Сиддхартха Мукерджи – Ген. Очень личная история (страница 27)

Однако генетический материал в некоторых случаях может передаваться не только от родителя к ребенку, но и между двумя «чужаками». Такой тип переноса генов – горизонтальный – называется трансформацией[347]. Уже по названию можно понять, насколько этот процесс удивителен: мы привыкли, что генетическая информация передается только в ходе размножения, а при трансформации один организм будто превращается в другой, как Дафна в лавровое деревце (точнее, один организм, получив гены другого, частично изменяется, приобретая его черты; если передать миф языком генетики, то в геном Дафны должны были попасть гены, ответственные за отращивание веток и позволяющие вылепить из человеческой кожи кору, ксилему и флоэму).

У млекопитающих трансформация почти не встречается. Но для бактерий, менее совершенных представителей биологического мира, вполне нормально обмениваться генами горизонтально (чтобы прочувствовать, как это странно, представьте, что два друга – голубоглазый и кареглазый – пошли прогуляться вечерком и вернулись с другим цветом глаз, случайно обменявшись генами). Особенно прекрасен и необычен сам момент генетического обмена. Во время перехода из одного организма в другой ген предстает перед нами в виде чистого химического вещества. Для химика, который стремится раскрыть тайну гена, нет лучшего момента, чтобы установить его химическую природу.

Трансформацию открыл английский бактериолог Фредерик Гриффит[348]. В начале 1920-х, работая врачом в британском Министерстве здравоохранения, он начал изучать пневмококк – бактерию Streptococcus pneumoniae. На континенте бушевал испанский грипп, который с 1918 года убил уже около 20 миллионов человек по всему миру и вошел в число самых страшных природных бедствий в истории. У жертв гриппа часто развивалась вторичная пневмония, вызванная пневмококком, – болезнь столь скоротечная и фатальная, что врачи прозвали ее Капитаном армии смерти. Пневмококковая пневмония на фоне гриппа – эпидемия внутри эпидемии – вызывала такое беспокойство, что министерство сформировало научные группы для изучения бактерии и разработки вакцины против нее.

Для начала Гриффит сосредоточился на самом микробе: почему пневмококк так опасен для животных? Действуя по методике, разработанной в Германии, он обнаружил, что эта бактерия представлена двумя штаммами. У «гладкого» штамма клетки были окружены полисахаридной капсулой, и он ускользал от иммунной системы с ловкостью тритона. «Шероховатый»[349] штамм, лишенный такого покрытия, был уязвимее для иммунной атаки. Таким образом, мышь, которой вводили гладких пневмококков, быстро погибала от пневмонии. А у мыши, зараженной шероховатыми, развивался нормальный иммунный ответ, и она выживала.

Гриффит провел эксперимент[350], совершенно неожиданно запустивший революцию в молекулярной биологии. Вначале он убил нагреванием вирулентные гладкие бактерии и ввел их мышам. Как и ожидалось, животным это не причинило вреда: убитые пневмококки не могли вызвать инфекцию. Но когда Гриффит добавил к останкам вирулентного штамма живые невирулентные бактерии, мыши быстро погибли. Ученый провел вскрытие трупов и обнаружил, что шероховатые бактерии изменились: они приобрели капсулу – фактор вирулентности – в результате простого контакта с фрагментами мертвых бактерий. Безобидные бактерии каким-то образом «трансформировались» в вирулентную форму.

Каким образом части убитых нагреванием бактерий – не более чем теплый бульон из микробных веществ – могли передать живым бактериям наследственный признак, просто соприкоснувшись с ними? Гриффит точно не знал. Сначала он предположил, что живые бактерии приобретают капсулу, поглощая мертвых. Как в ритуале вуду: если съесть сердце храбреца, получишь его смелость или живучесть. Однако после трансформации бактерии сохраняли капсулу поколение за поколением – еще долго после истощения запасов бульона.

Напрашивалось самое простое объяснение: генетическая информация передается от одного штамма к другому в химической форме. При «трансформации» ген, отвечающий за вирулентность – выработку капсулы, – каким-то образом выскользнул из мертвой бактерии в химический бульон, оттуда попал в живую бактерию и встроился в ее геном. Иными словами, гены могли передаваться между организмами вне контекста размножения. Это были автономные материальные частицы, несущие информацию. Наследственные сообщения передавались от клетки к клетке, от организма к организму не «нашептыванием» эфемерных пангенов или геммул, а посредством молекул, которые сохраняли определенную химическую структуру вне клеток.

Если бы Гриффит обнародовал этот поразительный результат, тот произвел бы в биологии эффект разорвавшейся бомбы. В 1920-х ученые только начинали описывать живые системы с химической точки зрения. Биология потихоньку приобретала все больше сходства с химией. Биохимики утверждали, что клетка – это колбочка с химикалиями, мембранный мешочек, внутри которого химические соединения реагируют друг с другом, производя явление под названием «жизнь». Если бы Гриффит определил вещество, способное передавать наследственные инструкции от одного организма к другому, – «молекулу гена», – это породило бы тысячу гипотез и перестроило химическую теорию жизни.

Но едва ли можно было ожидать, что Гриффит, этот скромный, болезненно застенчивый ученый – «миниатюрный мужчина, который[351] <…> говорил чуть ли не шепотом», – громко объявит, какие важные и достойные экстраполяции результаты получил. «Он [англичанин] всё делает из принципа», – однажды заметил Джордж Бернард Шоу[352]. А главным принципом Гриффита была крайняя скромность. Ученый жил один в неприметной лондонской квартирке рядом с его лабораторией и лишь изредка проводил время в Брайтоне, где он построил себе белый коттедж в стиле модерн. Гены могли перемещаться между организмами, а Гриффита невозможно было заставить переместиться даже из лаборатории на собственные научные доклады. Чтобы завлечь его на выступление, друзья прибегали к уловкам, сажали Гриффита в такси и оплачивали проезд в один конец.

После нескольких месяцев колебаний («Даже Бог не спешит, так почему я должен?»), в январе 1928 года, Гриффит опубликовал свои данные[353] в Journal of Hygiene, настолько безвестном издании, что даже Мендель впечатлился бы. Статья была написана униженно-извиняющимся тоном; казалось, Гриффит искренне сожалел, что сотряс генетику до самых основ. В этой работе трансформация представала лишь микробиологическим курьезом, а открытие потенциальной химической основы наследственности напрямую даже не упоминалось. Важнейший вывод важнейшей биохимической статьи десятилетия оказался погребен под курганом плотного текста. Вместо того чтобы кричать о своем открытии, Гриффит ограничился деликатным покашливанием.

Хотя эксперимент Гриффита четче всего показывал, что ген представлен каким-то химическим веществом, к этому выводу приближались и другие ученые. В 1920-м Герман Мёллер[354], бывший студент Томаса Моргана, переехал из Нью-Йорка в Техас, чтобы продолжить изучение генетики дрозофил. Как и Морган, Мёллер надеялся, что разобраться в законах наследственности ему помогут мутанты. Но спонтанные, естественные мутанты – насущный хлеб «мушиных» генетиков – возникали слишком редко. Белоглазых и чернотелых особей в нью-йоркской лаборатории Моргана пришлось кропотливо выискивать среди огромных мушиных стай больше 30 лет. Устав от охоты за мутантами, Мёллер задался вопросом, можно ли ускорить их производство – например, воздействием тепла, света или мощных потоков энергии.

В теории задача выглядела простой, на практике же оказалась заковыристой. Впервые опробовав на мухах рентгеновское излучение, Мёллер их всех убил. Раздосадованный, он уменьшил дозу – и мухи оказались стерильными. Вместо мутантов ученый получил сначала рой мертвых, затем рой бесплодных мух. Зимой 1926 года, уже ни на что не надеясь, он облучил группу мух еще деликатнее. Потом скрестил облученных самцов с самками и наблюдал за личинками, растущими в бутылках из-под молока.

Даже беглый взгляд мог уловить потрясающий результат: новорожденные мухи буквально аккумулировали мутации[355] – десятки, а то и сотни. Был поздний вечер, и горячую новость можно было сообщить лишь одинокому ботанику, работавшему этажом ниже. Всякий раз при обнаружении нового мутанта Мёллер кричал в окно: «Еще один!» Морган со своими студентами потратил 30 лет, чтобы собрать около 50 мутантов. Мёллер же, как заметил ботаник с некоторой досадой, нашел примерно половину от этого числа за ночь.

Эта находка быстро принесла Мёллеру мировую известность. Тот факт, что радиация влияет на частоту мутаций, имел два прямых следствия. Первое – гены должны состоять из вещества. Радиация, в конце концов, всего лишь энергия. Фредерик Гриффит заставил гены перемещаться между организмами, а Мёллер при помощи энергии гены изменил. Чем бы они ни были, гены представали способными перемещаться, передаваться и меняться под действием энергии, а эти черты обычно присущи химическим веществам.

Но еще больше, чем материальная природа гена, ученых ошеломила податливость генома: под рентгеновскими лучами гены плавились, как пластилин. Даже Дарвина – одного из первых и главных поборников идеи фундаментальной изменчивости природы – удивила бы такая скорость накопления мутаций. Теория Дарвина говорила[356], что организм обычно меняется с фиксированной скоростью, а скорость естественного отбора может увеличиваться, ускоряя эволюцию, или уменьшаться, замедляя ее. Однако эксперименты Мёллера показали, что наследственностью довольно легко управлять, ведь изменчива даже сама частота мутаций. «В природе нет постоянного статус-кво[357], – писал Мёллер позже. – Организм либо непрерывно подстраивается и перестраивается, либо окончательно проигрывает». Мёллер предположил, что изменением частоты мутаций и отбором возникающих вариантов он сможет «разогнать» эволюционный цикл настолько, чтобы создавать совершенно новые виды и подвиды прямо в лаборатории – как настоящий Повелитель мух.