Книга: Таинственный геном человека

2. ДНК оказывается кодом

2. ДНК оказывается кодом

По мнению лауреата Нобелевской премии Лайнуса Полинга, ученым повезло, ведь в их мире гораздо больше тайн и загадок, чем в мире людей, не интересующихся наукой. И действительно, в то время в лаборатории Эвери при Рокфеллеровском институте медицинских исследований царило ощущение восторга и предвкушения. В 1943 году Освальду Эвери исполнилось 65 лет. Ранее он планировал выйти на пенсию и переехать в Нэшвилл к семье своего брата Роя, но теперь вопрос об уходе из лаборатории даже не стоял. Необходимо было продолжить работу над трансформирующим началом. В частности, Эвери нужно было убедить коллег-микробиологов, а затем и все скептически настроенное биохимическое и генетическое сообщество в важности своего открытия.

Эвери по натуре был консерватором. За десятилетие с небольшим до этого он вместе с коллегой выдвинул предположение, что иммунологические различия между различными типами пневмококков определяются сложными молекулами сахаров (полисахаридами), а не белками. Эта теория в конечном итоге оказалась верной, но изначально вызвала резкую полемику, которая не могла не сказаться на нервном и чувствительном Эвери. В длинном и бессвязном письме брату Эвери несколько раз упоминает о том, как его беспокоит реакция общественности на открытие: «Опасно выходить на публику неподготовленным… Надувать мыльные пузыри очень весело, но лучше лопать их самому, прежде чем это попытается сделать кто-то еще».

Один из соперников поджидал Эвери совсем рядом. Альфред Э. Мирски, выдающийся биохимик и генетик, также работавший в Рокфеллеровском институте, отнесся к открытию Эвери с недоверием. К тому же Мирски считался специалистом по ДНК. Именно он открыл так называемый принцип константности ДНК, предполагающий, что количество ДНК в ядре каждой клетки остается неизменным. И вот теперь он сомневался в эффективности способа, который Маккарти применил для выделения ДНК. Приверженец «чистых» биохимических экспериментов, Мирски верил, что за наследственность отвечают белки ядра — так называемые нуклеопротеины. Даже в 1946 году он продолжал утверждать, что двух энзимов, использованных Маккарти в опыте, было недостаточно для удаления всех белков. Мирски обладал большим влиянием в генетических кругах, и его аргументы впечатлили даже величайшего генетика того времени Германа Дж. Мёллера, получившего в том же году Нобелевскую премию за сделанное двумя десятилетиями ранее открытие мутаций в генах плодовых мушек под воздействием рентгеновских лучей. Мёллер говорил: «Так называемая нуклеиновая кислота Эвери, скорее всего, представляет собой нуклеопротеин, просто слишком сильно связанный, чтобы его можно было обнаружить обычными методами».

В какой-то степени подобное расхождение во мнениях типично для любой науки, в которой две группы ученых с разными научными базами пытаются исследовать одно и то же явление. Если новое открытие противоречит общепринятой парадигме, аргументы неизбежно становятся все более желчными. Но громкие протесты Мирски сказались на нем особенно негативно. В 1947 году Мёллер в качестве научной работы опубликовал «Пилгримовскую лекцию». В ней он заявлял, что вопрос о том, что является ключом к наследственности — нуклеиновая кислота или белок, — «остается открытым». Как писал историк и философ науки Роберт Олби, «через популярную Пилгримовскую лекцию Мёллера этот [скептический] взгляд распространился среди широкой публики».

Эвери попытался ответить критикам новой серией экспериментов со строгой проверкой качества. Маккарти покинул лабораторию в 1946 году, оставив свой эксперимент в руках педантичного Роллина Хотчкисса. Последний провел несколько новых химических опытов с экстрактом, чтобы подтвердить, что тот состоит из ДНК, и опроверг возражения Мирски, очистив экстракт до такой степени, что содержание белка в нем не превышало 0,02 %. Кроме того, Хотчкисс доказал, что белок был деактивирован недавно открытым кристаллическим энзимом, характерным для ДНК, — дезоксирибонулеазой. Многие генетики по-прежнему были непреклонны, но некоторые начали обращать внимание на работу Эвери и его лаборатории.

Впоследствии из интервью с немецким биофизиком и будущим нобелевским лауреатом Максом Дельбрюком Хорас Фриленд Джадсон узнал, что некоторые выдающиеся исследователи понимали потенциальную важность открытий Эвери. «Разумеется, присутствовал и скептицизм, — вспоминает Дельбрюк. — Любой, кто узнавал об этом, сразу же замечал парадокс… ДНК считалась бессмысленным веществом… не имеющим конкретных свойств. Кто-то явно был не прав. Либо в ДНК был смысл, либо трансформация не зависела от ДНК». Эвери задал вопрос монументальной важности, и единственным способом разрешить эту дилемму было провести альтернативный эксперимент, чтобы понять, прав он или нет.

В 1951 году такой эксперимент провели два американских микробиолога — Алфред Херши и Марта Чейз, занимавшиеся изучением того, как вирусы используют бактерии в качестве «заводов» для сборки вирусов следующего поколения. Такие вирусы называются бактериофагами, или, для краткости, фагами (от греч. phago — есть, так как вирусы поглощают культуры бактерий-носителей). Наличие и количество вирусов можно измерить, посеяв бактерии-носители в размягченный под действием тепла агар, добавив вирусы в различные растворы, а затем распределив по планшету. Остывая, агар сформирует тонкий и ровный слой слизи, который наутро будет кишеть размножающимися бактериями. В местах, где среди бактерий оказался вирус, можно будет увидеть круглое прозрачное окно, образовавшееся в результате лизиса (разрушения) бактерий. Такие окна легко увидеть и подсчитать. Этой технологии я научился еще в студенчестве от своего профессора, а впоследствии, став врачом, использовал ее в экспериментах, направленных на изучение природы аутоиммунности. Она проста и поэтому используется тысячами ученых в самых разных опытах.

Херши и Чейз заинтересовало, что вирусы-фаги формируют ядро генетического материала, заключенное в белковую капсулу. По сути, каждый вирус представляет собой нечто вроде шприца. При инфицировании он впрыскивает в бактерию-носитель генетический материал, а пустая белковая оболочка остается прикрепленной к внешней стенке клетки. Введенный в клетку генетический материал вируса копируется в процессе размножения бактерии.

Херши и Чейз разработали уникальный эксперимент, призванный показать, какое вещество лежит в основе репродуктивной системы вирусов — белок или ДНК. Для начала они добавили радиоактивный фосфор и радиоактивную серу в среды, где выращивались две отдельные колонии бактерий. Через четыре часа после того, как радиоактивные элементы были поглощены бактериями, Херши и Чейз ввели вирусы-фаги.

Для того чтобы понять суть эксперимента, нужно знать, что ДНК имеет в своем составе фосфор, но не содержит серу, в то время как аминокислоты, составляющие белки, наоборот, являются серо-, а не фосфоросодержащими.

Введя фаги в обе культуры бактерий, Херши и Чейз получили два поколения вирусов. У одного в составе имелся радиоактивный фосфор, а у другого — радиоактивная сера. Заражая бактерии, вирусы оставляли пустые белковые оболочки прикрепленными к внешним стенкам бактериальных клеток, а содержимое оболочек, в составе которого имелась и ДНК, впрыскивали внутрь. Путем центрифугирования Херши и Чейз удалили пустые оболочки. Инфицированные бактерии развивались в соответствии со своим обычным репродуктивным циклом, внутри них генерировались новые фаги, которые затем прорывали оболочки тел бактерий и попадали в питательную среду. Удалив остатки бактерий-носителей, ученые сфокусировались на сформировавшихся вирусах.

Сравнив пустые белковые оболочки вирусов с живыми, полностью сформировавшимися фагами, полными генетического материала, исследователи обнаружили, что 90 % всей радиоактивной серы остались в оболочках после инфицирования бактерий, а 85 % фосфора вошли в состав ДНК, которая попала в бактериальные клетки и сыграла роль кода для создания следующего поколения вирусов. Это подтвердило открытие Эвери: кодом к наследственности является не белок, а ДНК.

Следует заметить, что отделение оболочки вируса от ее содержимого, включающего в себя ДНК, связано с гораздо более высоким риском белковых примесей, чем процедура экстракции, которую применял Эвери. Тем не менее этот эксперимент гораздо эффективнее убедил скептически настроенных генетиков, чем опыты Эвери. Возможно, все дело было в его яркой наглядности, а может, в новом необычном способе получения информации. Помогло и то, что эксперимент признали многие выдающиеся генетики.

Сегодня, оглядываясь назад, большинство ученых видят работу Эвери, Маклеода и Маккарти 1944 года как первое заявление о том, что ДНК является молекулой наследования. Его приводят в качестве одного из самых печальных примеров открытия, которое стоило Нобелевской премии, но не получило ее. Существуют многочисленные свидетельства, что старшие коллеги выдвигали Эвери в качестве кандидата, в частности, в его собственной дисциплине — микробиологии и иммунологии. Он был номинирован на Нобелевскую премию дважды: первый раз в конце 1930-х годов за работу над типами пневмококков и их связью с классификацией бактерий в целом, второй — после публикации его труда 1944 года за фундаментальный вклад в биологию. Но, судя по всему, Нобелевский комитет это не убедило. Сейчас это видится огромной ошибкой и заставляет многих людей с удивлением чесать в затылке.

Дюбо проработал 15 лет в соседнем с Эвери кабинете и имел множество возможностей узнать его самого, понять его подход к науке и увидеть его реакцию на стресс, связанный с продвижением новых научных концепций (разумеется, в той степени, в какой это позволял застенчивый профессор). В 1976 году Дюбо писал, что отсутствие признания, скорее всего, объяснялось волей случая в сочетании с характером Эвери. Он упоминал, что в то время Эвери никогда не закрывал двери своей лаборатории и небольшого кабинета, чтобы любой сотрудник мог свободно войти и поговорить с ним. Благодаря открытой двери Дюбо наблюдал действия Фесса на рабочем месте, слушал его беседы с коллегами и был свидетелем его размышлений.

Этот скромный, невысокий, худощавый холостяк неизменно приходил на работу аккуратно и сдержанно одетым. Консервативный костюм лишь подчеркивал очарование его живой и обходительной натуры. Круглая лысая голова казалась слишком большой для его хрупкого тела, глаза всегда сверкали и смотрели вопросительно. Он превращал любую, даже самую обычную, беседу в театральное выступление с выразительными жестами, мимикой, многозначительными комментариями и фейерверками острот. Эвери был несколько застенчив в общении (и часто молча наблюдал за беседой), но при этом в его манере чувствовалась какая-то трогательная уязвимость, что делало его еще более интересным собеседником.

Мне кажется, что творческое начало в науке, как и в литературе, живописи, музыке или театре, неразрывно связано с личностными качествами человека. Эстетичность Эвери, его отдаленность от городской суеты Нью-Йорка (даже несмотря на то, что он жил рядом с Рокфеллеровским институтом и ходил на работу пешком) казалась присущей скорее актеру, чем ученому. В целом поведение Эвери было довольно неоднозначным. Он страдал от перепадов настроения, особенно когда оставался один в лаборатории, и нередко чувствовал себя удрученным неудачами. Говорил (очевидно, имея в виду себя), что обида сильнее ранит обиженного, чем того, на кого он обижен. Он часто не отвечал на письма и отказывался от помощи секретаря. Эвери не просматривал и не поддерживал никаких научных работ, в создании которых он не принимал участия. Дюбо писал: «В его натуре сочетались доброта и жесткость в отношении тех задач, которые он ставил перед собой». В начале медицинской карьеры Эвери был успешен на преподавательском поприще, но позже возненавидел читать лекции по результатам собственных исследований. В этом он был похож на Чарльза Дарвина. Эвери старательно избегал любых обсуждений своего здоровья и даже малейшего вмешательства в частную жизнь, которую он посвятил своему младшему брату Рою и осиротевшей двоюродной сестре. Их он поддерживал всю свою жизнь. Он никогда не выражал недовольства критикой своих работ, даже если она была неоправданной. Помимо писем к брату он не оставил никаких записей о своих мыслях и переживаниях. Дюбо особенно запомнился один эпизод из общения с Эвери.

Однажды в начале 1934 года (в тот же год, когда у Эвери развился тиреотоксикоз) Дюбо сказал Эвери, что собирается жениться. Его избранницей была Мари Луиза Бонне, француженка, живущая в Париже. Эвери очень обрадовался этой новости. Разговор происходил в лаборатории на шестом этаже госпиталя Рокфеллеровского института. После беседы Эвери встал с кресла, подошел к окну и некоторое время смотрел в него, погруженный в свои мысли. Вернувшись на свое место, он заметил, что много лет назад планировал женитьбу, но обстоятельства сложились против него. Судя по всему, речь шла о медсестре, с которой Эвери познакомился, читая курс студентам в лаборатории Хоугленд. В то время ему было 32 года. На пару секунд глаза пожилого ученого наполнились тоской.

«Одна из величайших радостей в жизни, — сказал он Дюбо, — состоит в том, чтобы возвращаться домой к кому-то, кто рад видеть тебя больше, чем любого другого человека на земле».

Судьба оказалась жестокой к обоим ученым. Мари Луиза Бонне умерла от туберкулеза как раз в то время, пока Дюбо работал над созданием антибиотика, способного вылечить это заболевание. У пары не было детей, и смерть жены стала ужасным ударом для ученого. Он прекратил исследования антибиотиков, и их продолжением занялся его бывший учитель Зельман Ваксман из Ратгертского сельскохозяйственного колледжа (сегодня это Ратгертский университет). По итогам его работы был открыт ряд важных антибиотиков, включая стрептомицин. В результате Ваксман в 1952 году был удостоен Нобелевской премии по медицине и физиологии.

Большая часть наблюдений Дюбо свидетельствовала о крайней концентрации Эвери и искреннем стремлении к цели в науке и своей работе. Но его преданность исследованиям все чаще сопровождалась замкнутостью на грани затворничества.

Ученые, которые долго работают над сложной, но в итоге разрешимой задачей, обычно с удовольствием говорят о ней — если не с прессой и друзьями, то, по крайней мере, с коллегами. Они ездят на научные симпозиумы или принимают участие в конференциях, наслаждаются чувством товарищества, которое возникает между людьми, имеющими общие интересы. Как писал Фрэнк Порчугэл, «масштабные дискуссии с коллегами, как один на один, так и на встречах, — это неотъемлемая часть научного процесса. Это важный элемент формирования партнерских отношений, достижения и признания научного прогресса». Большинство ученых рады славе и почестям, которые (пускай и очень редко) приносит им их работа. Но Освальд Эвери был не таков.

В 1944 году Эвери присудили почетную степень Кембриджского университета — награду, которой гордилось бы большинство ученых. В следующем году он был удостоен медали Копли от Королевского научного общества Великобритании. Семья Эвери происходила из Англии — его предки эмигрировал в Канаду из Норвича в конце XIX века. Тем не менее он отказался ехать в Британию даже по таким торжественным поводам, ссылаясь на состояние здоровья, которое не позволяло ему летать никаким классом, кроме первого. По мнению Дюбо, это была лишь уловка. Вполне возможно, что Эвери чувствовал себя неуютно во время путешествий, страдал от клаустрофобии или боялся долгих перелетов. Вспоминая приступы мрачного настроения, во время которых Эвери часто бормотал себе под нос о губительном влиянии обиды, создается впечатление, что он просто был не в состоянии подавить в себе злость, вызванную давнишними жаркими спорами о его полисахаридном типировании пневмококков. Как бы там ни было, от обеих наград Эвери отказался.

Этот случай показывает, насколько сильным было предубеждение Эвери против подобного формального признания его трудов. Сэр Генри Дейл, президент Королевского научного общества в Англии, решил самостоятельно привезти медаль Копли в Рокфеллеровский институт и лично вручить ее скромному пожилому ученому. Вместе с ним отправился доктор Тодд, лично знакомый с Эвери. Многоуважаемые гости из Великобритании приехали в Рокфеллеровский институт в Нью-Йорке без предупреждения и направились прямо в отдел, которым руководил Эвери. Но когда через постоянно открытую дверь они увидели ученого за работой в своей лаборатории, они не решились нарушить его покой и ушли.

Доктор Тодд вспоминает, как сэр Генри Дейл при этом добавил: «Теперь я все понял».

Каким бы странным ни казалось подобное поведение, оно сочеталось с затворническим характером Эвери, человека, который избегал личных контактов, за исключением ближайших родственников и коллег по работе. Гении могут позволить себе странности. Но несмотря на это, именно Эвери, сын баптистского проповедника, открыл, что ДНК является молекулой наследования. И даже отбросив в сторону все личностные причины, нельзя не задаться вопросом: почему такое фундаментальное открытие не было удостоено Нобелевской премии.

В письмах к брату Эвери был крайне скромен в своих прогнозах. Мог ли мир не заметить открытия из-за сочетания внутреннего консерватизма ученого, излишней осторожности и принижении важности результатов его работы в публикации 1944 года? По словам Дюбо, из нее «не было понятно, что полученные результаты открывают дверь к новой эре биологии». Дюбо предполагает, что Нобелевский комитет, не привыкший к такой сдержанности и самокритике, «граничащей с неврозом», мог решить дождаться подтверждения открытия Эвери и более масштабных его последствий. Иными словами, Дюбо считал, что статья могла оказаться неудачной не с научной, а с публицистической точки зрения.

Отсутствие признания кажется еще более странным, учитывая, что работа 1944 года, пускай и не оцененная по достоинству в момент публикации, с течением времени приобретала все больший и больший вес. Статья Херши и Чейз была напечатана в 1952 году, а Крик и Уотсон обнародовали знаменитое открытие трехмерной структуры ДНК в 1953-м. На тот момент Эвери был жив, хотя уже ушел из науки. Он умер через два года, в 1955 году.

Недавно Нобелевский комитет открыл доступ к ранним документам, демонстрирующим ход его работы, и эти документы подтвердили большую часть выводов Дюбо. При выборе лауреата премии сотрудники комитета опирались на предложения лидирующих экспертов со всего мира. По словам Порчугэла, который провел анализ нобелевских архивов, «судя по всему, видные биохимики не были до конца убеждены, что ДНК действительно является основой наследственности». Ни один генетик не выдвинул Эвери на получение Нобелевской премии. Возможно, проблема заключалась в том, что открытие, сделанное на примере одного вида бактерий, было сложно экстраполировать более широко. Но даже те коллеги, которые номинировали Эвери на получение премии, выделяли не его работу с ДНК, а иммунологическое типирование капсул пневмококков. Порчугэл также предполагает, что специфическое поведение Эвери, включая его нежелание встречаться и обмениваться информацией с коллегами, в том числе с генетиками, могло повлиять на то, что научный мир не заметил его прорыва.

Вероятно, у читателя осталось чувство досады от того, что достижения Эвери не были признаны по достоинству. В момент публикации его инновационной работы ученому было 67 лет. Видный биохимик Эрвин Чаргафф говорил, что случаи, когда открытия совершаются старым человеком, крайне редки: «Это был тихий человек, и он дал бы миру больше, если бы мир больше ценил его».

Но существует и более ценное признание любого открытия, чем любая престижная награда. По словам Фриленда Джадсона, «Эвери открыл новое пространство в сознании биологов». Он имел в виду, что ученый познал важную истину, нашел неизвестные величины и задал новые важные вопросы. Эвери, в его бесконечной скромности, поднимал эти новые важные вопросы в письме к брату: