Размножающиеся молекулы

Неожиданный тост

Человек сидел на полу. Когда он вошел и поздоровался, то первым делом спросил застенчиво у Наташи (которая на сегодняшний вечер стала Натальей Алексеевной, потому что исполняла роль хозяйки дома):

- Можно, я сяду на пол?

И сразу сел, уютно прислонившись к стене. А Наташа переживала, что не успела подстелить хотя бы газету.

А мне переживать было нечего. Я сам был в гостях и сидел на стуле. Конечно, лучше было бы устроиться на диване, но там сидели профессора. На стуле же удобнее, чем на полу. Однако его поза меня все же несколько нервировала. Я знал, что американцы не всегда ведут себя, как мы, и, будь это просто Джимми, меня это не тронуло бы. Но это был профессор Джемс Дьюи Уотсон. Тот самый Уотсон!

Я хорошо помню его работу о свойствах бактериофага, облученного рентгеновыми лучами, напечатанную в 1950 году в "Джорнел оф бактериолоджи". Это была одна из первых его работ, но на нее обратили внимание все ученые, работавшие в близких областях. Это, конечно, не слишком много, так как наука сейчас очень дифференцирована, и мировая известность ученого среди своих коллег - это гораздо меньше, чем известность провинциального тенора средней руки среди своих поклонников, не говоря об известности футболиста из команды класса "А". Но и это не так уж плохо - мировая известность среди специалистов. Однако в 1953 году он вместе с Френсисом Криком напечатал небольшую статью, о которой заговорил весь мир. Это тоже нельзя сравнить с популярностью Яшина или Метревели, но все же новая работа привлекла к себе внимание, пожалуй, действительно всех генетиков и всех биохимиков, кое-кого из математиков, физиков и так далее. Уже сейчас многие говорят, что именно со статьи Уотсона и Крика началась новая наука - молекулярная генетика. Скоро (в 1962 году) Джемса Дьюи Уотсона удостоят высшей научной награды - Нобелевской премии. А пока он с застенчивой улыбкой сидит на полу.

Действие происходило в августе 1961 года в Москве, во время V Международного биохимического конгресса. Несколько крупных московских ученых решили встретиться в непринужденной домашней обстановке с наиболее выдающимися из иностранных гостей. Я не "крупный московский ученый". Я живу на Урале и только в прошлом году защитил кандидатскую диссертацию. Мне просто повезло, что, приехав в Москву, я поселился в квартире сегодняшних хозяев.

Съезды, конференции, симпозиумы обычно разочаровывают, так как докладчики рассказывают в основном о том, что уже опубликовано ими в последних номерах журналов. Не так было на V биохимическом. Здесь присутствовали Энгельгардт, Белозерский, Опарин, Браунштейн, Збарский, Уотсон, Крик, Жакоб, Мезельсон, Мельхерс, Шрамм, Френкель-Конрат, Доти, Фриз, Бертон, Левинталь и многие другие звезды первой величины, на которых даже посмотреть интересно. Почти все ученые, с которыми мы встретимся дальше на страницах этой книги, собрались в те дни в Москве.

Но дело, конечно, не в созерцании созвездий. На Московском конгрессе было действительно много нового и интересного. Однако главный герой дня сегодня не Уотсон и не кто-нибудь другой из знаменитостей. Сегодня чаще других звучит новое имя: Ниренберг. Да и сейчас, четыре года спустя, когда я пишу эти строки, имя Ниренберга произносят с особым уважением, даже большим, чем тогда, в августе 1961 года.

Работа, которую Ниренберг доложил на конгрессе, взбудоражила генетиков не меньше, чем биохимиков. Вам это может показаться странным. Но времена, когда генетика и биохимия вели совершенно независимое существование, ушли в прошлое. Правда, в недавнее прошлое.

Еще несколько лет назад генетики изучали законы расщепления, сцепления, доминирования, генетического обмена вне какой-либо связи с биохимическими процессами, которые приводят к формированию признаков. Биохимики же исследовали химию жизненных процессов, но совершенно не интересовались вопросом о наследственной обусловленности биохимических структур и процессов. В центре внимания генетиков стоял ген - материальный носитель наследственности. В центре внимания биохимиков были белки - носители жизненных свойств.

Но вот постепенно стали накапливаться факты, говорившие, что биохимические особенности живых организмов наследуются по законам, которые еще сто лет назад Мендель открыл в своих опытах по скрещиванию разных сортов гороха. На стыке двух когда-то совершенно изолированных дисциплин родилась новая наука - биохимическая генетика. И так же как генетики прошлого наносили на генетические карты внешние признаки - форму листьев или цвет глаз, современные генетики (а также и биохимики) стали заниматься локализацией генов, ответственных за чисто биохимические признаки.

В развитии хромосомной теории наследственности выдающуюся роль сыграла дрозофила. В развитии биохимической генетики такую же роль сыграл грибок нейроспора. Этот грибок, похожий на обычную плесень, способен жить и развиваться на очень простой искусственной среде, в состав которой входят в основном сахар и соли да один-единственный витамин - биотин. Подвергая нейроспору воздействию радиации или химических мутагенов, получают мутации, которые уже не способны жить на минимальной среде. Это значит - грибок потерял способность синтезировать какое-то необходимое для его жизни вещество. В биохимических опытах узнают, какое именно вещество "разучился" синтезировать грибок, а с помощью скрещиваний выясняют генетические основы происшедшего дефекта.

Подобные опыты привели к удивительному выводу. Чтобы он был ясен, рассмотрим кратко хотя бы одну серию опытов, проведенных на нейроспоре. Опыты эти очень типичны и подобны десяткам других.

Было получено большое число мутаций, для роста которых нужно добавлять к среде аргинин. (Аргинин - одна из аминокислот, составная часть большинства белков.) Когда эти мутации стали исследовать подробно, выяснили, что некоторые из них требуют добавки именно аргинина, ничем иным его заменить нельзя. Другие не столь прихотливы: вместо аргинина в среду можно добавлять близкое вещество - цитруллин (но ничего другого). Наконец, третьи "аргининовые" мутации растут не только при добавлении аргинина или цитруллина, но и третьего вещества - орнитина.

Само по себе это было бы не так уж интересно. Но биохимики знали, что в живых клетках аргинин образуется из цитруллина, а цитруллин из орнитина, то есть орнитин - цитруллин - аргинин. Выходит, что первая группа мутаций потеряла способность превращать цитруллин в аргинин, вторая - орнитин в цитруллин, а третья - строить орнитин из еще более простых веществ.

Все биохимические реакции в клетках управляются сложными белковыми веществами, так называемыми ферментами. Каждый из них ответствен только за одну реакцию. Например, один превращает орнитин в цитруллин, а другой - цитруллин в аргинин. Поэтому результаты опытов следует объяснить тем, что в случае каждой мутации клетки потеряли способность строить какой-то один определенный фермент.

Но ведь мутация - это изменение одного гена. Поэтому на основании опытов, подобных только что описанному, ученые высказали гипотезу, обозначаемую коротким названием: "гипотеза один ген - один фермент". Смысл ее сводится к тому, что функция каждого гена состоит в образовании какого-либо одного фермента. После того как было проведено большое число опытов, гипотеза подтвердилась.

Теперь мы подходим к самому главному. Поскольку ферменты являются белками, то вопрос о химической природе наследственности сводится к вопросу о том, каким именно образом клетка строит вполне определенные белковые молекулы. Ниренберг в своем докладе в Москве внес очень большой вклад в решение этого вопроса. Он сделал первый шаг в раскрытии азбуки наследственности, в раскрытии загадки, каким именно образом в генах записаны планы строения белков, другими словами - планы всех наследственных признаков.

В книге об истории и успехах генетики невозможно пройти мимо этих работ. Ведь именно они привлекли сейчас к генетике внимание всех ученых независимо от их специальности. Именно эти работы сулят человечеству и исцеление от неизлечимых болезней, и новые сорта растений, и новую технологию химической промышленности, и многое другое. Но к работам, о которых говорил Ниренберг, ведет длинный путь. О них мы расскажем не скоро.

А пока вернемся в ту комнату, на полу которой мы оставили профессора Уотсона. Все уже сидели вокруг накрытого стола. Мезельсон рассказывал анекдот об обезьяне, посланной американцами в космос, я посвящал, иностранцев и москвичей в тонкости кавказских застольных обычаев. Тамада попросил Уотсона предложить очередной тост. Лишь немного помедлив, он произнес:

- За русскую генетику!

Я насторожился. Нет ли подвоха в этих словах? Ведь у всех свежи в памяти времена, когда поднимались на щит такие "открытия", как порождение кукушек пеночками, превращение вирусов в бактерий, самоизреживание, возникновение живых клеток из желточных шаров... Но нет, он говорит всерьез.

- Всех нас, молодых американских физиков, занимающихся сейчас биологией, - продолжал Уотсон, - выучил генетике и увлек ею Макс Дельбрюк, выходец из Германии. А он стал биологом под влиянием Тимофеева-Ресовского, работавшего в свое время в Берлине. Дельбрюк считает себя учеником Тимофеева, а я себя - учеником Дельбрюка. В таком случае я принадлежу к русской генетической школе. За русскую генетическую школу, за ее представителей и за их успехи!

Нужно ли говорить, как горячо все поддержали Уотсона! Мне было особенно приятно, потому что я сам начал заниматься генетикой именно в лаборатории Николая Владимировича Тимофеева-Ресовского. Выходит, что если разобраться в научной родословной, то Уотсон приходится мне племянником. Ничего себе!

Родословная науки - дело сложное. Но если прямо продолжить линию, которую начал в своем тосте Уотсон, нужно сказать, что учителем Николая Владимировича был академик Николай Константинович Кольцов - организатор знаменитого в свое время Института экспериментальной биологии Наркомздрава. Учителем же Кольцова был академик Михаил Александрович Мензбир - профессор зоологии и сравнительной анатомии Московского университета. Мензбир по своей основной специальности был орнитологом, изучал птиц, но он являлся одним из наиболее широко образованных биологов своего времени не только в общерусских, но и в мировых масштабах. Михаил Александрович очень внимательно следил за всеми научными событиями, благодаря чему его лаборатория заслуженно считалась одной из самых передовых в мире. Будучи профессором университета, М. А. Мензбир за свою долгую жизнь (а умер он в 1935 году в возрасте восьмидесяти лет) воспитал целую армию русских, а позже советских биологов.

Поэтому, чтобы начать рассказ о разгадке шифра белковых молекул, нам придется вернуться в те времена, когда почти никого из участников Московского биохимического еще не было на свете, а Мензбир был совсем молодым профессором.