Невидимый современник

Примерно тогда же был изучен механизм заражения бактерий фагами (бактериальными вирусами). Фаг устроен очень просто: он состоит из белка и нуклеиновой кислоты. Оказалось, что при заражении внутрь бактериальной клетки проникает только нуклеиновая кислота. Белок остается снаружи. И тем не менее через некоторое время внутри бактерии появляются новые фаги, в состав которых входит и специфический фаговый белок.

Еще более ясные результаты получились с чистой нуклеиновой кислотой, выделенной из вируса мозаичной болезни табака. Втерли это вещество в листья здоровых растений, и они заболели. Внутри их клеток появились болезнетворные вирусы…

Примеров достаточно, чтобы задуматься. Но как же быть с тем, что нуклеиновые кислоты так просто устроены? Однако и на химию нуклеиновых кислот к тому времени стали смотреть несколько иначе, чем раньше. Раньше считали, что существует лишь две разновидности нуклеиновой кислоты: дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК), находящаяся в хромосомах, и рибонуклеиновая кислота (РНК), находящаяся преимущественно в рибосомах — мельчайших цитоплазматических гранулах, в которых идет синтез белка. Но это мнение пришлось изменить. Московский биохимик, ныне академик, Андрей Николаевич Белозерский доказал, что нуклеиновые кислоты обладают видовой специфичностью: у всех живых существ нуклеиновые кислоты различны. К тому же выводу пришел и американец Эрвин Чаргаф.

Кроме того, стало известно, что неповрежденные нуклеиновые кислоты достигают огромных размеров и строение их таково, что они могут обеспечить не меньшее разнообразие, чем белки.

Словом, к началу 50-х годов и биологические и химические данные о нуклеиновых кислотах были таковы, что оставалось ждать решающего открытия.

Магическая спираль

Решающее открытие произошло в 1953 году. Сделали его двое ученых — англичанин Френсис Крик и американец Джемс Уотсон, работавшие тогда вместе. Открытие касалось строения молекул дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК), той самой, что является составной частью хромосом.

Анализируя данные рентгеноструктурного анализа, Крик и Уотсон пришли к выводу, что молекула ДНК состоит из двух параллельных нитей, завитых в спираль. Самым замечательным было то, что порядок нуклеотидов («кирпичиков», из которых сложены гигантские молекулы нуклеиновых кислот) в одной нити полностью определяет их порядок в другой. Поэтому, если нити разойдутся, то к каждой из них могут пристроиться только такие же нуклеотиды, какие составляли отошедшую нить. Получатся две одинаковые молекулы, в точности подобные исходной.

Да ведь это размножающиеся молекулы, которые, согласно Кольцову, должны лежать в основе жизненных явлений! Правда, оказалось, что этим свойством обладают не белки, как можно было думать в середине 20-х годов. Но как же с белками? Ведь они лежат в основе жизненных явлений.

Через несколько месяцев в том же самом английском журнале «Природа», где была напечатана статья Крика и Уотсона, появилась заметка русского физика, живущего в США, Георгия Антоновича Гамова. Анализируя модель ДНК, предложенную Криком и Уотсоном, он делал вывод, что эта молекула может не только размножаться, но и определять строение белков.

Итак, появились две работы, как будто намечавшие путь, на котором можно найти решение величайшей загадки жизни. Хотя обе статьи были очень небольшими (каждая из них занимала меньше страницы), они сразу стали в центре внимания ученых.

И способность молекул ДНК к размножению и способность их определять строение белков были в 1953 году всего лишь гипотезами. Основанием для такого предположения послужили данные о довольно своеобразном строении молекулы ДНК и общие соображения о ее генетической роли. Поэтому первая задача состояла в том, чтобы проверить смелые гипотезы Крика и Гамова. Но вскоре обе гипотезы подтвердили экспериментально.

Тогда возникли вопросы: а как именно нуклеиновые кислоты определяют специфичность белков? Какую роль в белковом синтезе играют нуклеиновые кислоты? Ждать пришлось недолго. Сейчас на оба эти вопроса есть достаточно ясные и подробные ответы.

Настоящий штурм гена начался в 1961 году. В Москве собрался V Международный биохимический конгресс. На одном из заседаний молодой и тогда мало кому известный американский биохимик Маршалл Ниренберг сообщил, что ему удалось осуществить синтез белка в пробирке, вне живой клетки.

Чтобы получить белок, Ниренбергу пришлось взять смесь аминокислот — строительных «кирпичей», из которых состоят белки, кое-какие биологически активные вещества и… нуклеиновую кислоту.

Нуклеиновая кислота была трех сортов: рибосомная, та РНК, что содержится в частицах, где происходит сборка белковой молекулы; транспортная РНК, молекулы которой присоединяются к «кирпичам» и тащат их туда, куда нужно; и, наконец, информационная РНК, определяющая порядок, в каком нужно складывать «кирпичи». Все три типа РНК образуются в хромосомах под влиянием находящейся там ДНК. Собственно говоря, они представляют собой слегка измененные копии отдельных участков хромосомной ДНК.