Джеймс Уотсон - ДНК. История генетической революции

Сила иммунного ответа на инородный белок отражает степень его чужеродности: если он сравнительно схож с собственным белком организма, то реакция относительно слабая, но с увеличением разницы реакция пропорционально усиливается. Уилсон и Сэйрич проверяли силу реакции, беря белок от одного вида и измеряя иммунный ответ, который он провоцировал у других видов. Так они смогли построить индекс молекулярной дивергенции между двумя видами, однако, чтобы добавить в такие молекулярные часы параметр времени, их требовалось откалибровать. Палеонтологические данные свидетельствуют о том, что обезьяны Старого и Нового Света (две основные группы обезьян) произошли от общего предка, жившего около 30 миллионов лет тому назад. Соответственно, Уилсон и Сэйрич приравняли иммунологическую «дистанцию» между обезьянами Старого и Нового Света к 30 миллионам лет, истекших с момента расхождения этих линий. Насколько в таком случае отстоят люди от своих ближайших эволюционных родичей, шимпанзе и горилл? В 1967 году Уилсон и Сэйрич опубликовали результаты своих расчетов, согласно которым эволюционные линии человека и человекообразных обезьян разделились около пяти миллионов лет тому назад. Это заявление встретили в штыки: в палеоантропологических кругах считалось общепризнанным, что этот акт дивергенции произошел около 25 миллионов лет тому назад. Научный истеблишмент настаивал, что промежуток между человеком и человекообразными обезьянами намного больше пяти миллионов лет. Уилсон и Сэйрич выдержали этот натиск. Дальнейшие исследования показали, что предложенная ими датировка расхождения человека и человекообразных обезьян на удивление точна.

Когда пришло время распространить такой анализ расхождения между человеком и человекообразными обезьянами с белков на ДНК, Уилсон доверил эту работу своей аспирантке Мэри-Клэр Кинг (которая впоследствии сделала себе имя в изучении генетики рака груди). В результате в 1975 году была написана одна из самых выдающихся научных статей в XX веке. Однако долгое время такой триумфальный исход казался маловероятным, особенно на взгляд Кинг. Работа у нее не клеилась во многом потому, что за годы, проведенные в Университете Беркли, львиную долю ее рабочего времени отнимали бушевавшие там в начале 1970-х годов выступления против вьетнамской войны. Кинг решила перебраться в Вашингтон, округ Колумбия, и поработать с Ральфом Нейдером, но, к счастью, сначала обратилась за советом к Уилсону. Он мудро напомнил ей, что «если бы все, у кого не получаются эксперименты, бросали науку, то никакой науки не было бы». Кинг к нему прислушалась.

Мэри-Клэр Кинг

Кинг и Уилсон сравнивали геномы человека и шимпанзе разными методами, в том числе при помощи хитроумного приема под названием «гибридизация ДНК». Когда две комплементарные цепочки ДНК объединяются и образуют двойную спираль, их можно разделить, нагрев образец до 95 °C, – молекулярные генетики между собой именуют этот процесс «плавление ДНК». Что же произойдет, если две нити ДНК не абсолютно комплементарны, то есть если в одну из них вкрались мутации? Оказывается, такая ДНК «расплавится» при температуре ниже 95 °C. А вот насколько ниже – зависит от степени различия между двумя нитями. Чем больше разница, тем меньше требуется нагревать раствор, чтобы их расплести. Именно по такому принципу Кинг и Уилсон стали сравнивать ДНК шимпанзе и человека. Чем больше совпадают последовательности двух этих молекул, тем ближе будет точка плавления двойной спирали к абсолютному стандарту 95 °C. Оказалось, что сходство и в самом деле удивительное: Мэри-Клэр Кинг удалось определить, что последовательности ДНК человека и шимпанзе различаются не более чем на 1 %. На самом деле, у человека и шимпанзе даже больше общего, чем у шимпанзе и гориллы – геномы последних отличаются друг от друга примерно на 3 %.

Этот результат был настолько поразителен (а получен он был, заметьте, за двадцать пять лет до первых черновых набросков генома человека), что Кинг и Уилсон считали своим долгом попытаться объяснить явное несоответствие между темпами генетической эволюции (медленная) и анатомически-поведенческой эволюции (быстрая). Как столь незначительные генетические изменения могут обусловить такие существенные различия, которые мы видим в зоопарке между шимпанзе в клетке и посетителем по другую сторону вольера? Кинг и Уилсон предположили, что наиболее существенные эволюционные изменения произошли в тех частях ДНК, которые управляют включением и выключением генов. Таким образом, даже небольшое генетическое изменение могло дать масштабный эффект, изменив, например, хронометраж экспрессии гена. Иными словами, природа может создать два очень несхожих существа, попросту по-разному координируя работу одних и тех же генов.

Следующее сенсационное сообщение из лаборатории Уилсона в Беркли поступило в 1987 году. Исходя из закономерностей изменчивости в последовательностях ДНК, он и его коллега Ребекка Канн построили родословное древо для всего нашего вида. Это было одно из немногих открытий, новость о котором попала на обложку журнала Newsweek .

Из практических соображений Ребекка Канн и Аллан Уилсон работали преимущественно с митохондриальной ДНК (мтДНК). В то время, когда ПЦР-реакция еще не применялась в научных исследованиях так широко, как сегодня, было очень затруднительно получить тот или иной ген или участок ДНК в достаточном количестве для проведения исследований. А в исследовании Канн и Уилсона требовалось обработать не один, а 147 образцов! В любом фрагменте человеческой ткани гораздо больше митохондриальной ДНК, чем хромосомной (содержащейся в клеточном ядре). Тем не менее, чтобы в достаточном количестве добыть хотя бы митохондриальную ДНК, нужна была особая технология. Выход нашелся: решили использовать плаценту. Обычно в больницах ее просто утилизируют после родов, но именно там очень много митохондриальной ДНК. Канн и Уилсону всего-то оставалось уговорить 147 рожениц пожертвовать свою плаценту во имя науки, но фактически 146, так как Мэри-Клэр Кинг просто мечтала отдать им плаценту от своей дочери. При этом исследователям было известно, что для максимально полной реконструкции человеческого генеалогического дерева нужно подобрать группу доноров так, чтобы обеспечить в ней как можно более широкое генетическое разнообразие. В данном случае американский «плавильный котел» из национальностей оказался весьма кстати. Не было необходимости ехать в Африку для сбора африканской ДНК – благодаря работорговле африканские гены оказались в изобилии завезены на американские берега. Соратники проекта, работавшие в Новой Гвинее и Австралии, взялись раздобыть плаценту аборигенных австралоидных женщин (которых нет в генетическом пуле США), готовых поучаствовать в исследовании.