Сиддхартха Мукерджи – Ген. Очень личная история (страница 52)

Но даже Уотсон был вынужден признать, что невозможность направленных генетических вмешательств и точной оценки генных изменений крушили надежды «новых» биологов. Если бы они научились «читать» гены и манипулировать ими, перед учеными открылись бы широчайшие экспериментальные горизонты. Пока же биологи толклись на этапе оценки функций генов единственным доступным инструментом – случайным мутагенезом ДНК простых организмов. Представители старой школы могли бы ответить на выпады Уотсона равносильным ударом: если они – «собиратели марок», то «новые» молекулярные биологи – лишь «охотники за мутантами».

Но всего за одно десятилетие, с 1970 по 1980 год, охотники за мутантами превратились в генных манипуляторов и дешифровщиков. Только подумайте: в 1969-м можно было обнаружить ген, связанный с каким-то заболеванием человека, однако у ученых не было простого способа определить мутацию в нем, сравнить измененный ген с его обычной формой и воссоздать мутацию в другом организме, чтобы изучить ее свойства. А в 1979-м тот же самый измененный ген можно было перенести в бактерию, внедрить в вирусный вектор, доставить в геном клетки млекопитающего, клонировать, секвенировать и сравнить с обычным вариантом.

В декабре 1980-го Нобелевская премия по химии – за плодотворные достижения в генетических технологиях – досталась Фредерику Сэнгеру, Уолтеру Гилберту и Полу Бергу, «читателям и писателям» ДНК. «Арсенал химических манипуляций[642] [с генами]», как выразился один научный журналист, был полностью укомплектован. «Генная инженерия[643], – писал биолог Питер Медавар, – подразумевает целенаправленное генетическое изменение путем манипуляций с ДНК, носителем наследственной информации. <…> Не это ли главный закон технологии: все, что возможно в принципе, будет сделано <…>? Высадиться на Луну? Да пожалуйста. Победить оспу? С удовольствием. Исправить недостатки человеческого генома? Ну-у, в общем, да – хотя посложнее будет и не так скоро. До этого мы еще не дошли, но точно движемся в верном направлении».

Технологии манипулирования, клонирования и секвенирования ДНК изначально были разработаны для переноса генов между бактериями, вирусами и клетками млекопитающих (как это делали Берг, Бойер и Коэн), но затем их влияние охватило всю биологию организмов. Словосочетания «клонирование генов» и «молекулярное клонирование» придумали для обозначения наработки идентичных молекул ДНК («клонов») внутри бактерий. Однако вскоре они превратились в условные названия всей палитры техник, позволяющих выделять ДНК из организмов, что-то творить с ней в пробирках, создавать гибридные молекулы ДНК и размножать их в живых клетках (в конце концов, клонировать ген без комбинации всех этих техник и не удастся). «Освоив экспериментальное управление генами[644], – сказал Берг, – можно научиться экспериментально управлять организмами. Должным образом сочетая инструменты для манипуляций с генами и секвенирования генов, ученый может осваивать не только генетику организмов, но и всю биологическую вселенную с такой экспериментальной дерзостью, какую раньше нельзя было и вообразить».

Предположим, ученый вознамерился разгадать фундаментальную загадку иммунологии – понять, как Т-лимфоциты узнают и уничтожают чужие клетки в теле человека. Десятки лет было известно, что Т-лимфоцит распознает вторгшиеся клетки[645] и клетки, зараженные вирусом, с помощью сенсора на его поверхности. Этот сенсор, называемый Т-клеточным рецептором (ТКР), состоит из белков, которые производят только Т-лимфоциты. Рецептор опознает короткие чужеродные белки на поверхности другой клетки и связывается с ними. Это связывание, в свою очередь, запускает сигнальные системы, работающие на уничтожение инородной клетки, и, соответственно, служит защитным механизмом для организма.

Но что именно представляет собой Т-клеточный рецептор? Биохимики подходили к этому вопросу с их типичной склонностью к разрушению и редукции: содержимое добытых Т-лимфоцитов они превращали с помощью мыла и детергентов в серый пенящийся клеточный бульон, затем отделяли мембраны со всеми липидами и постепенно очищали полученный материал, переходя ко все более мелким частицам, чтобы выследить нужный белок. Но рецептор, растворенный где-то в этом адском вареве, постоянно ускользал.

Молекулярное клонирование могло бы предложить другую тактику. Предположим на секунду, что главная отличительная черта ТКР заключается в способности синтезироваться только в Т-лимфоцитах, а не в нейронах, яичниках или печени. Ген ТКР должен быть в каждой клетке человека – даже в нервной или печеночной, раз у всех клеток геномы идентичны, – а вот его мРНК образуется только в Т-лимфоцитах. Так нельзя ли тогда сравнить «каталоги РНК» двух разных клеток, выбрать по ним и клонировать функционально подходящий ген? Подход биохимиков вращается вокруг концентрации: найти белок там, где он предположительно концентрируется, и выделить его из смеси. Подход генетиков опирается на информацию: найти ген, исходя из различий в «базах данных» близкородственных клеток, и клонированием размножить ген в бактериях. Биохимики вычленяют и очищают структуры – генетики умножают информацию.

В 1970-м вирусологи Дэвид Балтимор и Говард Темин[646] совершили прорывное открытие, позволившее в том числе и сравнивать клеточные ассортименты РНК. Независимо друг от друга эти ученые обнаружили фермент, который содержался в ретровирусах и мог строить ДНК по матрице РНК. Фермент назвали обратной транскриптазой – «обратной» потому, что она обращала стандартное направление информационного потока: переводила записанное языком РНК на язык ДНК, что противоречило принятой версии «центральной догмы», которая допускала движение генетической информации только от гена к РНК-посланию, но никак не наоборот.

Вооружившись таким инструментом, как обратная транскриптаза, любую клеточную РНК биологи могли использовать в качестве матрицы для синтеза ее гена. Это давало возможность составлять каталоги всех активных генов клетки – что-то вроде библиотек, где книги рассортированы по темам. Могли появиться отдельные библиотеки активных генов Т-лимфоцита, эритроцита, нейрона сетчатки, инсулин-секретирующей клетки поджелудочной железы, и так далее[647]. Сравнивая каталоги двух клеток – скажем, Т-лимфоцита и поджелудочной, – иммунолог мог отловить гены, активные в одной из них и выключенные в другой (например, гены ТКР и инсулина). После идентификации эти гены можно было размножить в бактериях, получив миллионы их копий, секвенировать, определить последовательность соответствующих РНК и белков, найти регуляторные области, изменить ген и ввести его в другую клетку, чтобы установить его функции. В 1984 году этот методический арсенал применили[648] к гену Т-клеточного рецептора. Его клонирование стало одним из ключевых достижений для иммунологии.

Биология, как вспоминал один генетик[649], была «освобождена клонированием <…> и начала фонтанировать сюрпризами». Загадочные, важные и неуловимые гены, за которыми охотились десятки лет, – гены регуляторов роста, антител и гормонов; гены, контролирующие свертывание крови, нейропередачу и репликацию других генов; гены, ассоциированные с раком, диабетом, депрессией и сердечной недостаточностью, – все они скоро будут выделены и клонированы с помощью генных библиотек, пополняемых из самых разных клеток.

Технологии клонирования и секвенирования генов преобразовали абсолютно все области биологии. Если экспериментальная биология стала «новой музыкой», то в роли ее дирижера, оркестра, рефрена, ведущего инструмента и партитуры выступил ген.

Эйнштейны на пляже

В делах людей прилив есть и отлив,

С приливом достигаем мы успеха.

Когда ж отлив наступит, лодка жизни

По отмелям несчастий волочится.

Сейчас еще с приливом мы плывем.

Воспользоваться мы должны теченьем

Иль потеряем груз.

Я верю в неотъемлемое право каждого взрослого ученого выставлять себя полным придурком конфиденциально.

На западном побережье Сицилии, в Эриче, на 700-метровом утесе возвышается норманнская крепость XII века. Крепость видна издалека и кажется продолжением ландшафта – будто ее каменные стены выросли из скалы под действием каких-то природных сил. Замок Эриче, или, как предпочитают некоторые, замок Венеры, был возведен на месте древнего римского храма. Старую постройку разобрали на камни и сложили из них замковые стены и башни. Уже давно исчезло храмовое святилище, но говорят, что почитали там Венеру Эриксинскую. Римская богиня плодородия, плотской любви и желания появилась на свет крайне неестественным путем: из морской пены, произведенной отнятым у бога Целуса половым органом.

Летом 1972-го, через несколько месяцев[652] после того, как Пол Берг в Стэнфорде создал первые химерные ДНК, он отправился в Эриче на научную конференцию. Берг прибыл в Палермо поздно вечером и за пару часов добрался до побережья на такси. Уже наступила ночь. Берг спросил у прохожего, как попасть в центр города, и мужчина неопределенно махнул рукой в темноту – туда, где почти на километровой высоте мерцали слабые огоньки.

Конференция началась на следующее утро. Аудитория состояла из нескольких профессоров и примерно восьми десятков молодых мужчин и женщин, в основном аспирантов европейских биологических факультетов. Берг прочитал несколько неформальных лекций – он называл их коллективными обсуждениями, – представив свою работу с химерными генами, рекомбинантной ДНК и вирусо-бактериальными гибридами.