетных члена, которые символизировали четыре основания ДНК. Каждому члену джентльменского клуба был вручен именной галстук (черный, с изображением желто-зеленой спирали, стоимостью 4 доллара за штуку) и заколка к нему с соответствующей аббревиатурой. Не менее изящно выглядела структура клуба и распределение обязанностей в нем. Так, например, официально существовали должности клубного пессимиста (Крик) и оптимиста (Уотсон). Как это выглядело на практике? Возможно, так:

Крик: Мой стакан опять наполовину пуст…

Уотсон: Прекрасно. Значит, туда можно долить воды!

Для обмена информацией члены клуба писали друг другу письма и встречались два раза в год. Под сигары, виски и пиво шел оживленный обмен хорошими и плохими, но, как правило, не вполне зрелыми идеями.

Поскольку Уотсон и Крик уже добились огромных успехов в спекулировании чужими данными, они с восторгом продолжили эту деятельность. За пару лет существования клуба Фрэнсис Крик сформулировал несколько идей. Самой знаменитой из них была гипотеза о том, что информация может переноситься с одних нуклеиновых кислот на другие (то есть на РНК или ДНК) и использоваться для синтеза белков, в то время как сами белки источником информации не являются. Эту гипотезу он назвал «центральной догмой» молекулярной биологии. В последующие годы почти все ее положения подтвердились. Наследственная информация в виде небольших фрагментов переносится на короткоживущие молекулы РНК (так называемые матричные или информационные РНК) и служит как бы инструкцией для производства белков. Путь выглядит следующим образом: от ДНК через РНК к белку (существует несколько исключений, но об этом позже).

Но как информация записывается в ДНК? С помощью каких кодов? Все, что было известно об этом в 1954 году, могло без труда уместиться на картонной подставке под пивную кружку: 20 аминокислот описываются с помощью четырех оснований ДНК. Это не подлежало сомнению. В остальном же информации для размышлений было очень мало. Однако все дискуссии, проходившие в веселой обстановке за выпивкой, сводились к тому, что генетический код должен представлять собой нечто великолепное, совершенное и логичное. Ведь жизнь, которая на нем основывается, завоевала даже самые неподходящие для этого уголки мира – от океанских глубин, куда не проникает свет, до вечных льдов на самых высоких горных вершинах. Если удастся выяснить, какой самый лучший и самый логичный код может быть передан с помощью ДНК, то он и окажется кодом жизни. Какая многообещающая предпосылка! Члены клуба с энтузиазмом взялись за работу. Их девизом стало высказывание Макса Дельбрюкка: «Умри, но сделай, а иначе и не пытайся!»

Гамов предположил, что для кодирования 20 аминокислот необходимы минимум три позиции ДНК. Под одной позицией понимается сочетание четырех различных оснований, что дает четыре варианта кода. Две связанные между собой позиции могут дать 16 комбинаций (4 х 4), а три – 64 комбинации (4x4x4). Сидней Бреннер (также член клуба) впоследствии доказал, что три следующие друг за другом позиции

ДНК, которые он назвал «кодоном», и составляют код аминокислоты. Но почему аминокислот насчитывается только 20, хотя существует 64 возможных кода? Гамов и его коллеги исходили из того, что для этого есть какая-то причина. Ее просто не может не быть. Согласно одной из теорий, значение имеет только сочетание оснований в кодоне, а не их последовательность. Таким образом, все кодоны, в которых, к примеру, содержатся основания А, Г и Ц (АГЦ, АЦГ, ЦГА, ЦАГ, ГАЦ и ГЦА), должны кодировать синтез одной и той же аминокислоты. Но если так, то количество вариантов кодирования сокращается с 64 до 20. Вуаля! Просто несокрушимая логика. Гамов и его клуб придумали еще много всяких теорий – в большинстве своем весьма впечатляющих и сложных, но, к сожалению, неверных.