Книга: Таинственный геном человека

4. Парочка неудачников

4. Парочка неудачников

Есть некоторая ирония в том, что Морис Уилкинс оказался в Неаполе совершенно случайно. Он заменял Рэндалла, который согласился прочесть лекцию, но затем не смог на нее приехать. Если бы выступление Рэндалла состоялось, он вряд ли включил бы в него слайд с изображением ДНК или описал бы его со ссылками на книгу Шрёдингера. Лекция, которая так потрясла Уотсона, была посвящена физико-химической структуре крупных биологических молекул, в основном белков, состоящих из тысяч атомов. Главное фото в презентации было сделано Уилкинсом совместно с магистрантом Реймондом Гослингом по технологии, называемой рентгенодифракцией. Эта методика особенно хорошо подходит для поиска повторяющихся молекулярных паттернов, которые характерны для кристаллов, поэтому иногда ее еще называют рентгеновской кристаллографией.

Уотсон вспоминает: «Внезапно химия показалась мне очень интересной». До этого момента Уотсон понятия не имел, что гены могут кристаллизоваться. Для кристаллизации вещество должно иметь упорядоченную атомную структуру, похожую на решетку. Молодой ученый, казалось, свободно перескакивал от одной интересной темы к другой. Он был импульсивен, нетерпелив, в высшей степени прямолинеен, но постоянно двигался навстречу новым приключениям.

«Я тут же начал раздумывать над тем, как присоединиться к команде Уилкинса, работающей с ДНК». Выполнить эту задачу Уотсону не удалось, однако волей случая его пути пересеклись с еще одним кристаллографом — Максом Перуцем, работавшем в Кавендишской лаборатории Кембриджского университета.

Кавендишская лаборатория — это всемирно известный физический факультет, основанный в XIX веке и названный в честь британского физика и химика Генри Кавендиша. Одним из создателей и первых профессоров факультета был Джеймс Клерк Максвелл, разработавший теорию электромагнетизма. Пятым по счету кавендишским профессором и директором лаборатории на момент прибытия в нее Уотсона был лауреат Нобелевской премии Уильям Лоуренс Брэгг, сменивший на директорском посту лорда Эрнеста Резерфорда, еще одного нобелиата и первого физика, которому удалось расщепить атом. Брэгг, австралиец по происхождению, в 1915 году получил вместе со своим отцом премию по физике за использование рентгеновских лучей в анализе физико-химической структуры кристаллов. Проходя через упорядоченную атомную решетку кристалла, рентгеновские лучи изгибаются. На фотографическую пластину проектируются не изображения самих атомов, а траектории лучей, отразившихся от них. Точно такое же явление, называемое дифракцией, возникает при прохождении света сквозь воду. Проходя через структуру со случайным расположением атомов, рентгеновские лучи рассеиваются хаотично, не формируя паттерн. Но в структуре, атомы которой расположены упорядоченно и создают решетку (например, в кристалле), рентгеновские лучи отражаются предсказуемым образом и попадают на фотографическую пластину. На основании полученной дифракционной картины можно узнать атомную структуру исследуемого объекта.

Отец и сын Брэгги, работавшие вместе в Университете Лидса, построили первый рентгеноспектромер, позволивший ученым заняться атомной структурой кристаллов. В 22 года Брэгг-младший, стипендиат Колледжа Тринити в Кембридже, разработал математическую систему, названную законом Брэгга, которая позволила исследователям рассчитывать положение атомов в кристалле, используя дифракционную картину. На момент появления в лаборатории Уотсона Брэгг переключился на изучение структуры белков. Именно потенциальные возможности, которые открывала рентгенография белков, и привлекли в Кавендишскую лабораторию Макса Перуца.

Перуц родился в Вене в еврейской семье. Он был вынужден покинуть родину, осел в Англии и занялся исследованиями в Кавендишской лаборатории. Перуц под руководством Брэгга написал докторскую работу и посвятил большую часть профессиональной карьеры анализу макромолекулы гемоглобина — сложного железосодержащего белка, который придает красный цвет эритроцитам. Гемоглобин связывется с кислородом, обеспечивая его перенос к тканям. Еще одним сотрудником Кавендишской лаборатории был необычный молодой ученый Фрэнсис Крик. Этот англичанин в 21 год получил степень бакалавра физики в Университетском колледже Лондона. Война и искренняя ненависть к предмету своих докторских исследований (предполагалось, что он должен изучать вязкость воды при высоких температурах) заставили его искать новый источник вдохновения и, как и в случае Уотсона, им стала книга Шрёдингера. Как отмечал сам Крик, «в ней говорилось, что биологические проблемы можно рассматривать с точки зрения физики».

Но как именно? На тот момент Крик еще не был нстолько убежден в правоте открытий Эвери, как Уотсон. Вслед за Шрёдингером он скорее склонялся к белковой гипотезе. Но его, как и Уотсона, поразила предложенная Шрёдингером концепция «кодовой записи». Как же он мог развить идею апериодического кристалла?

Простые кристаллы, например хлорид натрия (каменная соль), не могли бы стать хранилищем для того огромного объема памяти, который занимает генетическая информация, так как их ионы организованы в форме повторяющегося, или регулярного, паттерна. Шрёдингер предполагал, что «чертеж жизни» должен представлять собой вещество, обладающее правильностью кристалла, но при этом имеющее длинную нерегулярную цепочку компонентов. Такая химическая структура позволила бы ему хранить информацию в форме генетического кода. Очевидными кандидатами на роль апериодического кристалла были белки, информация в которых могла бы кодироваться разнообразными последовательностями аминокислот. Но теперь, когда открытие Эвери было подтверждено Херши и Чейз, в качестве молекулярной основы гена была утверждена ДНК. Внезапно перед учеными открылись новые перспективы понимания основ биологии и медицины.

Неопытному Крику удалось пробиться в Кавендишскую лабораторию благодаря удаче и интуиции Перуца. По воспоминаниям последнего, Крик появился в лаборатории в 1949 году и на тот момент не имел совершенно никакой научной репутации: «Он просто пришел к нам, мы поговорили, и нам с Джоном Кендрю он понравился». Итак, просто благодаря своей располагающей манере общения и странному процессу отбора Крик начал работать в Кембридже под руководством Брэгга, Перуца и Кендрю над физическими аспектами биологии (тем, что сегодня мы называем молекулярной биологией).

В 1934 году Джон Десмонд Бернал, ирландец еврейского происхождения и студент Брэгга-старшего, впервые доказал, что даже сложные органические молекулы вроде белков можно исследовать рентгенодифракционным методом. Бернал окончил Кембридж со степенями в математике и естественных науках, был назначен ассистентом Брэгга в Кавендишскую лабораторию в 1927 году, а в 1934 году стал заместителем директора. Вместе с Дороти Ходжкин он одним из первых использовал кристаллографию для изучения органических веществ (веществ, входящих в состав биологических структур), включая воду, витамин В₁, вирус табачной мозаики и пищеварительный энзим пепсин. Это был первый белок, исследованный в Кавендишской лаборатории подобным образом. Когда Макс Перуц приехал из Вены в 1936 году, он применил методы Бернала для изучения гемоглобина.

К тому моменту как в лаборатории появился Крик, сэра Уильяма Брэгга уже сменил сэр Лоуренс Брэгг, а Джон Кендрю и Макс Перуц развили достижения Бернала в своей «ужасающей» работе о цепной структуре белков. Пришло время узнать нечто необычное о Фрэнсисе Крике, что Перуц заметил во время их первой встречи. Крик обладал огромным любопытством, с жадностью поглощал научные знания, очень много читал, а его ум мог вместить огромное количество фактов из самых разных дисциплин. Прибыв в Кавендишскую лабораторию, он первым делом ознакомился с трудами своих руководителей. Несмотря на молодость, Крик проанализировал их работы внимательно и критично, начиная с базовых принципов. В конце первого года работы на факультете Крик представил свою критику на семинаре, в качестве названия для которого он выбрал строчку из Китса «Страх погони». Он начал семинар с 20-минутного обзора недостатков, которые обнаружил в методах работы факультета, а затем перешел к «безнадежному несовершенству» всего исследования структуры молекулы гемоглобина. Как мы помним, изучение гемоглобина с помощью рентгеновских лучей было главной целью работы Перуца. Брэгг пришел в ярость от наглости молодого коллеги, но Перуц впоследствии признал правоту Крика и подтвердил, что белки действительно имеют гораздо более сложное строение, чем предполагалось изначально. Неугомонный и чрезвычайно любознательный Крик оказался не самым приятным, а порой и прямо-таки неудобным приобретением для лаборатории. Но пока Брэгг и Перуц бились над загадкой структуры белка, Крика гораздо больше интересовали тайны генов.

По словам Крика, на рубеже 1949–1950 годов он еще не осознавал, что генетическим материалом является ДНК. Он знал, что, согласно исследованиям Барбары Макклинток и других ученых, гены располагались вдоль хромосом в виде линейных цепочек, и белки, которые должны были представлять собой результаты экспрессии генов, также имели подобное расположение, несмотря на их длину и сложность. Следовательно, должен был существовать какой-то логический механизм превращения одного в другое. К 1951 году, после двух лет работы в Кавендишской лаборатории, Крик осознал, что ищет ответ на две разные загадки, не обязательно связанные между собой: как именно гены воспроизводят сами себя и как линейные структуры генов выражаются в линейных структурах белков.

Начитанному и жадному до знаний Крику требовалось то, что Джадсон назвал катализатором. В 1951 году такой катализатор появился в форме неловкого, но такого же любопытного Уотсона. С первой их встречи стало очевидно, что между двумя учеными возникло редкое рабочее единение, союз двух чудаков, оказавшийся гораздо более продуктивным, чем сумма их индивидуальных усилий. Тем не менее это партнерство чудом избежало провала.

Как вы помните, Уотсон был самым юным из своих коллег. Он лишь недавно получил докторскую степень и приехал в лабораторию Калькара на средства стипендии Мерка, учрежденной Национальным научно-исследовательским советом США. Все условия его работы в Европе были тщательно прописаны в Штатах, но прямо сейчас он собирался нарушить все обязательства, отказаться от работы в Дании и следовать за своими эфемерными мечтами в Англию, где он никогда не был и не имел ни единого знакомого. Импульсивный и упрямый Уотсон впоследствии признавался, что его мысли были заняты только вопросами о единственной фотографии ДНК. Он попытался поговорить с Уилкинсом в Неаполе после лекции, на автобусной остановке по дороге на экскурсию в Пестум. Он даже хотел попробовать воспользоваться приездом своей сестры Элизабет, которая прибыла из Штатов, чтобы посмотреть Италию. Морис Уилкинс и Элизабет оказались за обедом за одним столом, и Уотсон, расценив это как шанс, подсел к ним, чтобы познакомиться с Уилкинсом. Однако тот тут же ушел, так как природная скромность не позволяла ему мешать общению брата и сестры.

Несмотря на крушение планов, Уотсон не собирался отказываться от своего нового интереса: «Через некоторое время я забыл Мориса, но не его фотографию ДНК».

Уотсон на несколько дней остановился в Женеве, чтобы пообщаться со швейцарским исследователем фагов Жаном Вейгле. Разговор еще больше распалил его интерес, когда Вейгли сообщил Уотсону, что известный американский химик Лайнус Полинг частично разгадал загадку белковой структуры. Вейгле присутствовал на лекции Полинга, который, как и Брэгг в Кембридже, работал над рентгеновским анализом молекул белка. Совсем недавно Полинг объявил о том, что белки имеют уникальную и прекрасную трехмерную форму, которую он назвал альфа-спиралью. К моменту возвращения Уотсона в Копенгаген уже вышла публикация Полинга об этом открытии. Уотсон прочитал статью несколько раз. Он очень мало знал о рентгеновской кристаллографии, и это мешало ему понять публикацию полностью. Химическая и физическая терминология, которую использовал Полинг, была так далека от него, что он понимал суть написанного лишь в общих чертах. Реакция Уотсона на статью Полинга была такой по-детски наивной, что сегодня это кажется трогательным: он начал представлять первые строки своей собственной работы, в которой он когда-нибудь напишет об открытии структуры ДНК или об ином столь же значимом научном озарении.

Но что нужно сделать, чтобы эта мечта стала реальностью? Для начала Уотсону следовало узнать побольше о рентгенодифракции. Этим нельзя было заняться в Калтехе, ведь Полинга вряд ли заинтересовал был биолог без капли математических знаний. Лондон тоже исключался из-за равнодушия Уилкинса. Уотсон задумался о Кембридже, где, насколько ему было известно, человек по имени Макс Перуц проводил кристаллографические исследования белка крови гемоглобина.

«Тогда я написал Лурии о своем новом увлечении…»

В 1951 году научный мир был меньше, чем сегодня, но даже тогда мысль о том, что молодой импульсивный ученый может по просьбе своего наставника оказаться в лучшей лаборатории Англии и начать работу над исследованиями в области, о которой он не имеет ни малейшего представления, казалась слишком оптимистичной.

Поразительно, но Лурии это удалось. Он совершенно случайно встретился с коллегой Перуца Джоном Кендрю на небольшой конференции в Энн-Арборе в штате Мичиган. Оба ученых тут же почувствовали, как между ними зарождается дружба и профессиональное единение. Еще одно совпадением состояло в том, что Кендрю искал лаборанта для изучения структуры миоглобина — мышечного белка, содержащего железо и способного, как и гемоглобин, переносить кислород.

Уже дважды за свою короткую карьеру молодой Уотсон совершал прыжок в неизвестное, но неизменно приземлялся на ноги — сначала в Блумингтоне под патронажем Лурии и Дельбрюка, двух основателей фаговой группы, а теперь, через Лурию и Кендрю, в Кембриджской лаборатории Макса Перуца. Прибыв в лабораторию, Уотсон стал подчиненным сэра Лоуренса Брэгга, создателя метода рентгеновской кристаллографии. Это соединило его с будущим партнером в изучении ДНК Фрэнсисом Криком, а за счет связей между Кембриджем и рентгенографической лабораторией в Кингс-колледже — с Морисом Уилкинсом и молодой ученой Розалинд Франклин, которые работали над получением дифракционной картины ДНК.