Чего не знал Дарвин!

С помощью ДНК-отпечатков стало возможно устанавливать родство людей, степень этого родства — чем оно дальше, тем большее несовпадение полосок будет наблюдаться, а также личность преступника. Но все это хорошо, когда в вашем распоряжении достаточное количество ДНК, а как быть, если ДНК очень мало? Над этой проблемой долгое время бился Кэри Муллис из калифорнийской биотехнологической фирмы «Сетус» в городке Эмеривилл.

Журнал «Тайм» назвал Муллиса в августе 1991 году последним лудильщиком, вкладывая в это слово тот смысл, что он «паяет» швы между самыми разными науками. Он консультирует биотехнологические фирмы и постоянно говорит о том, что одного вируса СПИДа явно было бы недостаточно, чтобы вызвать глобальную эпидемию этого заболевания. Свое необычное открытие Муллис сделал апрельской ночью в машине, когда они с женой ехали по горной дороге в секвойных лесах Северной Калифорнии.

Муллис поступил в «Сетус» — название фирмы переводится как «Кит» — в 1979 году. Его как химика взяли в исследовательский отдел для синтеза олигонуклеотидов, то есть коротких цепочек ДНК. Однако к 1983 году эту задачу взяли на себя автоматические синтезаторы электронной эры.

«У меня появилось время подумать», — говорит Муллис.

Он хотел найти метод — простой и надежный — идентификации буквы генетического кода, или нуклеотида в известном положении цепи ДНК. Задача сходна с той, которую мы каждый раз решаем, проверяя себя, какую букву писать, например, после «т» и после «л» в слове «интеллигенция».

Подобная проверка легко осуществима, поскольку у нас всегда под рукой словари и справочники по этимологии и орфографии слов. А как быть с ДНК, когда мы заведомо не знаем, какая буква генетического кода должна стоять на том или ином месте? Вот над этой-то проблемой и бился мозг Муллиса, когда он крутил руль своей машины.

В своих размышлениях Муллис отталкивался от двух известных открытий.

В 1955 году А. Корнберг из Станфордского университета неподалеку от Сан-Франциско выделил ДНК-полимеразу, которая начинает синтез ДНК, имея в своем распоряжении «затравку», которая по-английски называется праймер (праймерами в Англии и Америке называют также буквари и начальные строчки широко известных произведений, например «Я помню чудное мгновенье…»).

Второе открытие было связано с именем дважды Нобелевского лауреата англичанина Ф. Сэнджера, который первую награду получил за прочтение последовательности аминокислот в инсулине, а вторую — за создание метода расшифровки последовательности нуклеотидов ДНК. Как он это делал?

Он «подсовывал» ДНК-полимеразе измененный нуклеотид, который она не может «переварить», в результате чего синтез ДНК останавливался. Зная, какой нуклеотид он дал ферменту, Сэнджер таким образом узнавал противоположный комплементарный. Например, если он давал измененный А, то напротив, в другой цепи ДНК, которая служила матрицей для синтеза, стоял тимин «т», если «ц» — то Г и т. д.

Разработка не из легких, но именно так были прочитаны первые гены, а с этого и началась биотехнология наших дней.

Потом это все автоматизировали, и сегодня электронные автоматы сами читают по 10 тысяч букв в сутки. Кстати, измененными нуклеотидами теперь довольно успешно сдерживают развитие СПИДа у инфицированных людей.

И вот со всем этим багажом в голове Муллис едет в свой загородный дом в округе Мендосино, что на берегу Тихого океана. «Руки заняты, а голова свободна», — вспоминал он потом.

Тем не менее и голова его была занята напряженнейшей работой. Вблизи Кловердейла ему в голову пришла мысль, от которой он чуть не свалился с машиной в пропасть: а что если останавливать процесс нагреванием!

Ведь матрица и вновь синтезированная цепь разойдутся, полимеризация при этом прекратится, но после остывания процесс начнется вновь. Таким образом, после второго цикла у него будет уже 4 цепи, после третьего 8, после десятого чуть больше 1000 копий, а двадцати циклов хватит, чтобы получить миллион! Это ведь самая настоящая цепная реакция, проводимая с помощью ДНК-полимеразы. Так родилась полимеразная цепная реакция (ПЦР).

Утром, когда он проснулся уже у себя в загородном доме, ему пришла трезвая мысль: а почему же никому это раньше не приходило в голову? Он не мог дождаться понедельника. Придя в «Скетус», Муллис тут же бросился в библиотеку, потребовав всю наличную литературу по ДНК-полимеразе. Нигде и намека не было на ПЦР! Он был первым, оставалось только осуществить идею в пробирке, что он довольно быстро и сделал. Оказалось, что для начала ПЦР вполне достаточно праймеров из 11 или 13 нуклеотидов.

Сегодня на счету ПЦР уже много самых разных достижений.