Алфавит наследственности

После бала

- А ведь этот разговор влетит ему в копеечку! - обратилась белокурая Света, работница международного телефона, к своей подружке. Говоря это, она посмотрела на будку, в которой молодой человек что-то кричал в трубку по-английски, находясь явно в возбужденном состоянии, - ведь он разговаривает с Нью-Йорком.

- Наверно, звонит своей девушке, - ответила меланхолично Тома.

- Да, уж конечно, не жене. Вот это любовь!

Обе были бы, вероятно, сильно удивлены и разочарованы, узнав, что молодой клиент вел столь длинный разговор не с женой и не с невестой, а с 56-летним мужчиной. Он разговаривал с профессором Северо Очоа.

Очоа не был на биохимическом конгрессе в Москве. Его сотрудники говорили, что в последнее время он так "замотался" с работой, что вместо поездки за океан предпочел взять отпуск и покататься на яхте.

Когда же Ниренберг сделал свой доклад, в котором рассказал о том, что ему (с помощью искусственной РНК, полученной по методу Очоа!) удалось расшифровать первый триплет, один из сотрудников биохимической лаборатории Нью-Йоркского университета, не дослушав конца аплодисментов, бросился на международный телеграф, чтобы срочно известить своего учителя о столь сногсшибательной новости.

Было ли это на самом деле, конечно, неизвестно, но среди участников конгресса этот рассказ пользовался популярностью. И не мудрено. Сообщение Ниренберга заставило многих ученых изменить либо планы своих работ, либо свои интересы.

Повлияло его сообщение и на меня. Расшифровывать код я, конечно, не собирался. Лаборатория наша для этого совершенно не приспособлена, да и возраст такой, что начинать работать в новой области поздно. А было бы мне лет на 10-15 меньше, я, возможно, серьезно подумал бы о том, не переквалифицироваться ли. Но что касается интереса к молекулярной генетике, который у меня был и раньше, то он возрос очень сильно. Теперь я уже не пропускал ни одной статьи, в заглавии которой бросались в глаза три буквы: ДНК. И действительно, теперь любой генетик, любой биофизик (а я себя считаю в какой-то мере и тем и другим) должен быть знаком с этой областью.

Френсис Крик на конгрессе был, но доклада не делал. Это никого не удивляло. И так он сделал много: макромолекулярная структура ДНК, гипотеза "адаптера", "код без запятых"... Сколько можно! Но по возвращении с конгресса Крик преподнес "новогодний подарок" своим коллегам. Его новая статья (написанная в соавторстве с Л. Барнеттом, С. Бреннером и Р. Дж. Уоттс-Тобином) была напечатана в номере уже знакомой нам лондонской "Природы" от 31 декабря 1961 года.

Когда я увидел в библиотеке этот номер журнала, то сразу набросился на него, быстро пробежал статью... и ничего не понял. Статья была длинная и трудная. Но выводы крайне интересные. Они рассказывали "всю правду" об устройстве генетического кода. Смысла триплетов они не касались. Но не это сейчас было самым важным. Ведь то, что фенилаланин кодируется триплетом УУУ, было пока только предположением. Из опытов Ниренберга и Маттеи почти с таким же основанием можно сделать вывод, что он кодируется диплетом УУ, или квадруплетом УУУУ, или любым другим числом У.

Предположение о триплетах наиболее вероятно, но это нужно еще доказать. И Крик с сотрудниками утверждали, что они это доказали. Но речь шла не только об этом. Они также делали вывод, что код не перекрывающийся (мы уже знаем, что это такое: например, код Гамова был перекрывающимся). Да и, кроме того, код является вырожденным, то есть одна аминокислота может кодироваться не одним, а несколькими разными триплетами. Наконец, они говорили о том, каким образом обеспечивается однозначное считывание информации с нуклеиновых кислот. Крик уже дал раньше ответ на этот вопрос, предложив "код без запятых". А в этой работе гипотеза "кода без запятых" опровергалась.

Опровержение "кода без запятых" является, может быть, самой большой заслугой Крика. К сожалению, очень часто ученые слишком крепко держатся за то, что однажды сказали. Бывает, развитие науки начисто опровергло какую-нибудь гипотезу, а ее автор вопреки всему продолжает за нее держаться. Горе, если такому ученому дана большая власть, если, скажем, он руководит большим коллективом. Ведь он не даст ни одному из своих учеников работать по-новому. Силой административной власти заставит их заниматься вчерашним днем науки.

К сожалению, так бывает. Психологически это понятно. Такой ученый, вероятно, думает, что, если старая гипотеза окажется неверной, его сразу все начнут считать за дурака. Ему уже начинает казаться, что прохожие на улице ехидно улыбаются, глядя на него: смотрите, мол, это тот самый ученый, теория которого оказалась неправильной. Но так кажется только ему. Всем известно, что история науки - это история гибели бесчисленного количества гипотез. Та гипотеза, которую высказал этот ученый, была для своего времени нужной и прогрессивной. Она очень помогла развитию науки только благодаря тому, что уже существовала. Было что проверять и опровергать, поэтому удалось продвинуться на один шаг вперед. Со стороны это видно хорошо, а самому порой мешает понять ложное самолюбие. А в таком случае коллеги начинают действительно посмеиваться. Они вообще перестают с ним всерьез говорить и спорить. Это бессмысленно. Человек отстал.

Честность ученого требует беспристрастного отношения и к своему и к чужому. Я бы сказал даже, что к "своему" нужно относиться более критично. Это самый верный способ обезопасить себя от провалов. И, конечно, верх научной честности, когда ученый говорит: "Я не прав". И тот, кто на это способен, про того можно сказать, что это действительно настоящий ученый. Именно так поступил в свое время Лайнус Полинг - крупнейший физико-химик и известный борец за мир. За несколько месяцев до Уотсона и Крика он расшифровал строение молекул ДНК и опубликовал соответствующую работу. Модель Полинга существенно отличалась от модели Уотсона - Крика. Нужно сказать, что авторитет Полинга был таков, что многие скорее верили бы ему, чем другим. Но он сам поспешил выступить в печати и заявить, что модель Уотсона - Крика является более правильной. Излишне говорить, что никто его после этого не стал считать менее крупным ученым. Скорее наоборот. А сейчас так же поступил Крик.

В действительности задача о считывании решалась проще, чем казалось. Представим себе, что эта книга напечатана без интервалов между словами. Норазверазныечитателипрочтутэтуфразунеодинаково? Конечно, с непривычки так читать трудно. Но ошибок никто не сделает. Почему? Да потому, что мы читаем с начала и подряд. Так же решается эта задача и при синтезе белков: информация считывается группами определенной длины последовательно, начиная с некоторой фиксированной точки.

Но все это лишь выводы. А сама статья? Я ее, конечно, взял и просидел над ней весь вечер, читая очень медленно. Когда я понял ее, то пришел еще в больший восторг. Эта работа пленяла исключительной логикой и остроумием в планировании опытов и в объяснении их результатов. К сожалению, я смогу здесь рассказать только о самой сути. Дело в том, что сама статья, написанная авторами для специалистов, по объему составляет примерно около 20 страниц таких, как эта. Но даже специалисту сразу понять ее трудновато из-за чрезмерной краткости. Я расскажу только о том, как было доказано, что код действительно является триплетным.

Основной метод, примененный в работе Крика и сотрудников, состоял в получении мутаций у бактериофага. Мутации вызывали с помощью химического вещества профлавина. Вещество это действует на РНК довольно своеобразно. В отличие от азотистой кислоты, которая превращает одни "масти" в другие, это вещество вызывает мутации, "выдергивая" или "вставляя" отдельные нуклеотиды. Когда получили большое количество мутаций внутри одного и того же гена и начали скрещивать их друг с другом, обнаружились интереснейшие факты. Иногда две мутации с совершенно одинаковым действием в случае объединения давали внешне совершенно нормальное потомство. Иногда же этого не наблюдалось. Чем это можно объяснить?

Проще будет, если мы начнем с конца и предположим, что триплетность кода доказана, другими словами, что в нуклеиновокислотном языке все слова состоят только из трех букв. Забавно, с нашей точки зрения, выглядел бы такой язык. В нем возможны были бы фразы только вроде такой: "Тут для нас ген - это код ДНК или РНК" или: "Без ДНК нет дел для РНК - они обе код".

На примере этих фраз и поясним, к чему сводится работа Крика и его сотрудников. Но будем помнить, что мутации, вызванные профлавином, состоят в выпадении или в' добавлении отдельных букв.

Итак:

ТУТ ДЛЯ НАС ГЕН ЭТО КОД ДНК ИЛИ РНК...

А мутации могут выглядеть так:

ТУТ ЛЯН АСГ ЕНЭ ТОК ОДД НКИ ЛИР НК... (выпадение) 
ТТД ЛЯН АСГ ЕНЭ ТОК ОДД НКИ ЛИР НК... (другое выпадение)
ТУТ ДЛХ ЯНА СГЕ НЭТ ОКО ДДН КИЛ ИРН К... (вставка)

Получилась совершеннейшая белиберда, хотя в первом случае выпала одна буква "Д", во втором - буква "У", а в третьем добавилась буква "X". Бессмыслица получилась потому, что мы каждый раз разделяли ряд букв слева направо на слова из трех букв. А ведь к этому и сводится новая идея Крика: код считывается последовательно, так же как мы читаем книги.

Что же произойдет при совмещении двух мутаций в одной молекуле ДНК? Прежде всего что такое "совмещение"? Это процесс, совершенно аналогичный кроссинговеру, только происходящий не на уровне хромосомы, а на уровне молекулы ДНК. Новая молекула состоит из "головы" одной и "хвоста" другой, причем перекрест произошел в промежутке между двумя опечатками.

При "объединении" двух первых из приведенных выше "мутаций" получится: ТТЛ ЯНА СГЕ НЭТ ОКО ДДН КИЛ ИРН К... Такая же бессмыслица, как и раньше. А в случае генов и раньше и теперь соответствующий ген вообще не работает.

Теперь объединим первую "мутацию" с третьей: ТУТ ЛХЯ НАС ГЕН ЭТО КОД ДНК ИЛИ РНК...

Получилась, хотя и не совсем первая фраза, но что-то очень похожее, ее можно понять и, кстати, в том же смысле, что и раньше. В этом случае будет строиться белок, хотя и несколько отличающийся от исходного, но, безусловно, очень похожий на него.

Исходя из этих соображений, стали считать, что возврат к норме при объединении двух "мутаций" происходит тогда, когда одна из "мутаций" представляет собой вставку, а другая - выпадение. Если же обе "мутации" являются вставками или обе выпадениями, то их сумма дает тот же измененный бактериофаг, что и каждая "мутация" в отдельности.

А что произойдет (если такое объяснение результатов опытов правильно и код действительно триплетный) в случае объединения трех вставок? Нетрудно догадаться и без схем, что при этом в сумме добавится один лишний триплет и большая часть "текста" будет читаться правильно. Если же код квадруплетный, то есть каждое слово состоит из четырех букв, то объединение трех "вставок" не даст возврата к норме, а объединение четырех даст. То же самое, конечно, справедливо и для выпадений.

Опыты были поставлены, и оказалось, что при объединении трех вставок или трех выпадений получается бактериофаг, выглядящий совершенно нормально. Триплетный характер генетического кода был убедительно доказан!

Одновременно эти же опыты Доказывают новую идею Крика о том, что "текст" читается подряд группами определенной длины. Столь же остроумно было показано, что текст считывается с определенной начальной точки.

Вам не надоело, читатель? Но что делать! Работа Крика очень трудна для понимания. То, что я рассказал об одной ее части, несравненно проще, но требует известного внимания. Когда я принес эту главу редактору, он сказал: "В корне переделать! Слишком много примеров с буквами. Трудно, скучно и не интересно". Я взял главу и написал заново. Часть буквенных примеров вообще убрал, часть "облегчил" (разве плоха фраза "Тут для нас ген - это код ДНК или РНК"? Вначале я брал просто однообразный ряд "Ген ген ген..."), часть заменил чем-нибудь другим. Но буквенные примеры остались. Я не смог без них обойтись.

Хочу дать вам два совета. Первый: попробуйте изложить эту главу без буквенных примеров, живо, интересно и понятно для неспециалиста. Если это удастся - знайте: у вас незаурядный талант популяризатора. Садитесь и пишите книги! Второй: не читайте того, что вам кажется трудным. Понять, что сделано, легко, труднее объяснить, как это было сделано. Можете удовлетвориться лишь выводами. Некоторые люди, изучая учебник, не читают напечатанного мелким шрифтом. И так можно сдать экзамен. Другие в первую очередь читают мелкий шрифт, потому что там пишется самое интересное. Если вы не любитель мелкого шрифта, то, уже зная, к чему сводятся выводы Крика, конец этого раздела можете пропустить.

А любителям мелкого шрифта я хочу рассказать, как было доказано, что отсчет триплетов начинается с каких-то определенных точек (так же как фразы языка после точек). В качестве примера возьмем две фразы из трехбуквенных слов, которые были написаны выше: тут для нас ген это код ДНК или РНК. Без ДНК нет дел для РНК - они обе код.

Требуется доказать, что эти фразы действительно разделены "точкой", другими словами, что вторая читается независимо от первой. Написанные фразы, конечно, символизируют два соседних гена у бактериофага, с которым экспериментировали хитроумный Френсис Крик и его сотрудники.

Косвенно в пользу существования "точки" говорил тот факт, что мутации, возникающие в первом гене, не влияют на работу второго. Но этого ученым было мало. Они решили поставить более прямой опыт. Для этого они взяли мутацию, у которой выпал большой кусок, захватывающий конец первого гена и начало второго, то есть нечто вроде: тут для нас ген это кез ДНК нет дел для РНК - они обе код. Здесь выпал кусок: "од ДНК или РНК. б". Он состоит из 12 букв - числа, кратного трем. Поэтому все читается нормально. А что получится, если в первом гене произойдет вставка или выпадение? Тут для нас енэ ток езд нкн етд елд ляр нко нио бек од. Выпала одна буква "Г", и все пошло насмарку. А что, если в первый ген вставить куда-нибудь после этого букву? Очевидно, нормальное считывание восстановится.

Такие опыты были поставлены, и так и получилось. Любая акридиновая мутация в первом гене полностью выключала второй. Совмещение двух мутаций, из которых одна являлась вставкой, а другая выпадением, его деятельности не нарушала. Существование точек, с которых начинается отсчет троек, было доказано.

Не буду пересказывать все содержание этой замечательной работы. Двух примеров достаточно, чтобы показать остроумие опытов и ясность выводов. Работа содержала выводы о большинстве основных свойств генетического кода. И хотя не было расшифровано ни одного триплета, она создала фундамент для составления "азбуки наследственности". "Словаря" еще нет (только одно слово - "УУУ" - разгадано Ниренбергом), а "грамматика" уже составлена!