Узнай о своих генах. Азбука для небиологов - Эррол К. Фридберг

Марта Чейз родилась в 1927 году в Кливленде, штат Огайо. В 1950 году она получила степень бакалавра Вустерского колледжа – частного колледжа свободных наук в Вустере, штат Огайо, известного своим уклоном в студенческие исследования. Потом Чейз работала с Херши в качестве научного сотрудника в лаборатории Колд-Спринг-Харбор – престижном научно-исследовательском заведении в окрестностях Нью-Йорка. Хотя в 1964 году Чейз получила степень доктора философии в Университете Южной Калифорнии, в 60-е годы из-за целого ряда личных неурядиц научная карьера Марты Чейз оборвалась. Не одно десятилетие она страдала формой деменции, в результате которой потеряла кратковременную память, и в 2003 году умерла в возрасте 75 лет.

Рис. 3.3. Алфред Херши

Рис. 3.4. Марта Чейз

«Ее имя будут всегда связывать с тем экспериментом, поэтому она своего рода памятник», – сказал Вацлав Шибальский – ее давний коллега и друг, который познакомился с Мартой Чейз, когда в 1951 году приступил к работе в лаборатории Колд-Спринг-Харбор. Шибальский присутствовал на первой презентации эксперимента Херши – Чейз для сотрудников лаборатории и был под таким впечатлением, что в тот же вечер пригласил Чейз на ужин и на танцы. «У меня сложилось впечатление, что она не понимала, какую важную работу проделала. Однако думаю, что в тот вечер я сумел ее в этом убедить», – говорил Шибальский. «Раньше она считала себя всего лишь техническим сотрудником с маленькой зарплатой. На самом же деле ее вклад в экспериментальную часть работы неоценим».

В 1952 году Херши и Чейз провели блестящий эксперимент для поддержки точки зрения Освальда Эвери, что гены состоят не из белка, а из ДНК. Не огорчайтесь, если от вас ускользает логика этого эксперимента. Это один из многих экспериментов, описанных в настоящей книге, которые включены главным образом для демонстрации того, как исследователи в области геномики искали экспериментальное доказательство своим идеям и гипотезам, которые будоражили лучшие лучшие научные умы того времени.

* * *

В 1952 году уже было известно, что в ДНК, в частности в ДНК бактериофагов, присутствует такое вещество, как фосфор, но он не был найден в их белковой оболочке. Херши и Чейз узнали, что в белковой оболочке фагов содержится другое вещество, сера, а в ДНК, напротив, ее нет. Обладая этой информацией, Херши и Чейз пометили ДНК фагов радиоактивным фосфором и независимо пометили белковое покрытие другой группы фагов радиоактивной серой. Две партии меченых фагов смешали, затем дали им возможность инфицировать бактерии.

При инфицировании бактерий фаги теряют свою белковую оболочку и синтезируются новые копии ДНК, несущие гены, которые кодируют белки фагов. Таким образом, генерируются новые фаги. В конечном итоге фаги взрывают своих бактериальных хозяев и отправляются на поиски новых бактерий – жертв инфицирования. Херши и Чейз заметили, что фаги – потомки помеченных фосфором в своей ДНК по-прежнему содержали этот радиоактивный материал. Однако потомки фагов, оболочки которых были помечены серой, не были радиоактивными. Короче говоря, Херши и Чейз таким образом установили, что именно гены в ДНК фагов, а не белки фагов, важны для получения новых фагов. Со временем благодаря этим и последующим экспериментам, проведенным другими учеными, не осталось никаких сомнений в том, что гены состоят из ДНК. В 1969 году Алберт Херши получил Нобелевскую премию. Логично предположить, что многие женщины-биологи до сих пор недоумевают, почему же Марта Чейз не удостоилась такой же награды!

Глава 4

Структура ДНК

Чтобы понять гены и их роль в синтезе белков, важно понять структуру ДНК, которую в 1953 году описали американский ученый Джеймс Уотсон (в научном сообществе его знают под именем Джим) и его английский коллега Фрэнсис Крик. Думаю, вам известны эти легендарные имена лауреатов Нобелевской премии 1962 года. Описание структуры ДНК Уотсоном и Криком многие считают самым выдающимся и значимым открытием в области биологии.

Джим Уотсон родился в 1928 году в Чикаго в штате Иллинойс и в 1947 году получил степень бакалавра в области зоологии. Подростком он любил наблюдать за птицами и мог стать орнитологом, но в конечном итоге решил, что хочет изучать генетику. Уотсон получил стипендию для обучения в аспирантуре Университета Индианы, где ему довелось познакомиться с видными экспертами по геномике и молекулярной биологии того времени, работы которых произвели на него неизгладимое впечатление.

Получив по окончании аспирантуры в Копенгагене в 1950 году степень доктора философии, Уотсон решил посвятить год исследованиям биологии бактериофагов – крошечных вирусов, заражающих бактерии, уже упомянутых ранее. За эту работу он получил после аспирантуры финансовую поддержку для практики на год от одного американского агентства. В течение этого года Уотсон побывал на научной конференции в Неаполе в Италии. Во время одной из научных презентаций на этой конференции английский ученый Морис Уилкинс представил рентгеновский снимок модели ДНК, полученный с помощью техники рентгеновской кристаллографии, хорошо известной физхимикам для определения трехмерной структуры биологических соединений. Фотография Уилкинса потрясла Уотсона. «Меня не волновало то, что я не в состоянии ее интерпретировать, – писал он позже. – Куда приятнее представить себя известным, чем превратиться в сухаря от науки, который за всю жизнь не позволил себе смелой мысли». Понимая, что определение структуры ДНК может выявить ключевую информацию о генах, Уотсон принял решение переключиться на новую научную тему, оставив работу, которой занимался в Копенгагене.

Рис. 4.1. Фрэнсис Крик

Рис. 4.2. Джеймс Уотсон

Как правило, агентства-спонсоры не одобряют ученых, которые подобным образом резко меняют направление работы по утвержденной программе и выражают желание уйти в другую лабораторию. Однако Уотсон проявил завидное упорство и получил поддержку от своих кураторов в Америке и Копенгагене, в результате чего агентство-спонсор разрешило ему выбрать новую тему исследования. Уотсон переместился в британскую лабораторию в Кавендише, где ему предстояло постичь азы рентгеноструктурного анализа и заняться изучением структуры ДНК. В Кавендише 23-летний Уотсон познакомился с Фрэнсисом Криком, 35-летним блестящим физиком-теоретиком и знатоком рентгеновской кристаллографии. После нескольких неудачных попыток в 1953 году Уотсон и Крик сумели получить модель структуры ДНК, которая оказалась верной и в высшей степени информативной для понимания ее биологических свойств.

* * *

В 1968 году Уотсон опубликовал впечатляющий отчет об этом революционном открытии в биологии в своей книге «Двойная спираль» (“The Double Helix – A Personal Account of the Discovery of the Structure