Сэм Кин - Синдром Паганини и другие правдивые истории о гениальности, записанные в нашем генетическом коде

В середине ХХ века биологи самыми разными способами пытались решить все ту же задачу – как же выглядит ДНК? – которую решал и Фридрих Мишер, ученый, первым открывший эту необычную смесь сахаров, фосфатов и кольцевых оснований. Наиболее досадным было то, что никто не мог определить, как длинные нити ДНК могут цепляться и сливаться друг с другом. Сейчас нам известно, что цепочки ДНК соединяются автоматически: А совмещается с Т, а Г с Ц, но в 1950-х годах этого еще никто не знал. Все думали, что символы объединяются в пары случайным образом. Поэтому ученым приходилось размещать каждую нескладную последовательность символов внутри своих моделей ДНК: порой приходилось соединять друг с другом и нескладные А с Г, и изящные Ц и Т. Ученые быстро поняли, что вне зависимости от того, как поворачивать или сжимать эти неправильные пары оснований, они будут образовывать вмятины и выпуклости, а не спирали ожидаемой обтекаемой формы. Уотсон и Крик даже попытались послать к черту этот биомолекулярный тетрис и потратили несколько месяцев, возясь с моделью ДНК, вывернутой наизнанку (и имеющей три цепочки) [26], в которой основания были размещены лишь бы как – просто чтобы поскорее сложить картинку.

Сестре Мириам удалось решить важнейшую часть задачи по определению структуры ДНК: определить точную форму оснований. То, что монахиня работает в технической области, кажется необычным и в наши дни, однако Мириам впоследствии вспоминала, что именно монахини составляли большую часть женщин-ученых, с которыми ей довелось встречаться на конференциях и съездах. Женщины в то время, как правило, отказывались от карьеры после замужества, в то время как незамужние работающие женщины (вроде Розалинды Франклин) вызывали подозрение, а то и становились мишенью для насмешек, а платили им порой так мало, что это не позволяло сводить концы с концами. При этом католические монахини, незамужние, но имеющие безупречную репутацию жительниц спокойных обителей, имели финансовую поддержку и были достаточно независимы для того, чтобы заниматься наукой.

Впрочем, нельзя сказать, что жизнь монахини была лишена проблем, как профессиональных, так и личных. Так же как Мендель – урожденный Иоанн, но Грегор в монашестве – Мириам Стимсон и ее товарки-новички приняли новые имена после прибытия в один из монастырей штата Мичиган в 1934 году. Мириам выбрала имя Мэри, но во время церемонии крещения архиепископ с ассистентом пропустили начало списка, поэтому большинство женщин были благословлены не под теми именами, которые выбрали. Никто не посмел возразить, и, поскольку для последней в списке Мириам не осталось имени, сообразительный архиепископ дал ей первое имя, которое пришло ему в голову: мужское имя Майкл. Монашество подразумевает брак с Христом, и поскольку Бог (или архиепископ) соединяет новобрачных раз и навсегда, монахини так и остались жить с неправильными именами.

Требования послушания стали еще более обременительными, когда сестра Мириам начала работать. Это очень осложнило ее научную карьеру. Вместо полноценной лаборатории она сумела выпросить у начальства лишь маленькую каморку, переделанную из ванной, и проводила опыты там. Причем и на это у нее было совсем немного времени: ей приходилось работать «коридорной сестрой», отвечающей за студенческое общежитие, а кроме того, брать полную педагогическую нагрузку. Также она была обязана даже в лаборатории носить рясу с громадным капотом вроде капюшона кобры: это ничуть не способствовало проведению сложных экспериментов. Она даже не могла водить машину, потому что капот закрывал ей обзор по сторонам. Тем не менее Мириам была по-настоящему умна – друзья прозвали ее «М 2», намекая на Менделя – и, как и у Менделя, ее монашеский орден поддерживал и вдохновлял ее любовь к науке. Правда, они делали это в том числе и для того, чтобы США получили шанс побить безбожных азиатских коммунистов, однако и для того, чтобы понять, как Бог творит живых существ и позаботиться обо всех его творениях. Действительно, Мириам и ее коллеги привлекались к производству лекарств (отсюда и работа над Preparation H). Изучение ДНК было естественным продолжением этих трудов, и Мириам Стимсон, казалось, добилась успеха в конце 1940-х годов, определив форму оснований ДНК с помощью изучения их составных частей.

Сестра Мириам Майкл Стимсон, первопроходец в исследовании ДНК, носила рясу с большим капюшоном даже в лаборатории (из архивов Университета Сиена Хайтс)

Аденин, тимин, цитозин и гуанин состоят в основном из атомов углерода, азота и кислорода, однако содержат и водород, что все усложняет. Атомы водорода находятся на периферии молекул, они самые легкие и наиболее подверженные воздействию других атомов, поэтому могут занимать разные позиции, придавая основаниям различную форму. Эти различия не играют большой роли – молекула остается практически одной и той же, однако позиция атома водорода имеет значение для соединения нитей двойной спирали ДНК.

Атом водорода содержит один электрон, который вращается вокруг одного протона. Но водород обычно отделяет эту свою отрицательную частицу от внутренней, кольцевой поверхности основания ДНК. Поэтому он сохраняет способность образовывать новые связи. Нити ДНК соединяются, сопоставляя позитивно заряженные части оснований одной нити с отрицательно заряженными частями оснований – другой нити. Негативные отрезки обычно концентрируются на кислороде и азоте, которые придерживают электроны. Эти водородные связи не так прочны, как обычные химические связи, но это, наоборот, отлично, так как клетки при необходимости могут легко освободить свою ДНК.

Водородные связи были широко распространены в природе, но их появление в ДНК специалисты начала 1950-х годов считали невозможным. Водородная связь требует идеального выравнивания положительно и отрицательно заряженных участков – примерно такого, какое наблюдается между А и Т, Г и Ц. Но снова никто не знал, что в пары объединяются определенные символы, – а в других комбинациях положительные и отрицательные заряды не выстраивались так безупречно. Исследования Сестры М 2и других специалистов впоследствии запутали эту картину. В рамках своей работы Мириам Стимсон помещала основания ДНК в растворы различной кислотности (чем выше кислотность, тем больше ионов водорода содержится в растворе). Мириам было известно, что растворенные основания и водород как-то взаимодействуют: когда она осветила раствор ультрафиолетом, основания пропускали свет по-разному, что указывает на изменение формы. Однако она, рискнув, предположила, что изменения обусловлены смещением атомов водорода и что это естественным образом происходит по всей длине ДНК. Если бы это оказалось правдой, исследователи ДНК вынуждены были бы рассматривать водородные связи не только для несовпадающих оснований, но и для многочисленных форм каждого из таких оснований. Позже Уотсон и Крик с раздражением вспоминали, что даже учебники того времени показывали расположение атомов водорода в основаниях ДНК как бог на душу положит, в зависимости от предрассудков и капризов автора. Это делало построение моделей практически невозможным.