Взломавшая код. Дженнифер Даудна, редактирование генома и будущее человечества - Уолтер Айзексон

Не сдав экзамены в последний раз и не имея лучшего занятия, Мендель удалился в монастырский сад, где принялся с настоящей одержимостью проводить селекцию гороха. Ранее он главным образом создавал чистопородные сорта. Его растения обладали семью признаками с двумя вариациями: желтые или зеленые семена, белые или фиолетовые цветки, гладкие или морщинистые семена и так далее. Путем тщательной селекции он получал чистопородные растения, у которых, например, были только фиолетовые цветки или только морщинистые семена.

В следующем году он приступил к новым опытам и начал скрещивать растения с разными признаками, например растения с белыми цветками и растения с фиолетовыми цветками. Это была тяжелейшая задача: Менделю приходилось щипцами удалять все тычинки растения и крошечной кисточкой переносить пыльцу.

Его опыты принесли судьбоносные результаты, учитывая, что тогда писал Дарвин. Признаки не сливались. Высокие растения при скрещивании с низкими не давали потомство средней высоты, а при скрещивании растений с фиолетовыми цветками с растениями с белыми цветками не получались растения с бледно-лиловыми цветками. Все потомство высоких и низких растений было высоким, а потомство растений с фиолетовыми и белыми цветками давало только фиолетовые цветки. Мендель назвал преобладающие признаки доминантными, а признаки, которые не получали приоритета, – рецессивными.

Еще более значимое открытие произошло следующим летом, когда он получил потомство от своих гибридов. Хотя в первом поколении гибриды проявляли только доминантные признаки (такие как фиолетовые цветы и высокие стебли), рецессивный признак возвращался в следующем поколении. В записях Менделя наблюдалась закономерность: во втором поколении доминантный признак проявлялся в трех из четырех случаев, а рецессивный – в одном. Когда растение наследовало два доминантных варианта гена или доминантный и рецессивный варианты, проявлялся доминантный признак. Но если оно получало два рецессивных варианта гена, то проявлялся менее распространенный признак.

Развитию науки способствует публичность. Но смиренный монах Мендель, казалось, с самого рождения был невидимкой. В 1865 году он представил свою статью, разбитую на две части для двух ежемесячных заседаний, сорока фермерам и селекционерам из Общества естествоиспытателей в Брно, которое впоследствии опубликовало ее в своем ежегоднике. На нее почти не ссылались до 1900 года, когда ее снова обнаружили ученые, проводившие подобные эксперименты[15].

Открытия Менделя и его последователей привели к появлению концепции наследственной единицы, которую датский ботаник Вильгельм Йоханссен в 1905 году назвал “геном”. Очевидно, существовала некая молекула, в которой содержалась зашифрованная наследственная информация. Многие десятилетия ученые тщательнейшим образом изучали живые клетки, пытаясь определить, что это за молекула.

Уотсон и Крик с моделью ДНК, 1953 год

Глава 3. ДНК

Сначала ученые полагали, что носителями генов выступают белки. В конце концов, белки выполняют большинство важных задач в организмах. Но позже ученые установили, что рабочими лошадками наследственности выступают другие распространенные в живых клетках вещества – нуклеиновые кислоты. Эти молекулы состоят из сахара, фосфатов и четырех веществ, называемых основаниями, которые связаны в цепи. Они бывают двух типов: рибонуклеиновая кислота (РНК) и похожая молекула, в которой недостает одного атома кислорода, в связи с чем она называется дезоксирибонуклеиновой кислотой (ДНК). С точки зрения эволюции как простейший коронавирус, так и сложнейший человек, по сути, представляют собой упакованные белками модули, содержащие генетический материал, закодированный в нуклеиновых кислотах, и стремящиеся к его воспроизводству.

Первое открытие, позволившее разглядеть в ДНК репозиторий генетической информации, было сделано в 1944 году биохимиком Освальдом Эвери и его коллегами из Рокфеллеровского университета в Нью-Йорке. Они выделили ДНК из штамма бактерии, смешали ее с другим штаммом и продемонстрировали, что ДНК выступает носителем наследуемых изменений.

Чтобы сделать следующий шаг к решению загадки жизни, необходимо было понять, каким образом ДНК переносит информацию. Для этого пришлось найти признак, фундаментальный для всех тайн природы. Изучив структуру ДНК – то, как атомы связываются друг с другом и молекула какой формы получается в результате, – можно было понять, как она работает. Решение этой задачи потребовало объединения трех научных дисциплин, появившихся в XX веке: генетики, биохимии и структурной биологии.

Джеймс Уотсон

Джеймс Уотсон, выросший в Чикаго, в семье представителей среднего класса, без труда учился в государственной школе и отличался дьявольским умом и хитростью. Этим объяснялась его интеллектуальная дерзость, которая впоследствии служила ему добрую службу в научной работе, но затрудняла для него общественную деятельность. Всю жизнь он скороговоркой выдавал обрывки фраз, демонстрируя свою нетерпеливость и неспособность фильтровать импульсивные суждения. Позже он сказал, что родители преподали ему важнейший урок: “Лицемерие в стремлении к общественному одобрению подрывает уважение к себе”. Он прекрасно это усвоил. С детства и до глубокой старости он всегда оставался категоричен, даже когда был неправ, и из-за этого его поведение порой казалось обществу неприемлемым, но зато у него не возникало проблем с уважением к себе[16].

В детстве он обожал наблюдать за птицами и, выиграв три военных облигации на радиопередаче Quiz Kids, он купил на них бинокль фирмы Bausch & Lomb. Он поднимался до рассвета, чтобы отправиться с отцом в Джексон-парк, где два часа искал редких пеночек, а затем на трамвае уезжал в Лабораторную школу при Чикагском университете, где училось множество одаренных детей.

В пятнадцать лет он поступил в Чикагский университет, где планировал поставить на свою любовь к птицам, избежав нелюбимой им химии, и стать орнитологом. Однако на последнем году обучения он прочитал книгу “Что такое жизнь?”, в которой специалист по квантовой физике Эрвин Шредингер обращался к биологии, утверждая, что открытие молекулярной структуры гена покажет, как именно он передает наследственную информацию из поколения в поколение. На следующее утро Уотсон взял книгу в библиотеке и с тех пор был одержим стремлением постичь ген.

Его оценки оставляли желать лучшего, поэтому его не приняли в аспирантуру Калтеха, а Гарвард не дал ему стипендию[17]. Он поступил в Индианский университет, руководство которого – отчасти благодаря привлечению евреев, с трудом получавших постоянные должности на Восточном побережье, – сформировало одну из лучших в стране кафедр генетики, где работали будущий нобелевский лауреат Герман Мёллер и итальянский эмигрант Сальвадор Лурия.

Под руководством Лурии в аспирантуре Уотсон изучал вирусы. Сами по себе эти крошечные носители генетического материала, по сути, безжизненны, но, вторгаясь в живую клетку, они захватывают ее механизм и начинают размножаться. Проще всего изучать вирусы, которые атакуют бактерии. Такие вирусы называются “фагами” или “бактериофагами”, то есть пожирателями бактерий (запомните этот термин, поскольку он встретится нам снова, когда речь