Ольга Шестова - 30 Нобелевских премий: Открытия, изменившие медицину [litres]

Правило сочетания Моргана, согласно которому некоторые наследственные признаки связаны друг с другом, в значительной степени ограничивает второе правило Менделя, по которому в новом поколении гены могут сочетаться независимо. Правило сочетания дополняется правилом ограниченного числа комбинационных групп, соответствующих количеству хромосом. С другой стороны, правило сочетания ограничено странным явлением, которое Морган назвал «кроссинговером», или обменом генов: Морган представлял его как реальный обмен частями между хромосомами. Эта теория встретила много возражений, однако была доказана посредством прямых микроскопических наблюдений.

Правило линейного расположения генов также казалось вначале фантастикой. Утверждение Моргана о том, что участки, отвечающие за различные наследственные признаки, расположены на хромосоме словно бусины, вызвала волну скепсиса. Дело в том, что Морган пришел к таким сенсационным выводам путем статистического анализа результатов скрещивания дрозофил, а не с помощью прямого исследования хромосом. Но более поздние работы полностью подтвердили правоту ученого.

Исследования Моргана не только заложили надежный фундамент для развития генетики, но и практически сразу приобрели прикладное значение. Сформулированные им правила позволили по-новому взглянуть на наследственные заболевания человека, значительно расширив возможности их лечения и профилактики. Так, например, стал понятен механизм передачи по наследству «царской» болезни гемофилии, которой страдали многие европейские принцы. Но не принцессы! Дело в том, что, в соответствии с правилом сочетания Моргана, ген, отвечающий за низкую свертываемость крови (причина гемофилии) находится на Х-хромосоме, которых у женщин две, а у мужчин всего одна. Болезнь проявляется (но не распространяется) по мужской линии. Обладая этими знаниями, люди могут заниматься планированием семьи или по крайней мере заранее подготовиться к рождению особенного ребенка.

В английском языке термин «mendelism» означает всего лишь «учение Менделя». Но в СССР слово «менделизм» имело негативную коннотацию. До 1960-х годов «менделизмом-морганизмом» называли совокупность теорий Грегора Менделя и Томаса Моргана (как и в английском языке), вот только генетика считалась тогда в СССР «продажной девкой империализма» и ее основоположников принято было ругать.

Сразу после того, как была расшифрована структура дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК), один из авторов исследования, британец Фрэнсис Крик, написал сыну: «…Джим Уотсон и я, вероятно, сделали самое важное открытие…» – и был совершенно прав. Установление структуры и функций ДНК считается одним из ключевых достижений не только молекулярной биологии, но и всей мировой науки. Хотя в своем письме сыну Крик упомянул только американца Джеймса Уотсона, важную роль в разгадке структуры ДНК играли еще двое ученых: подданные Британской короны Морис Уилкинс и Розалинд Франклин.

К моменту великого открытия было известно, что ДНК состоит из фосфатной группы, сахара (дезоксирибозы) и четырех азотистых оснований: аденина, гуанина, тимина и цитозина. По сформулированным в 1951 году правилам Чаргаффа аденин с тимином и гуанин с цитозином содержались в ДНК попарно в равном количестве. В начале 1950-х годов сотрудники Королевского колледжа Лондона Морис Уилкинс и Розалинд Франклин получили рентгеноструктурные фотографии, указывавшие на то, что ДНК имеет форму, похожую на спираль. В ученой среде шло настоящее соревнование: кто на основе имеющихся данных построит верную модель ДНК.

Крик и Уотсон выдвинули свою первую гипотезу о структуре ДНК в 1951 году, но ошиблись. Их модель, предполагавшая, что центральный остов молекулы состоит из фосфатов, оказалась нежизнеспособной. В следующем году будущий лауреат двух Нобелевских премий (по химии и премии мира) Лайнус Полинг выдвинул собственную гипотезу, но тоже построил теорию на ошибочном предположении о фосфатном остове, располагающемся в центре молекулы. Удачной оказалась лишь очередная попытка Фрэнсиса Крика и Джеймса Уотсона, сделанная в 1953 году. Эти ученые учли предыдущие ошибки и предложили структуру ДНК, схему которой до сих пор размещают во всех учебниках биологии. Огромное влияние на формирование революционной теории оказала прекрасного качества фотография, сделанная Розалинд Франклин в конце 1952 года.

Сейчас это знает любой старшеклассник, заглянувший в учебник биологии. Молекула ДНК состоит из двух цепочек нуклеотидов (азотистое основание + сахар + фосфат), соединенных «мостиками» между фосфатом предыдущего нуклеотида и сахаром следующего. При этом цепочки комплементарно (то есть взаимно дополняя друг друга) соединены между собой водородными связями – аденин связывается с тимином, а гуанин с цитозином. Таким образом, цепочки как бы зеркально отражают друг друга. Именно благодаря открытию принципа комплементарности ученым в дальнейшем удалось построить теорию о том, каким образом при делении клетки удваивается количество генетического материала. Действительно каждую из цепей ДНК можно «достроить» до полноценной молекулы единственным способом.

Ученые, открывшие структуру ДНК, продолжили изучать передачу генетической информации – как при появлении новой клетки, так и в процессе жизнедеятельности старой. В 1958 году Фрэнсису Крику удалось сформулировать основную догму молекулярной биологии. Ученый установил, что генетическая информация в клетке удваивается в процессе репликации ДНК: молекула «расплетается», и каждая цепочка комплементарно достраивается вновь. Затем с ДНК снимается «копия» в виде одноцепочечной рибонуклеиновой кислоты (РНК) – этот процесс называется транскрипцией. Наконец, в ходе трансляции в рибосомах (специальные органеллы в клетке) по «инструкции», содержащейся в РНК, из аминокислот собираются белки.

Работы Фрэнсиса Крика, Джеймса Уотсона и Мориса Уилкинса «за открытие молекулярной структуры нуклеиновых кислот и их значимости для передачи информации в живом материале» были отмечены Нобелевской премией в 1962 году. К сожалению, Розалинд Франклин, чей вклад в исследования на их начальном этапе был огромным, скончалась в 1958 году, поэтому не была удостоена премии. Как мы уже писали, по правилам Нобелевская премия не присваивается посмертно.