Крейг Вентер - Расшифрованная жизнь. Мой геном, моя жизнь

Все занимавшиеся исследованием структуры молекулы адреналинового рецептора непременно отмечали ее ключевую особенность: наличие 7 участков аминокислот, согласно компьютерному моделированию, располагающихся в форме штопора или альфа-спирали. Эти спирали чаще всего встроены в липидные мембраны клеток. Напомним, что рецепторные молекулы являются основным средством связи между внешней поверхностью клетки и ее содержимым, – это много лет назад показали мои эксперименты со стеклянными бусинами. Адреналиновый рецептор встроен в мембрану так, что эти семь «пальцев» образуют нечто вроде кармана для захвата адреналина и таким образом изменяют остальную часть молекулы рецептора, «объявляя» о появлении химического мессенджера. Среда вне липидной мембраны представляет собой водный раствор, поэтому мы полагали, что соединенные с адреналином аминокислоты рецептора должны быть гидрофильными, а также отрицательно заряженными, так как часть молекулы адреналина несет положительный заряд. И мы действительно нашли несколько аминокислот с такими свойствами. Другие аминокислоты последовательности рецепторного белка, например пролин, обычно играют важную роль в построении его структуры, образуя своеобразные изгибы.

К тому времени нам удалось выяснить, что происходит при изменении конфигурации рецепторного белка. Один из методов молекулярной биологии, так называемый «сайт-направленный мутагенез», или «белковая инженерия», позволил нам провести некоторые хитроумные эксперименты. Изменяя код гена рецептора, можно изменить последовательность аминокислот, то есть саму структуру белка. Поэтому мы могли бы проанализировать работу этой некогда неуловимой молекулы, если бы выяснили, как работает измененный рецепторный белок – например, по-прежнему ли он связан с адреналином и «нравится» ли другим препаратам с ним связываться? И если да, то действует ли рецептор так же, как при взаимодействии с адреналином?

Должен признаться, что в душе я – старомодный биохимик. Мне нравится думать не только о мутациях, которые изменяют структуру белков, но и о том, как эти изменения отражаются на биологическом поведении организма. Очень многие генетики довольствуются лишь тем, что обнаруживают связь между кусочком ДНК и каким-то признаком. Для меня это похоже на впечатление от встречи с кем-то, лично знакомым с иной знаменитостью: «У меня есть друг, который знаком с Мадонной!». Мне этого мало. Я хочу знать гораздо больше, и не только о Мадонне. Я хочу понять, что это за биологический рецептор, который вдохновляет ту же Мадонну? И всех остальных людей, если уж на то пошло!

В результате мы изменили десятки аминокислот в рецепторных белках, и в 1988 году опубликовали две важные статьи об аминокислотах, влияющих на способ связи и активирования рецептора молекулами адреналина. Но, на удивление, эти молекулы не оказывали никакого влияния на бета-блокаторы типа пропранолола, которые также связывались с рецепторами. Из этих экспериментальных данных был сделан единственный вывод – точки на рецепторном белке, связывающиеся с активаторами вроде адреналина (так называемых «агонистов»), отличаются от точек на рецепторных белках, связывающихся с их блокаторами вроде пропранолола (так называемых «антагонистов»). Наше упрощенное представление о работе рецепторов теперь следовало пересмотреть. Всегда считалось, что гормоны работают по принципу «ключ к замку», где замок – рецептор, а антагонисты – просто неподходящие к нему ключи. Теперь оказывалось, что они могут действовать на какую-то другую деталь замка, но так, что замок все равно не срабатывает.

Выдвигать подобные гипотезы было бы гораздо легче, если бы мы имели модель адреналинового рецептора. Я вспомнил, как в начале моей работы в лаборатории Каплана его сотрудница Сьюзен Тейлор определила трехмерную структуру фермента лактатдегидрогеназы на основе данных рентгеновской кристаллографии. Затем была создана модель белка (1,2 метра в длину, в ширину и в высоту), которая наглядно показывала, как в клетках растений и животных этот фермент катализирует взаимные биохимические превращения пирувата и лактата в основном метаболизме. Я хотел сделать подобную модель адреналинового рецептора. Но чтобы «сфотографировать» рецепторный белок, он нужен в кристаллической форме, а для этого требуются его граммовые количества – примерно в миллион раз больше, чем мы в то время располагали. Изучив литературу, я обнаружил, что для массового производства белков успешно используются дрожжи, и нанял химика Дика Маккомби, чтобы он получил нужное для рентгеновской съемки количество белка.

Примерно в то же самое время бурно обсуждался проект, благодаря которому мои исследования в один прекрасный день оказались в центре внимания научной общественности. Я говорю о секвенировании генома человека. Одну из первых дискуссий в мае 1985 года на семинаре в Калифорнийском университете в Санта-Крус организовал Роберт Синсхаймер. Он надеялся, что такой важный проект привлечет внимание к его университету. Когда я уже начал работать в этой области, лауреат Нобелевской премии американец Ренато Дульбекко выступил в журнале Science с предложением секвенировать геном человека для борьбы с раком, а Сидни Бреннер из британского Совета медицинских исследований настоятельно призвал Европейский союз принять единую программу исследований. Дискуссии по геному человека также проводились по инициативе Чарлза Делизи, профессора биоинформатики из Министерства энергетики США. Участие в этом проекте Министерства энергетики может показаться несколько странным, но дело в том, что именно этому ведомству поручили оценить влияние радиации на генетический код хибакуся – японцев, переживших атомную бомбардировку Хиросимы и Нагасаки.

Большинство из обсуждавших тогда идею расшифровки генома человека были настроены крайне скептически, считая это абсолютно безнадежным делом. Высказывались против проекта и в НИЗ. Его директор Джеймс Вингаарден язвительно заметил, что «план Министерства энергетики очень похож на предложение Национального бюро стандартов построить бомбардировщик Б-2» {18} 18 Cook-Deegan R. The Gene Wars, p. 139. . Даже Бреннер шутил, что задача столь грандиозна, а технические возможности столь ограничены, что секвенирование следует приравнять к уголовному наказанию – скажем, определение 12 миллионов оснований считать бытовым преступлением. А у меня появилась идея создать базу данных последовательности всех генов человека. При этом я почти десяток лет пытался декодировать всего лишь один из приблизительно 100 тысяч предполагаемых на тот момент генов человека! Но я был готов посвятить такой грандиозной задаче пару десятилетий, если за это время удастся расшифровать весь геном. Конечно, глупо использовать традиционный метод Сенгера с его радиоактивными маркерами, трескающимися гелями и бесконечными разочарованиями, а вот применить новые, автоматизированные технологии – совсем другое дело.