Триумф Ниренберга

Мельхерсу с Виттманом в какой-то мере "не повезло" на Московском конгрессе, как, впрочем, и многим другим. Они, везя на конгресс свои последние, крайне интересные и неизвестные другим ученым результаты, рассчитывали произвести сенсацию, стать именинниками на сегодняшнем празднике. И так бы оно и было, если бы не Ниренберг.

Еще в 1957 году Андрей Николаевич Белозерский (помните, именно благодаря его работам была опровергнута тетрануклеотидная гипотеза строения нуклеиновых кислот), ставший к тому времени академиком, заинтересовался сравнительным анализом состава ДНК и РНК. Эту работу он поручил своему талантливому ученику - Александру Спирину. В то время Спирину было всего 26 лет. Он исследовал большое число бактерий и нашел, что если состав ДНК варьирует у них довольно-таки сильно, то РНК у всех бактерий почти одинакова. Почти, но не совсем. И какое-то сходство в составе РНК и ДНК у одних и тех же бактерий все-таки было. В чем тут дело?

Белозерский и Спирин объяснили эти результаты следующим образом. Та РНК, которую они анализировали, представляет собой смесь: большая часть у всех бактерий одинаковая, а меньшая соответствует по своему составу ДНК. Это представлялось крайне интересным. Ведь если существует РНК с тем же составом, что и ДНК, может быть, она и играет роль посла, который переносит информацию из ядра в цитоплазму. Ведь дело в том, что хромосомы, содержащие ДНК, находятся в ядре, а белок строится в цитоплазме. Это казалось загадочным. А если существует такой переносчик, то все станет понятным.

Гипотеза Белозерского - Спирина вскоре подтвердилась. К 1961 году было уже точно доказано, что в ядре образуется РНК, копирующая своим составом и порядком нуклеотидов ДНК. Назвали ее - информационная РНК.

Теперь уже начал в общих, чертах вырисовываться ход синтеза белка в живой клетке. Строение белков закодировано в ДНК, находящейся в хромосомах, и "записано" в виде последовательности составляющих ее нуклеотидов. Эта информация передается с помощью информационной РНК в цитоплазму: молекулы РНК выходят из ядра и присоединяются к специальным мелким частицам, так называемым рибосомам, на которых и происходит сборка белка из аминокислот. Что же касается аминокислот, то они сначала "активируются", получая заряд энергии, необходимой для соединения друг с другом, а затем прикрепляются к молекулам транспортной РНК, которая ставит их на то место, где каждая из них должна быть. В 1961 году это уже казалось очень правдоподобным, но решающего доказательства, что все происходит именно так, - не было.

Ниренберг попытался воссоздать условия, необходимые для синтеза белка вне живой клетки. Он взял полный набор аминокислот, транспортную РНК, необходимые ферменты, источники химической энергии и рибосомы. Сколько ни держали эту смесь в термостате - белок не строился. Но стоило в эту смесь добавить еще крупные молекулы РНК, как очень быстро начинал строиться белок. Можно было брать вирусную РНК или РНК из дрожжей, получался одинаково хороший результат. Это был блестящий успех. Уже одного этого достаточно для того, чтобы все заговорили о новой звезде на биохимическом горизонте.

Но Ниренберг в своем докладе рассказал не только об этом. Ведь к тому времени на вооружении биохимиков был метод Очоа, с помощью которого можно искусственно получать РНК. И Ниренберг попробовал в свою смесь добавить вместо природной РНК - искусственную, сделанную руками человека. И произошло немыслимое - белок строился и в присутствии "самодельной" РНК. А нужно сказать, что искусственная РНК была совершенно непохожа на ту, что встречается в природе. В природной примерно одинаковое количество всех четырех нуклеотидов. А Ниренберг взял для своих опытов полиуридиловую кислоту, то есть РНК, содержавшую нуклеотиды только одного сорта - урацил (У).

Другими словами, "посол", которого ученые направили к месту белкового синтеза, нес довольно-таки однообразную информацию. Она выглядела так: УУУУУУУ-УУУУУУУУ...

И все-таки белок строился. Что же это был за белок? Такой же однообразный, как и полученная информация. Этот белок состоял из совершенно одинаковых аминокислот, хотя в пробирке находились все 20 и выбирать можно было что угодно. Но на этот раз понадобилась лишь одна аминокислота - фенилаланин. При написании белковых формул принято аминокислоты обозначать тремя буквами, разделяя их черточками^*. Поэтому формула нового белка, полученного в опытах Ниренберга и Маттеи, была: фен-фен-фен-фен-фен.

^* (Например, аланин обозначают "ала", треонин - "тре", глицин - "гли", цистеин - "цис", фенилаланин - "фен". Формула белка, состоящего из остатков аланина, глицина и цистеипа будет: ала-гли-цис.)

Ничего подобного в природе не существует, как, впрочем, нет ничего похожего и на взятое однообразное УУУУУУ...

Не нужно быть гением, чтобы понять: в таких опытах можно расшифровать генетический код уже не с помощью произвольных гипотез, а вполне всерьез. Ведь результаты опыта Ниренберга и давали тот самый "Розеттский камень", который необходим для расшифровки кода. У природы не удалось получить этот камень, ученые сделали его сами. Действительно, теперь имелась одна и та же "надпись" на двух языках: на языке РНК и на языке белка:

...УУУУУУУУУУУУУУУУ... 
фен-фен-фен-фен...

Если сравнить их, то, конечно, ясно, что фенилаланин кодируется последовательностью из нескольких "У". Поскольку код скорее всего является триплетным, то с довольно большой уверенностью мы можем заполнить первую строку в биохимическом словаре наследственности: УУУ - фенилаланин.

Лиха беда начало. Уже там, в огромной аудитории МГУ на Ленинских горах, большинству слушателей было ясно, что на этом пути скоро удастся расшифровать генетический код полностью.

А в том, что нуклеиновые кислоты являются хранилищем наследственной информации, больше уже никто не сомневался. 93 года прошло с тех пор, когда молодой Мишер нашел в вонючих бинтах новое вещество - нуклеин. Спустя четыре года он выделил из него нуклеиновую кислоту. В течение долгих десятилетий она почти не привлекала внимания ученых. А теперь самые завидные женихи "просили руки" бывшей Золушки. Нуклеиновая кислота стала "веществом № 1".