От йода до иприта

Почти любое научное открытие имеет длинную историю. В полной мере это относится и к открытию действия химических веществ на наследственность.

В 1892 году московский ботаник Иван Иванович Герасимов ставил опыты по влиянию температуры на клетки зеленой водоросли спирогиры. Он заметил, что после воздействия низкой температурой в некоторых клетках происходят странные изменения. Он наблюдал безъядерные клетки, клетки с двумя ядрами, а среди делящихся попадались клетки, у которых число хромосом было увеличено вдвое против обычного. Удвоение числа хромосом - одно из наследственных изменений. Правда, это не мутация одного гена, какие наблюдаются при облучении, а мутация несколько иного рода, так называемая геномная мутация.

Тогда ученые еще не связывали явления наследственности с хромосомами. Современники не смогли по достоинству оценить открытие Герасимова. Да и он сам, конечно, не связывал открытое им явление с изменением наследственности. Но в опытах он пошел дальше. И через четыре года сообщил научному миру о новом открытии: тот же эффект, что и от действия низкой температуры, можно получить с помощью химических веществ, например хлороформа или хлоралгидрата.

Но работы Герасимова постепенно были забыты, и, когда ученые пришли к попыткам вызвать мутации химическим путем, пришлось все начинать заново.

В начале 30-х годов академик Николай Константинович Кольцов искал пути заставить яйца шелковичного червя развиваться без оплодотворения. Поиски увенчались успехом. К желаемому результату приводили соляная кислота, йод, формалин, хлорное железо, марганцовокислый калий, азотнокислое серебро, бертолетова соль.

А когда выяснилось, что эти вещества активно влияют на клеточное ядро, оставался один шаг до того, чтобы проверить, не вызывают ли эти вещества мутации. Этот шаг было суждено сделать одному из сотрудников Кольцова - Владимиру Владимировичу Сахарову. Действуя йодом на оплодотворенные яйца дрозофилы, он получил большое число мутаций как летальных, вызывавших гибель потомства, так и жизнеспособных, с наследственно измененными внешними признаками. Первая работа Сахарова вышла в свет в 1932 году. Но это было только начало. В дальнейших опытах Сахарову и его ученикам удалось получить мутации и под действием других веществ. Независимо от Сахарова и почти одновременно с ним химические мутации, тоже в опытах на дрозофиле, были получены молодым ленинградцем Михайлом Ефимовичем Лобашевым.

Правда, количественный результат в этих опытах был невелик: мутации возникали только в очень небольшом проценте. Но принципиальная возможность получения мутаций химическим способом была доказана. Впрочем, ценность работ Сахарова и Лобашева не только в установлении голого факта. Проницательный ум Владимира Владимировича уже в первых опытах сумел обнаружить специфические различия между мутациями, вызванными радиацией и некоторыми химическими веществами. Уже в то время он увидел возможность направленного получения мутаций. Сейчас наука только подходит к этому.

Недавно я разговаривал с Владимиром Владимировичем о его старых работах. Он говорил о том, что, когда он опубликовал свою работу о специфичности действия различных мутационных факторов, на нее почти никто не обратил внимания. Теперь же, когда вопрос о специфичности действия мутагенов встал на повестку дня, о ней стали говорить гораздо чаще. Когда Владимир Владимирович сказал об этом одной из своих старых знакомых, та воскликнула:

- Вольно же было вам напечатать эту работу на двадцать лет раньше, чем следовало!

А Лобашев уже в 1934 году смог сформулировать основные принципы, которыми следует руководствоваться при выборе химических мутагенов - веществ, вызывающих мутации. Этими принципами пользуются и в наши дни.

Как уже сказано, первые мутагены, открытые Сахаровым, Лобашевым и их сотрудниками, обладали низкой эффективностью. Поэтому они не могли заинтересовать практиков. Но прошло совсем немного лет, и стали появляться мутагены с гораздо большей эффективностью.

В 1937 году американец Блексли обнаружил, что колхицин - вещество, извлекаемое из безвременника осеннего (научное название растения - Колхикум аутумнале, отсюда и "колхицин"), способно удваивать число хромосом в клетках растений. Другими словами, он получил тот же эффект, которого добился за сорок лет до этого Герасимов с помощью хлоралгидрата и хлороформа. Но Блексли и его современники не знали о работах Герасимова.

От йода до иприта

Нужно сказать, что колхицин оказался гораздо эффективнее веществ, Которыми пользовался Герасимов. С помощью колхицина можно действовать наверняка. И даже теперь, после многолетних поисков, не найдено веществ, которые превосходили бы по своей активности колхицин.

Колхицин вообще удивительное вещество. Оно было известно (конечно, не в чистом виде) еще в древнем Риме. В те далекие времена корень безвременника использовали для лечения подагры. А теперь колхицин успешно используют не только для удвоения числа хромосом, но и для лечения некоторых форм рака. Химики долго не могли определить формулу этого вещества, а синтезировать, кажется, и до сих пор не умеют.

Удвоение (а также утроение, учетверение - вообще увеличение в кратное число раз) числа хромосом называют полиплоидией. Ученые были знакомы с полиплоидией гораздо раньше, так как в природе она явление нередкое. Один из путей возникновения новых видов в природе - образование полиплоидных форм. Известно большое число "полиплоидных рядов". Например, разные виды пшениц имеют либо 14 хромосом, либо 28 (вдвое больше), либо 42 (втрое больше). К 14-хромосомным видам относятся однозернянки, к 28-хромосомным - твердые пшеницы, к 42-хромосомным - мягкие.

Как правило, полиплоидные формы обладают повышенной продуктивностью. Но не все растения встречаются в природе в виде полиплоидов. С помощью колхицина и других подобных веществ их можно получить искусственно, создав новые, хозяйственно ценные сорта.

Ученые широко используют этот путь. Так, Сахаров получил полиплоидную гречиху. Если вес 1000 семян обычной гречихи колеблется между 16 и 29 граммами, то у полиплоидной достигает 35 граммов. Советскими генетиками получены хозяйственно ценные полиплоиды у проса, кок-сагыза, опийного мака, льна, перечной мяты, сахарной свеклы и других растений.

Но дело не только в этом. В селекционной работе нередко получают перспективные гибриды, которые, однако, остаются бесплодными. Их полиплоидизация позволяет восстановить плодовитость. Именно таким образом А. И. Державин получил свои знаменитые ржанопшеничные гибриды, а В. А. Хижняк - новую фуражную культуру "агротритика" (гибрид между пыреем и пшеницей).

Веществ, которые, подобно йоду и другим в опытах Сахарова и Лобашева, вызывали бы мутации отдельных генов, но с большей эффективностью, пришлось ждать гораздо дольше.

Вещества, вызывающие в большом числе генные мутации, были обнаружены одновременно в Советском Союзе и в Великобритании. У нас блестящих результатов добился Иосиф Абрамович Рапопорт. Перед войной он много занимался получением у дрозофилы ненаследственных изменений, которые напоминали бы мутации, с помощью химических веществ. Ученый хотел проникнуть в химическую природу гена и в пути формирования признаков. Эти работы вплотную подвели Рапопорта к открытию химических мутагенов. Но началась война, сорвавшая или задержавшая осуществление многих научных планов.

От йода до иприта

Вернувшись с фронта инвалидом, но не потеряв ни страсти к исследованиям, ни юношеского задора, Иосиф Абрамович сразу горячо взялся за дело, начав там, где он прервал опыты несколько лет назад. Одна за другой вышли несколько работ, где описывались химические вещества, вызывавшие мутации не у немногих обработанных мух, а у 5-10 процентов. Позже он открыл и гораздо более эффективные средства. Так, в 1962 году Рапопорт опубликовал результаты своих опытов с нитрозоэтилмочевиной. Это вещество показывало чудеса. Оно вызывало мутации у 92 процентов потомства обработанных мух. Даже облучение не дает ничего подобного!

В Англии аналогичное открытие было сделано в стенах... министерства снабжения! Не удивляйтесь, так как на самом деле никаким снабжением оно не занималось. Во время последней войны было создано специальное министерство для проведения научных работ, связанных с военной тематикой. Но ведь не будешь называть его своим именем, раз речь идет о военной тайне! Вот кто-то и придумал "министерство снабжения". Вскоре после войны, когда стали публиковаться научные работы, сделанные по военным контрактам, многие ломали себе голову над странными примечаниями о том, что работа выполнена для министерства снабжения.

Английских "снабженцев" очень интересовал вопрос о биологическом, в частности генетическом, действии боевых отравляющих веществ. Работа была поручена Эдинбургскому университету. Туда, на родину Роберта Бернса, судьба забросила Шарлотту Ауэрбах, имя которой к тому времени было уже известно большинству генетиков во всем мире. Родилась Шарлотта в Германии. Там же закончила образование и начала научную деятельность. Но когда бесноватый фюрер пришел к власти, она, как и многие другие ученые, навсегда оставила родину. Выполняя работу для министерства снабжения, она вместе с Дж. М. Робсоном обнаружила, что иприт и родственные ему вещества во много раз повышают процент мутаций у дрозофилы. В их опытах число мутаций достигло 24 процентов, тогда как контроль давал всего 0,2 процента. Это была сенсация! Но западные ученые (опять незнание русского языка!) не скоро узнали, что честь открытия мутагенного действия ипритов в такой же степени принадлежит и другому ученому, живущему в далекой Москве, - Иосифу Абрамовичу Рапопорту.

А нужно ли искать химические мутагены, если существуют ионизирующие лучи, вызывающие мутации в достаточных количествах? Еще как нужно! Помните, к чему пришел Сахаров в 1938 году? Химические мутагены могут обладать специфичностью. А это очень важно. Можно найти вещества, обладающие только теми свойствами лучей, которые требуются.

Сейчас мы говорили о мутагенном действии ипритов. Это привело к созданию новых лекарств. Например, нашей медицинской промышленностью выпускается препарат "новоэмбихин", представляющий собой разновидность иприта. В отличие от знаменитого "горчичного газа" это уже не боевое отравляющее вещество, а средство для лечения рака. При лечении злокачественного белокровия этот препарат показывает отличные результаты.

Большую пользу химические мутагены дают и в растениеводстве. Их роль не исчерпывается получением полиплоидных форм, о котором мы уже знаем. Ионизирующая радиация вызывает много мутаций, но большинство их является летальными, гибельными для всего или части потомства. Ясно, что для селекционной работы такие мутации не годятся. Искать приходится среди меньшинства жизнеспособных мутаций. А химические мутагены дают большое разнообразие.

Есть мутагены (вроде того же иприта), "спектр действия" которых очень близок к тому, что дает радиация. А есть и вещества, которые летальных мутаций практически не вызывают. К ним относится ряд веществ, открытых Рапопортом, некоторые найдены шведскими учеными. А кроме того, даже среди жизнеспособных мутаций, вызванных разными мутагенами, изменения, хотя в общем и случайные, носят разный характер. Поэтому чем больше будет в распоряжении селекционера средств для вызывания мутаций, тем скорее он достигнет желаемой цели.

Говоря об использовании физических и химических мутагенов на благо человека, о применении их в сельском хозяйстве и в медицине, мы на время забыли о том, что в основном мутации - вещь вредная и если человек подвергается действию радиации, то в этом ничего хорошего нет (если это не делается специально, с лечебными целями).

Можно ли снизить генетическое действие радиации? Долгое время ученые давали на этот вопрос только отрицательный ответ. Но в последние годы обнаружились удивительные факты, которые заставили изменить точку зрения на этот счет.