Сенсация!

Георг Мельхерс сдержал слово, данное мне во время биохимического конгресса в Москве. В начале 1962 года я получил от него оттиск статьи (напечатанной тоже в последнем номере за предыдущий год, только другого журнала). Статья, написанная сотрудником Мельхерса Виттманом, называлась "Подходы к расшифровке генетического кода". И действительно, в этой работе расшифровывалось несколько триплетов. Правда, не только на основании собственных данных. За исходную точку пришлось принять данные Ниренберга о том, что фенилаланин кодируется триплетом УУУ. В опытах по вызыванию мутаций" азотистой кислотой (которая, как мы знаем, превращает "Ц" в "У" и "А" в "Г") были получены замещения серина и лейцина на фенилаланин, а пролина на серии и лейцин. Обратных изменений не было. Схематически это можно представить следующим образом:

Но мы знаем, что, с одной стороны, фенилаланин кодируется триплетом УУУ, а с другой, что в опытах с азотистой кислотой "У" может получиться только из "Ц". Следовательно, триплеты, кодирующие серии и лейцин, должны каждый состоять из одного "Ц" и двух "У", отличаясь порядком.

Рассуждая так же дальше, можно утверждать, что пролин кодируется триплетом, состоящим из двух "Ц" и одного "У". Короче говоря, только что изображенная схема взаимных переходов для аминокислот, должна быть объяснена следующим образом:

Порядок букв в триплетах при этом, конечно, остается произвольным. Всего в статье Виттмана был указан состав триплетов для девяти аминокислот. Почин сделан. Можно было надеяться, что пройдет немного лет и отыщутся триплеты для всех аминокислот.

Но нескольких лет ждать не пришлось.

Наука в наши дни развивается так стремительно, что большой проблемой становится вопрос о скорости публикации. Ученым все кажется, что слишком много времени проходит между сдачей статьи в редакцию и ее выходом в свет. И, может быть, не удивительно, что первое сообщение о нахождении триплетов для всех аминокислот было напечатано не в научном журнале.

3 февраля 1962 года газета "Нью-Йорк таймс" вышла с заголовком на первой странице: "Успехи в биологии позволяют надеяться, что химические загадки генетики будут раскрыты в этом году". В этом номере больше страницы (газетной!) посвящено молекулярной генетике. "Гвоздем" была табличка с генетическим кодом, в котором были приведены триплеты для каждой из 20 аминокислот. Для трех из них приведено даже по нескольку триплетов.

Задача была почти решена. Оставалось одно: выяснить порядок "букв" в триплетах, что при столь быстрых успехах, можно было надеяться, сделают в текущем году.

Научные журналы, пришедшие позже, рассказали, каким образом был достигнут этот успех. Ниренберг в своих первых опытах использовал очень однообразные "самодельные" РНК: они состояли либо из одних "У", либо из одних "Ц", одних "А" или одних "Г". РНК с составом УУУУУУУ... включала в белок фенилаланин; ЦЦЦЦЦЦ... включала пролин, но в значительно меньшей степени, так что это можно было объяснить и ошибкой, а остальные две "самоделки" не влияли на синтез белков. Очевидно, ЦЦЦ, AAA и ГГГ не кодируют аминокислот.

За продолжение опытов Ниренберга взялись одновременно в нескольких лабораториях, но наиболее быстрый успех выпал на долю сотрудников из лаборатории Очоа. Ведь там лучше всего умели приготовлять искусственную РНК.

Как следовало идти дальше после первых опытов Ниренберга? Это было ясно: нужно применить РНК более сложного состава. Точно так же, как и в первых опытах, брали необходимую смесь, главными составными частями ее были рибосомы (частицы, на которых происходит сборка белка из аминокислот), полный набор аминокислот, полный набор транспортных РНК (подносящих аминокислоты к рибосомам) и затравку в виде "самодельной" РНК соответствующего состава. Нужно сказать, что эксперимент ведется в таких сверхмалых масштабах, при которых синтез белка никаким другим методом, кроме как с помощью меченых атомов, проанализировать нельзя. Для этого каждый опыт ставят в двадцати вариантах, в каждом из них берется одна меченая аминокислота, радиоактивная, а остальные - нормальные ("холодные"). Подержав эту смесь в течение некоторого времени в термостате, осаждают белки трихлоруксусной кислотой. Свободные аминокислоты при этом остаются в растворе. По тому, в каких вариантах опыта осадок радиоактивный, делают вывод, какие аминокислоты включаются в белок и в каких относительных количествах.

Рассмотрим для примера один из первых опытов Очоа с сотрудниками. В качестве затравки взяли искусственную РНК, для построения которой использовали пять частей "У" и одну часть "Ц". Но прежде чем рассмотреть результаты, прикинем, чего следует ожидать. Порядок букв в искусственной РНК неизвестен - считают, что буквы располагаются случайным образом.

А там, где мы имеем дело со случайными событиями, нужно обращаться к теории вероятностей. Эта наука говорит, что встречаемость триплетов, содержащих 3, 2, 1 и О "У", должна быть пропорциональна 53, 52, 51 и 5°. Другими словами, на каждые 100 триплетов состава УУУ должно быть по 20 триплетов состава 2У, 1Ц (то есть 20 триплетов ЦУУ, 20 триплетов УЦУ и 20 - УУЦ), по 4 триплета состава 1У, 2Ц и около одного триплета ЦЦЦ (точнее - 0,8).

Что же получилось в опыте? Если включение фенил-аланина принять за 100 процентов, то оказалось следующее: фенилаланин - 100 процентов; серии - 25; лейцин - 20, пролин - 8 процентов.

Получилось то, чего и следовало ожидать. Правда, цифры не совсем совпадали, точность измерений была небольшой, а любой опыт дает цифры с ошибками. Но раз могло получиться только 100, 20, 4 и 0,8 процента, то, скажем, цифра 8 процентов ближе всего к ожидаемым 4. Рассматривая полученные цифры, нетрудно сказать, что фен = УУУ (что мы уже знаем); сер = 2У, 1Ц; лей = 2У, 1Ц; про = 1У, 2Ц. Я нарочно взял для рассмотрения именно этот опыт. Если вы вернетесь на несколько страниц назад, то убедитесь, что Виттман на основании своих опытов по вызыванию мутаций у вируса табачной мозаики с помощью азотистой кислоты пришел к точно таким же выводам. Это было замечательно. Раз два метода дают один и тот же результат, значит ему действительно можно верить.

Точно таким же образом с использованием других "самоделок" выяснили состав триплетов, кодирующих все 20 аминокислот.

Небольшая табличка, которую составили Очоа с сотрудниками, сразу же обошла всю мировую научную печать. Что и говорить, оснований для торжества было достаточно. Найдены триплеты для всех аминокислот. Нужно только определить порядок букв в них. И раз состав триплетов был выяснен за несколько месяцев, конечно, можно надеяться, что до конца года выяснится и порядок. Проблема кода будет закрыта!