“Охота на сарка”
Ибо Снарк был Буджумом, увы.
Сол Шпигельман безнадежно сбился с пути в пылу охоты за ретровирусами, вызывающими рак у людей. Но его неудача была крайне симптоматична: вся отрасль биологии рака, НИО, специальная программа по поиску онкогенных вирусов человека – в начале 1970-х так много ставили на существование онкоретровирусов, что теперь, когда они так и не материализовались, охотники будто бы лишились чего-то важного, части своей идентичности или воображения. Если ретровирусов человеческого рака не существовало, значит, механизм канцерогенеза по-прежнему оставался таинственным, и его следовало искать совсем в другом месте. Резко качнувшись в сторону инфекционной теории происхождения рака, маятник столь же сильно отлетел назад.
Темин к середине 1970-х тоже отказался от ретровирусной теории рака. Обнаружение им обратной транскрипции подорвало центральную догму клеточной биологии, однако особо не продвинуло понимание механизма канцерогенеза у людей. Темин узнал, что вирусные гены способны встраиваться в ДНК клетки-хозяина, но это не объясняло, как вирусы вызывают рак.
Столкнувшись с очередным расхождением между теорией и практикой, Темин выстроил новое смелое предположение – и опять на шаткой основе экспериментальных данных. Шпигельман и другие охотники за ретровирусами, подумал он, смешали аналогию с фактом, перепутали послание с посланцем. Вирус саркомы Рауса и в самом деле способен вызывать рак за счет внедрения своих генов в геном клетки. Но это доказывает лишь то, что генетические изменения способны вызывать рак. Темин предположил, что значение здесь имеет не сам вирус, а то послание, которое он приносит в клетку. Чтобы понять генезис рака, необходимо расшифровать послание, а не изловить гонца. Охотники за онкогенными вирусами должны вернуться под старый фонарь, но уже с новым вопросом: какой из вирусных генов запускает патологические митозы и какое отношение он имеет к собственным геномным изменениям клетки?
В 1970-х на поиски этого гена пустилось сразу несколько лабораторий. На счастье биологов, у ВСР пришлось выбирать всего из четырех. В Калифорнии, где находился мозговой центр исследований онковирусов, вирусологи Стив Мартин, Питер Фогт и Питер Дюсберг получили мутантов ВСР, которые нормально реплицировались, но утратили способность вызывать опухоли[837]. Это наводило на мысль, что в них нарушен именно ген, ответственный за опухолевую трансформацию. Проанализировав генетические изменения у таких мутантов, исследователи сумели привязать способность ВСР вызывать рак к конкретному гену, получившему название src (“сарк”) – сокращение от “саркомы”.
Итак, src был ответом на загадку Темина – онкогенным “посланием”, переносимым вирусом саркомы Рауса. Фогт и Дюсберг прицельно удаляли или инактивировали src и демонстрировали, что без него вирусы не стимулируют клеточное деление и не вызывают злокачественную трансформацию. Исследователи предположили, что src — уродливый ген, который ВСР приобрел когда-то в ходе эволюции и теперь протаскивал в нормальные клетки. Этот ген, способный вызывать рак, назвали онкогеном[838].
Функции src прояснило случайное открытие, сделанное в лаборатории Рэя Эриксона из Колорадского университета [839]. В начале 1960-х, когда Темин обнаружил ретровирусы, Эриксон был студентом-дипломником именно в Мэдисоне. Он также стал свидетелем открытия в Калифорнии гена src и с тех самых пор был одержим желанием выяснить его функцию. В 1977 году совместно с Марком Коллетом и Джоан Брюгге он серьезно взялся за дело. Как оказалось, src кодировал белок, основным занятием которого была игра в молекулярные пятнашки: он модифицировал другие белки, прикрепляя к ним небольшое химическое соединение – фосфатную группу[840]. В нормальных клетках ученые находили множество подобных фосфорилирующих ферментов, объединяемых в класс киназ. Вскоре стало ясно, что киназы играют роль внутриклеточных молекулярных переключателей. Прикрепление к белку фосфатной группы активировало его. Нередко одна киназа “включала” другую, а та – третью и так далее. С каждым новым шагом цепной реакции сигнал усиливался, так что в итоге одновременно активировалось множество молекулярных переключателей. Их совместная работа посылала клетке мощный внутренний сигнал сменить состояние – например, перейти к фазе деления.
Продукт гена src был прототипической, но безумно активной киназой: он фосфорилировал буквально все вокруг, без разбора активируя десятки молекулярных переключателей, и в том числе белки контроля клеточного цикла. Эта вирусная киназа в конце концов принуждала клетку перейти из неделящегося состояния к делению, провоцируя ускоренный митоз – типичный признак рака.
К концу 1970-х объединенными усилиями биохимиков и онковирусологов была разработана относительно простая модель src-трансформации клетки. Вирус саркомы Рауса вызывал рак за счет внедрения в куриные клетки гена src, кодирующего гиперактивную киназу. Вирусная Src-киназа запускала сигнальный каскад, побуждающий клетку беспрестанно делиться. Эта модель родилась в результате прекрасной, методичной и аккуратнейшей научной работы, однако без ретровирусов, вызывающих рак у людей, все эти исследования казались не очень-то актуальными для человеческой онкологии.
И все же неутомимый Темин никак не мог отделаться от ощущения, что вирусный src должен раскрыть тайну и человеческого рака. На его взгляд, нужно было разгадать еще одну загадку: эволюционное происхождение src. Как вирус приобрел ген с таким мощным, пугающим действием? Это какая-то сорвавшаяся с цепи родная вирусная киназа? Или ВСР собрал ее из кусочков чужих киназ на манер кустарной бомбы? Темин знал, что эволюция порой создает новые гены на основе старых. Но где вирус Рауса нашел необходимые компоненты гена, вызывающего рак у кур?
В Калифорнийском университете, водруженном на вершину одного из холмов Сан-Франциско, Джону Майклу Бишопу тоже не давала покоя загадка эволюционного происхождения src. Уроженец сельских районов Пенсильвании, сын лютеранского священника, Бишоп изучал историю в Геттисбургском колледже, но потом резко сменил профориентацию и поступил в Гарвардскую медицинскую школу. Став доктором медицины после ординатуры в Массачусетской больнице общего профиля, он дополнительно получил степень по вирусологии и в 1969-м перебрался в Калифорнийский университет, организовав там лабораторию по изучению вирусов.
Этот университет тогда представлял собой малоизвестную, захолустную медицинскую школу. Крошечный угловой кабинет Бишопа, который ему приходилось делить с коллегой, был таким узким, что сосед вынужден был постоянно вставать, пропуская Бишопа к письменному столу. Летом 1969 года Харольд Вармус, долговязый, уверенный в своих способностях исследователь из НИЗ, приехал в Калифорнию побродить по холмам и заодно узнать у Бишопа, нельзя ли поизучать ретровирус в его лаборатории. Приоткрыв дверь кабинета, он с удивлением обнаружил, что стоять там негде.
Вармус прибыл в Калифорнию в поисках приключений. Защитив магистерскую диссертацию по филологии, он внезапно увлекся медициной и получил степень доктора медицины в Колумбийском университете, после чего изучал микробиологию и вирусологию в НИЗ. Подобно Бишопу, он был академическим скитальцем, забредшим из средневековой литературы в медицину, а из нее – в вирусологию. В “Охоте на Снарка” Льюис
Кэрролл описывает пеструю компанию охотников, которая пустилась на поиски невообразимого существа, называемого Снарком. С начала и до конца охота эта шла кувырком. Когда Вармус с Бишопом в начале 1970-х взялись за изучение природы гена src, другие ученые были так уверены в исходе, что прозвали их проект “охотой на сарка”[841].
Вармус и Бишоп отправились на охоту, вооружившись самой простой методикой, отчасти изобретенной Солом Шпигельманом в 1960-х. Коллеги задались целью найти клеточные гены, хоть немного схожие с вирусным src, – они-то и могли быть его эволюционными предшественниками. Молекулы ДНК обычно находятся в клетке в виде двух спаренных, точно инь и ян, комплементарных цепочек, удерживаемых вместе мощными молекулярными силами. Если разъединить эти цепи, то каждая из них сможет соединяться с любой другой комплементарной ей молекулой ДНК. Если пометить одну из таких цепочек радиоактивной меткой и запустить ее в смесь молекул, где будет комплементарная ей цепочка, образуется двухцепочечный гибрид, который легко отловить по радиоактивной метке и изучить (чем более сходны молекулы, тем прочнее они слипаются и тем выше нужна температура, чтобы их разъединить).
В середине 1970-х Бишоп и Вармус начали с помощью такой гибридизации искать клеточные гомологи src. Поскольку это ген вирусный, они рассчитывали найти в нормальных клетках лишь небольшие похожие на него кусочки ДНК, то есть его предшественников и дальних родственников. Однако вскоре охота приняла неожиданный оборот. Заглянув в нормальные куриные клетки, Бишоп с Вармусом обнаружили там вовсе не пятиюродных генетических братьев src, а почти идентичную его копию, прочно обосновавшуюся в геноме.
Скооперировавшись с Деборой Спектор и Домиником Стеленом, они прозондировали меченым src другие клетки и снова выявили его близнецов – ив утиных клетках, и в гусиных, и в перепелиных. Близкородственные гомологи этого гена были раскиданы по всему птичьему царству и не только: переходя в своем анализе на очередную ветвь эволюционного древа, группа Вармуса непременно натыкалась на очередной вариант src. Калифорнийская команда на потоке перебирала эволюционно близкие и далекие виды животных и находила гомологов src у фазанов, индюшек, мышей, кроликов, рыб… Ген src сидел в только что вылупившемся птенце эму из зоопарка Сакраменто. И в овцах. И в коровах. Но самое главное, в человеческих клетках он тоже был. В 1976 году Вармус в одном из писем выразился так: “Src есть везде”[842].
