ДНК. История генетической революции

Корончатый галл – это болезнь растений, из-за которой на стебле формируется устойчивое разрастание, которое так и называется – «галл». Виновник болезни – распространенный почвенный микроб Agrobacterium tumefaciens, оппортунистическая бактерия, проникающая в растение, например, через повреждения, оставленные насекомыми-вредителями. Взаимоотношения агробактерий с растениями представляют собой особый вид паразитизма, когда бактерии не просто используют питательные вещества растения-хозяина, но и встраивают свою генетическую информацию в геном клеток хозяина. Примечательно, как именно паразитирует эта бактерия. Она проделывает своеобразный молекулярный «туннель», через который вводит в растительную клетку свою генетическую информацию, содержащую участок ДНК, тщательно вырезаемый из специальной плазмиды Agrobacterium, например Ti-плазмиды, а затем заворачивает в защищенную оболочку, и вот в таком виде генетическая информация поступает в «туннель». Оказавшись на месте, «пакет» с ДНК бактерии интегрируется в ДНК клетки-хозяина, подобно вирусной ДНК. Однако в отличие от вируса такой участок ДНК после закладки не начинает синтезировать новые собственные копии, а включается в продукцию гормонов роста и специализированных белков того растения, в котором оказался микроорганизм. Причем гормоны роста этого растения служат питательными веществами для бактерии, и таким образом одновременно стимулируется как деление растительных клеток, так и размножение бактерий. Возникает положительная обратная связь: под действием гормонов роста растительные клетки делятся все стремительнее, причем при каждом акте деления клетки-хозяина копируется и инвазивная бактериальная ДНК, и в результате синтезируется все больше растительного гормона роста и питательных веществ для бактерий.

В результате такого бурного и неконтролируемого клеточного деления на стебле образуется шишка-галл, которая служит бактериям своеобразным пищеблоком. Растение производит именно ту массу, которая нужна бактериям, как правило, это количество избыточно. С точки зрения эволюционной стратегии, бактерия Agrobacterium – выдающийся паразит; она довела эксплуатацию растений в свою пользу до настоящего искусства.

Растение, пораженное корончатым галлом – болезнью, которую вызывает Agrobacterium tumefaciens. Шишка на стебле – хитроумное бактериальное «изобретение», благодаря которому растение с лихвой удовлетворяет потребности микроба

Подробности паразитизма Agrobacterium были исследованы в 1970-е годы; этой работой занимались Мэри-Делл Чилтон из Университета штата Вашингтон, город Сиэтл, а также Марк ван Монтегю и Джефф Шелл из Гентского университета в Бельгии. В те времена споры о рекомбинантной ДНК бушевали в Асиломаре, да и вообще повсюду. Мэри-Делл Чилтон и ее коллеги из Сиэтла впоследствии иронически замечали, что «работа с Agrobacterium велась параллельно другим молекулярно-биологическим исследованиям и часто в обход карантинных комплексов, где обеспечивалась бы защита уровня P4», нарушая тем самым предписания Национальных институтов здравоохранения.

Вскоре уже не только Чилтон, ван Монтегю и Шелл увлеченно занимались Agrobacterium. В начале 1980-х годов компания Monsanto, та самая, что «поливала грязью» Рейчел Карсон за ее борьбу против пестицидов, осознала, что Agrobacterium – нечто большее, чем просто сюрприз природы. Ее удивительный паразитический образ жизни подсказывал исследователям, как внедрять гены в растение. Когда Чилтон переехала из Сиэтла в филиал Вашингтонского университета в город Сент-Луис – именно в этом городе находился головной офис Monsanto, – оказалось, что ее новые соседи проявляют далеко не праздный интерес к проводимым Чилтон исследованиям. Возможно, Monsanto поздновато подключилась к борьбе за Agrobacterium, но компания располагала финансовыми и другими ресурсами, позволяющими быстро набрать темп. Вскоре лаборатории Чилтон, а также ван Монтегю и Шелла уже финансировались этим химическим концерном в обмен на договоренность делиться информацией об исследованиях со спонсором.