Уильям Байнум - Краткая история науки [litres]

Они знали, что ДНК находится в хромосомах ядра, тех самых компонентах клетки, которые Морган изучал тридцатью годами ранее. Они сделали вырезки из бумаги и начали клеить модели, пытаясь разобраться, как может выглядеть структура ДНК. Большую пользу они сумели извлечь из сделанных Франклин рентгеновских снимков.

В 1953 году они придумали модель, удовлетворявшую всем экспериментальным данным. Радостно признали ее «правильной» и отправились праздновать в бар, где объявили, что им удалось раскрыть «секрет жизни».

Но если даже другие посетители того бара не очень понимали, о чем идет речь, то читатели научного еженедельника «Nature» вскоре получили полную информацию. Уотсон и Крик опубликовали статью о своих находках в номере от 25 апреля 1953 года, и в нее вошла работа лондонской команды Уилкинса и Франклин.

Но именно Крик и Уотсон показали, что ДНК состоит из двух изогнутых ниточек, а не из трех, как думал Полинг. Нити соединялись между собой «ступеньками», так что получалось нечто вроде длинной веревочной лестницы, завернутой в спираль. Опоры лестницы представляют собой углеводы, каждая перекладина сделана из пары молекул: либо аденин и тимин, либо цитозин и гуанин.

Их обычно именуют «базовыми парами» молекул.

Но хорошо, пусть есть структура, но как она объясняет пресловутый «секрет жизни»?

Базовые пары скреплены посредством водородных связей, когда клетка делится, спираль разворачивается, и выглядит это так, словно расстегивается застежка-молния. Оставшиеся половинки представляют шаблоны двух идентичных цепей, произведенных клеткой. Уотсон и Крик показали, как гены могут передаваться от родителя отпрыску и как дочерняя клетка получает тот же набор генов, какой был у оригинальной материнской клетки. Схема выглядела простой и элегантной, и она немедленно стала общепринятой.

В 1962 году, когда научное сообщество окончательно приняло структуру и роль ДНК. Крик. Уотсон и Уилкинс разделили Нобелевскую премию. Только они трое. Розалинд Франклин не проигнорировали, просто она умерла от рака яичников в 1958 году.

Френсис Крик продолжил, наряду с другими, изучать то, почему гены настолько важны для живых организмов, ну помимо того, что они передают нашу наследственность. Обычная повседневная активность генов заключается в том, что они изготавливают протеины.

«Генетический код» состоит из трех расположенных рядом перекладин упомянутой лестницы, и каждая троица перекладин (кодон) отвечает за одну аминокислоту. Крик показал, как маленькие отрезки молекулы ДНК обеспечивают кодировку аминокислот, создающих такие протеины, как гемоглобин или инсулин. Генетики сообразили, что порядок базовых пар в молекуле ДНК имеет критическое значение, поскольку он определяет, какие аминокислоты будут встроены в протеины.

Протеины – сложные молекулы, иногда с дюжинами аминокислот внутри, и длинная последовательность ДНК требуется, чтобы изготовить такой протеин.

Понимая то, как функционирует ДНК, ученые смогли разобраться с тем, что видел Морган в своей мушиной комнате. Морган наблюдал за видимыми характеристиками живых организмов, в его случае это были нормальные дрозофилы с белыми глазами и мутанты с красными.

Подобный набор видимых черт называют фенотипом.

Но после новых открытий ученые могли работать на более тонком уровне, на уровне генов, иметь дело с генотипом.

Открытие структуры ДНК стало поворотным пунктом в истории современной биологии. Оно показало, что биологи могут разбирать свой предмет в терминах молекул, ранее бывших в употреблении лишь у химиков.

И на некоторое время подобные исследования вошли в моду.

Более поздние работы показали, что аминокислоты и протеины формируются в цитоплазме клетки – жидкости, в которой плавает ядро. В процессе изучения того, как действует эта крохотная фабрика, была открыта РНК, рибонуклеиновая кислота. В чем-то она похожа на ДНК, но у нее только одна прядь, а не две, и формирует ее другой углевод. РНК играет важную роль в передаче информации от ДНК в ядре клетки к протеиновой «фабрике» в цитоплазме.

Молекулярные биологи изменили наше понимание того, откуда возникают болезни. Они открыли, как протеины вроде гормона инсулина выполняют свою работу, регулируя уровень сахара в крови. Они помогли лучше понять наиболее пугающую из болезней нашего времени, а именно рак.

Хотя любой вид рака может дать метастазы по всему организму, он всегда начинается с единственной мутировавшей клетки, которая ведет себя неправильно и не перестает делиться, когда надо. Подобные клетки очень «прожорливы», они используют питательные вещества организма, и если одна из них попадает в жизненно важный орган, то рак нарушает его функции и ведет к болезни.

Разобраться с тем, как это происходит на молекулярном уровне – крайне важно для того, чтобы изготовить лекарства, способные замедлить процесс или даже остановить его.

Изучение подобных преобразований сложно в случае с такими большими, хитро устроенными животными, как люди, так что молекулярные биологи большей частью работают с более простыми организмами. Значительная часть ранних исследований по поводу функционирования ДНК и РНК была проведена на бактериях, а для определения свойств рака используют мышей. Перенести на людей находки, сделанные на материале других существ, не всегда просто, но именно такой способ принят в современной науке: от более простого к сложному.

Этот метод помог нам понять процессы, которые двигают вперед эволюцию уже миллионы лет, догадаться, что ДНК – та самая молекула, которая контролирует наше предназначение.

У человека примерно 22 000 генов (точное число все еще продолжают определять). Как мы смогли это узнать?

Только благодаря тому, что ученые в лабораториях по всему миру совместно работают над Проектом генома человека. Огромный амбициозный замысел подсчитать наши гены, используя последовательность ДНК, и ответить на все остающиеся вопросы замаячил впереди после того, как Крик и Уотсон открыли структуру ДНК. «Последовательность» в данном случае обозначает позицию в хромосоме каждой из трех миллионов базовых пар молекул, из которых составлен наш геном.

Это колоссальное количество молекул аденина и тимина, цитозина и гуанина, вплетенных в двойную спираль, находящуюся в ядре каждой из наших клеток.

Если открытие ДНК дало нам «секрет жизни», то Проект генома человека позволяет нам прочесть «книгу жизни». Узнать, каков этот геном, за что отвечает каждый ген, от цвета волос до формы пальца на ноге. А также о многих вещах, которые не так легко увидеть: Инструкции для единственной оплодотворенной клетки разделиться на две, потом на четыре и затем продолжать, пока не получится сформированный ребенок в матке. О контроле биологических программ в клетках, которые производят протеины вроде того же инсулина, чтобы регулировать уровень сахара в крови. Об управлении программами для химикалий в мозгу, переносящих послания от одного нерва к другому.