ДНК. История генетической революции

В 1961 году удалось выделить обезьяний вирус SV40 (SV означает «обезьяний вирус») из почек макак вида резус, использовавшихся при разработке вакцины против полиомиелита. Хотя и считалось, что этот вирус никак не влияет на мартышек, в организме которых встречается, вскоре дальнейшие эксперименты показали, что вирус может вызывать рак у грызунов, а в определенных лабораторных условиях – даже в человеческих клетках. Поскольку кампания по вакцинации от полиомиелита проводилась с 1955 года и миллионы американских детей уже были заражены этим вирусом, новость действительно была тревожной. Что если, искореняя полиомиелит, мы случайно обрекли целое поколение на риск развития онкологических заболеваний? По-видимому, этого все-таки не случилось: эпидемия рака не разразилась, а SV40 в организме человека, судя по всему, не более патологичен, чем у мартышек. Тем не менее даже тогда, когда SV40 прочно обосновался в молекулярно-биологических лабораториях, оставались сомнения в его безопасности. Меня это особенно волновало, поскольку я к тому времени руководил лабораторией Колд-Спринг-Харбор, где появлялись все новые молодые ученые, работавшие с SV40 и зондировавшие с его помощью генетические основы рака.

Пол Берг и его вирусная «хонда»

Тем временем Пол Берг из Медицинской школы Стэнфордского университета усматривал в вирусе SV40 скорее возможности, чем опасности: он предвидел, что этот вирус удастся использовать для внедрения фрагментов ДНК в клетки млекопитающих. Вирус мог бы работать у млекопитающих как молекулярная система доставки лекарств, именно так, как действовали плазмиды у бактерий в опытах Стенли – Коэна. Однако если Коэн, в сущности, использовал бактерии как копировальные аппараты, позволяющие «увеличить» нужный фрагмент ДНК, то Берг рассматривал SV40 как средство для внедрения корректировочных генов людям, страдающим от генетических заболеваний. Берг опередил свое время. Он стал вдохновителем практики, которая сегодня именуется «генотерапия» и заключается во введении нового генетического материала в организм живого человека с целью сгладить унаследованные генетические расстройства.

Пол Берг был приглашен в Стэнфорд в 1959 году на должность младшего профессора; переход произошел в рамках программы научного обмена, которая также привела в Стэнфорд еще более знаменитого Артура Корнберга из Вашингтонского университета в Сент-Луисе. Действительно, связь между Бергом и Корнбергом прослеживается вплоть до того, что родились они оба в нью-йоркском районе Бруклин и там ходили в один и тот же естественнонаучный клуб для старшеклассников, которым руководила мисс Софи Вольфе. Берг вспоминал: «она умела сделать науку интересной, она помогала нам делиться идеями». На самом деле, это была скорее ее недооценка: из научного клуба мисс Вольфе при старшей школе им. Авраама Линкольна вышло трое нобелевских лауреатов: Артур Корнберг (1959), Пол Берг (1980) и кристаллограф Джером Карле (1985) – и все они отмечали, насколько существенное влияние на них оказала мисс Вольфе.

В то время как Коэн и Бойер, а вслед за ними и другие ученые уточняли детали, связанные с копированием и вставкой молекул ДНК, Берг планировал смелый эксперимент. Он решил проверить, можно ли использовать вирус SV40 с внедренным в него фрагментом чужеродной ДНК для доставки чужого гена в клетку животного. В качестве источника ДНК, не принадлежащей SV40, он воспользовался уже имевшимся под рукой бактериальным вирусом – бактериофагом. Требовалось выяснить, сможет ли молекулярная структура, состоящая из ДНК SV40 и бактериофага, успешно внедриться в животную клетку. Если же она внедрится, на что и надеялся Берг, появится возможность того, что такую систему со временем можно будет использовать для встраивания полезных генов в человеческие клетки.

Летом 1971 года в лаборатории Колд-Спринг-Харбор аспирант Берга выступил с презентацией планируемого эксперимента. Один из ученых, присутствовавших в аудитории, настолько встревожился, что сразу же позвонил Бергу. Он спросил: «А что, если этот механизм сработает прямо наоборот?» Иными словами, что, если вирус SV40 не станет принимать вирусную ДНК и затем встраивать ее в животную клетку, а сам попадет «под власть» ДНК бактериофага, в результате чего ДНК SV40 может внедриться, скажем, в ДНК бактериальной клетки E. coli? Такой сценарий не казался нереалистичным; в конце концов, именно на него и «запрограммированы» многие бактериофаги: они внедряют собственную ДНК в бактериальные клетки. Поскольку E. coli повсеместно распространена, а ее жизненный цикл тесно связан с жизнедеятельностью человека (ведь это один из основных микроорганизмов кишечной микробиоты человека), то благие намерения эксперимента Берга могли породить целые колонии опасных бактерий E. coli, несущих потенциально канцерогенный обезьяний вирус SV40. Берг прислушался к скептическим замечаниям коллеги, но не согласился с ними; он решил отложить эксперименты до тех пор, пока не будет подробно изучена потенциальная канцерогенность SV40 для человека.