Перед дверью в будущее

Многие верят в "парные случаи" или в другие совпадения, утверждая, будто такие совпадения бывают чаще, чем это следует из законов теории вероятностей. Правда, никто не пытается подсчитать: чего в действительности следует ожидать по теории вероятностей. А сделать это довольно трудно. Но так или иначе совпадения всегда производят на нас впечатление.

Рассказ об исследовании химических основ наследственности мы начали с V Международного биохимического конгресса, главной сенсацией которого был доклад Ниренберга о синтезе полифенилаланина в присутствии полиуридиловой. кислоты. Спустя четыре года в Нью-Йорке происходил следующий, VI Международный биохимический конгресс. Не только законы теории вероятностей, но и общее состояние исследований говорило, что на этом конгрессе существенных новостей по проблеме кода ждать не приходится, так же как на закончившемся незадолго до этого Международном генетическом конгрессе.

Я на VI конгрессе не был и даже не спешил узнавать новости. После того, что было на V, что еще "мог дать VI?!

Но вот от одного из своих коллег я получил письмо, где он писал, что главной сенсацией VI конгресса были новые успехи в расшифровке генетического кода! И что они... достигнуты Ниренбергом! Удивительно, но факт. Правда, из письма трудно уяснить, что произошло. Нужно было запастись терпением до тех пор, пока Ниренберг напишет статью, пока эту статью напечатают и пока она переплывет через океан.

К счастью, ждать пришлось не так долго. Буквально через несколько дней я получил толстый пакет из США. В левом верхнем углу (а за границей обратный адрес пишут именно там) стояло "М. В. Ниренберг".

Наука в наши дни развивается все быстрее и быстрее, что требует все более быстрого обмена научной информацией. Создают специальные журналы, в которых обеспечивается ускоренная публикация статей. У нас это "Доклады Академии наук СССР". В некоторых журналах между поступлением рукописи в редакцию и выходом статьи в свет проходит всего 2-3 недели. Но и эти сроки кажутся недостаточно короткими, да к тому же "экспресс-журналов" не так много, и печатают они только краткие статьи.

Ученые придумали новую форму обмена информацией - так называемые "препринты". Препринт - это размноженная рукопись статьи, распространяемая до опубликования ее в журнале, своеобразный "самиздат". Техника применяется разная: ротапринт, фотография, просто пишущая машинка. Сроки тоже различны. Одни авторы рассылают препринты одновременно с отправкой статьи в печать (не дай бог, кто-нибудь, прочтя, опередит!). Другие, более спокойные, рассылают их гораздо раньше, чтобы после критики коллег внести необходимые изменения. У нас эта форма обмена информацией, к сожалению, развита слабо, но помаленьку начинает применяться.

В пакете от Ниренберга были как раз два препринта его новых, еще не опубликованных статей, посланных в два разных журнала. Сейчас, когда я пишу эти строки, обе статьи уже напечатаны и известны всем специалистам. Но на столе передо мной лежит все-таки препринт, к которому я уже успел привыкнуть. Статья называется "Кодовые слова РНК и белковый синтез. 1. Влияние тринуклеотидов на присоединение растворимой РНК к рибосомам". Авторы - Маршалл Ниренберг и Филип Ледер. Ясно, в чем дело? Боюсь, что не слишком, даже после того, что нам уже стало известно. Постараюсь объяснить.

Сначала вспомним о методике прежних опытов Ниренберга, Очоа и других. Она была косвенной. В качестве шаблона для сборки белка из аминокислот использовали искусственную РНК с известным составом, но с неизвестным чередованием "букв" - оснований. Поэтому приходилось сравнивать только общий состав и результаты анализировать статистически. Поскольку код сильно вырожден, проводить такой анализ трудно. С другой стороны, с этой методикой можно анализировать только достаточно длинные цепочки аминокислот, такие, которые осаждаются трихлоруксусной или вольфрамовой кислотой.

Долго биохимики возились с задачей: определять в опытах не только состав триплетов, но и порядок "букв" в них. Но успехи были очень скромными. Существовало два пути для общего решения этой задачи. Первый состоял в том, чтобы синтезировать искусственную РНК не со случайной, а с вполне определенной последовательностью букв. Кое-что удалось сделать. Так, Хорана научился синтезировать уже довольно длинные цепочки с заданным порядком "букв". Правда, это было сделано не для РНК, а для ДНК. Но такую ДНК можно было взять в качестве затравки для синтеза РНК и получить ее тоже с известным порядком "букв" (а такое возможно)^*.

^* (Уже когда эта глава была написана, большие успехи были достигнуты - как и следовало ожидать - Хораной и его сотрудниками. Полученные ими результаты подтверждают выводы моих работ, о которых говорилось в предыдущем разделе, и работ Ниренберга и сотрудников, о которых пойдет речь дальше. Кроме того, Хорана получил интересные новые результаты, но общей картины, нарисованной в книге, это, конечно, не меняет.)

Второй путь состоял в том, чтобы научиться определять включаемые аминокислоты при гораздо более, коротких цепочках, так как очень короткие цепочки РНК с известным порядком "букв" получать умели. Здесь попытки приносили меньше успеха, и казалось, что задача будет раньше решена первым способом.

Но Ниренберг решил ее вторым способом. Идея состояла в том, чтобы научиться контролировать процесс синтеза белка раньше - не когда белковая Цепь отделится от рибосомы, а до этого. При этом, конечно, можно было бы определять присоединение аминокислот и к совсем коротким молекулам информационной РНК. Такая идея приходила в голову не только Ниренбергу, и многие пытались ее осуществить, но безуспешно. Вышло не меньше дюжины работ, авторы которых описывали присоединение транспортной РНК к рибосомам, но механизм процесса оставался непонятным.

В работе Ниренберга и Ледера не видно следов многих попыток и разочарований, которые в конечном счете привели к успеху. Но ясно, что успех дался нелегко. Полное описание методики, изложенное в телеграфном стиле, занимает шесть страниц, напечатанных на машинке. Но суть ее проста.

Вначале все происходит так же, как в прежних опытах Ниренберга. Меченые аминокислоты присоединяются к своим "носильщикам" (транспортной РНК) и смешиваются с рибосомами, заряженными информационной РНК. Аминокислоты начинают цепляться к рибосомам... Вот здесь бы и узнать, что произошло. Но как это сделать?

Помог, вероятно, случай (по крайней мере теоретического обоснования метода пока не существует). Если фильтровать инкубационную смесь через нитрат-целлюлозу, то на фильтр садятся как рибосомы, так и "носильщики" с аминокислотами. Хотя здесь применяют фильтры, но сама фильтрация, видимо, ни при чем, так как можно применять и фильтры с отверстиями в сто раз большими, чем рибосомы. Вероятно, происходит адсорбция - "прилипание" частиц к веществу, из которого сделан фильтр. Прочнее всего "прилипают" рибосомы. Если фильтр промыть в солевом растворе, то удаляются транспортные РНК и свободные аминокислоты, а рибосомы остаются. Теперь ничего не стоит узнать, присоединились ли аминокислоты к рибосомам, и если да, то какие. Ведь аминокислоты несут радиоактивную метку.

Ниренберг начал сначала - с той самой полиуридиловой кислоты, с которой проводил и свои первые опыты. Но здесь не было необходимости получать длинные цепочки. Даже присоединение одной-единственной аминокислоты к каждой рибосоме дало бы о себе знать радиоактивными сигналами. Ученые стали брать цепочки разной длины. И получилась замечательная вещь: цепочки длиной в два нуклеотида не оказывали никакого эффекта, а тринуклеотиды (УУУ) стимулировали интенсивное присоединение фенилаланина к рибосомам; цепочки длиной в четыре и пять "У" оказывали такой же эффект, как и тройка. Это было первое действительно прямое доказательство того, что код является триплетным. До этого разные авторы (и я в том числе) приводили много доводов в пользу триплетного кода, но все они были косвенными.

Такие же опыты были поставлены с цепочками, состоящими из одних только "А" и одних "Ц", с тем же самым результатом. Было доказано, что AAA кодирует лизин, а ЦЦЦ - пролин.

Уже одно это было замечательно. Во втором препринте, который я получил, речь шла уже о триплете, составленном из разных "букв". Ученые получили все три варианта тринуклеотидов, состоящих из одного "Г" и двух "У": гуу, угу и ууг, - и испытали их в аналогичных опытах. Исследовали присоединение аминокислоты валина. И оказалось, что валин присоединяется только в присутствии гуу. Два других образца совершенно неактивны.

Дальнейшее было делом техники, так как широкий путь был открыт. И Ниренберг ставит опыт за опытом, выпуская с разными соавторами одну работу за другой. Сейчас, когда я пишу эти строки, расшифровано уже 45 триплетов из 64 возможных. Расшифровка остальных, конечно, дело самого недалекого будущего.

Вот и все. Задачу выяснения химических основ наследственности можно считать таким образом в основном решенной. Остались детали, очень важные и интересные для специалистов. Но как бы ни были решены эти дополнительные вопросы, сути дела они, конечно, не изменят.

Ученые народ занятой. Им приходится следить за огромной литературой по специальности. Редко какую работу они могут прочесть с начала и до конца. Поэтому принято в конце статьи или книги помещать "краткие выводы", в которых подчеркивается наиболее существенное. Глянув в выводы, можно заранее сказать, стоит ли читать эту работу вообще. А если ученый прочел статью целиком, выводы помогают удержать в памяти наиболее существенное.

Профессиональная привычка толкает меня на то, чтобы и здесь написать краткие выводы. Опасность того, что, прочтя выводы, читатель решит, будто без остального можно обойтись, - мне не грозит, так как большинство читает книги не с конца, а с начала. А подчеркнуть кое-что хочется. Логично было бы совсем кратко рассказать об общем ходе синтеза белка в живой клетке, а также перечислить основные законы кодирования, хранения и передачи наследственной информации. Но это не научный трактат. Я думаю, читатель прочел все, что написано выше, и суть дела понял. Если же мне не удалось все это изложить понятно и подробно, то тем более не удастся на одной странице.

Хочется подчеркнуть другое. Во-первых, исключительно короткий срок, в течение которого решена сложнейшая и фундаментальнейшая научная проблема. Ведь первая работа по расшифровке кода появилась лишь в 1961 году. Такой быстрый успех был возможен только благодаря особенностям современной науки, благодаря тому, что над решением кода трудилось большое число ученых самых разнообразных специальностей в разных странах. Во-вторых, и это я особенно хотел показать в своем повествовании, хотя проблема генетического кода и является одной из самых новых в науке, но своими корнями она уходит в очень далекое прошлое. Ведь утверждение "Все живое из яйца!", сделанное более 300 лет назад, было первым шагом к решению тех вопросов, которые занимают умы современных ученых. А начиная с Кольцова можно провести к современным работам вполне непрерывную, хотя местами и извилистую линию.

Что дальше? - можете спросить вы. Ответ на этот вопрос можно было бы предоставить вашей собственной фантазии. Раскрытие химических основ наследственности принадлежит к числу фундаментальнейших научных открытий, стоящих в одном ряду с выяснением строения атомного ядра, периодической системой элементов, теорией относительности и т. п. И совершенно ясно, что успехи генетики будут иметь значение для самых разнообразных сторон человеческой деятельности.

О значении более мелких открытий говорить легче - их последствия ближе и ощутимее, но менее значительны. А с крупными открытиями вступает в силу "закон Азимова". Сейчас можно перечислить только некоторые области, где познание механизмов наследственности может привести к поистине сказочным результатам.

Медицина. Лечение таких, пока лишь с трудом поддающихся усилиям врачей заболеваний, как вирусные инфекции, рак и близкие к нему болезни. И не мудрено, ведь эти болезни связаны с расстройствами хромосомного хозяйства клетки. Само собой разумеется, борьба с наследственными болезнями, общее оздоровление человеческого рода.

Сельское хозяйство. Выведение новых пород и сортов более эффективными методами, чем раньше. Может быть, и создание вообще новых видов, скорее всего среди низших организмов, дающих ценные питательные вещества.

Промышленность. Перестройка химической технологии. Ведь живая клетка строит сложнейшие вещества в основном из воды и воздуха при нормальной температуре и давлении. Насколько это выгоднее путей, используемых в настоящее время! Открытие совершенно новых производств, в первую очередь пищевых: синтез из неорганического сырья белков, жиров, Сахаров, витаминов, лекарственных веществ...

Довольно! И этого достаточно. Более подробное рассмотрение открывающихся возможностей пока что область не научно-популярной литературы, а научно-фантастической. Но это не беспочвенное фантазирование, а предвидимое будущее. Многое, конечно, зависит от того, как будут использованы великие генетические открытия. На их основе можно искать средства для борьбы с вирусами и создавать новые вирусы для бактериологической войны. Хочется верить в то, что к тому времени, когда человечеству придется собирать жатву с сегодняшних открытий, оно станет разумным.