Двойная спираль. Воспоминания об открытии структуры ДНК

Настал подходящий момент, чтобы поразмыслить о некоторых любопытных закономерностях химии ДНК, впервые замеченных биохимиком Колумбийского университета, австрийцем по происхождению, Эрвином Чаргаффом. Со времени войны Чаргафф и его ученики тщательно исследовали соотношение пуриновых и пиримидиновых оснований в различных препаратах ДНК. И во всех образцах число молекул аденина (А) было очень близко к числу молекул тимина (Т), а число молекул гуанина (Г) — к числу молекул цитозина (Ц). Кроме того, содержание остатков аденина и тимина изменялось в зависимости от происхождения препарата. ДНК одних организмов содержала больше А и Т, других — больше Г и Ц. Чаргафф не дал никакого объяснения этим поразительным результатам, хотя, безусловно, не считал их случайными. Когда я впервые рассказал о них Фрэнсису, они его не заинтересовали, и он продолжал думать о другом.

Однако некоторое время спустя разговоры с молодым химиком-теоретиком Джоном Гриффитом навели Фрэнсиса на мысль, что эти закономерности могут иметь большое значение. Один из этих разговоров завязался за кружкой пива после вечерней лекции астронома Томми Голда о «совершенном космологическом принципе». В изложении Томми эта довольно натянутая идея выглядела настолько правдоподобной, что Фрэнсис задумался о том, не существует ли «совершенного биологического принципа». Зная, что Гриффит интересуется теоретическими схемами репликации генов, Фрэнсис вдруг предположил, что, возможно, «совершенный биологический принцип» и заключается в саморепликации гена, то есть в его способности к точному копированию самого себя при удвоении хромосом в ходе деления клетки. Однако Гриффита эта идея не соблазнила, так как он последние месяцы предпочитал схему, по которой копирование генов происходит путем попеременного образования комплементарных поверхностей.

Эта гипотеза не была новой. В кругах генетиков теоретического склада, ломавших голову над удвоением гена, она была в ходу уже лет тридцать. Суть ее состояла в том, что для удвоения гена требуется образование комплементарной (негативной) копии его, форма которой относится к исходной (позитивной) поверхности, как ключ к замку. Затем эта комплементарная (негативная) копия должна была служить формой (матрицей) для синтеза новой позитивной копии. Однако нескольким генетикам идея комплементарного копирования не импонировала. Ведущим среди них был Г. И. Мёллер, находившийся под влиянием нескольких известных физиков-теоретиков, особенно Паскуаля Иордана, которые считали, что существуют силы притяжения подобного к подобному. Однако Полингу этот прямой механизм внушал отвращение; его особенно возмущало предположение, будто эта идея находит подтверждение в квантовой механике. Перед самой войной он предложил Дельбрюку, от которого узнал про работы Иордана, написать совместно с ним для журнала «Сайенс» статью с категорическим утверждением, что, согласно квантовой механике, механизм удвоения гена связан с синтезом комплементарных копий.

В тот вечер Фрэнсис и Гриффит недолго занимались пережевыванием избитых гипотез. Оба понимали, что сейчас важно установить природу этих сил притяжения. Фрэнсис убежденно доказывал, что специфические водородные связи не могут быть решением проблемы. Они не могут обеспечить необходимую строгую специфичность, потому что, как нам не раз говорили наши приятели-химики, атомы водорода в пуриновых и пиримидиновых основаниях не имеют определенного местоположения, а случайным образом перемещаются с одного места на другое. Фрэнсис предполагал, что вместо них в копировании ДНК участвуют специфические силы притяжения между плоскими поверхностями оснований.

К счастью, как раз такие силы Гриффит был способен рассчитать. Если комплементарная схема была верна, то он должен был обнаружить существование сил притяжения между разными основаниями. Если же происходило прямое копирование, то его расчеты указали бы на наличие притяжения между одинаковыми основаниями.

Фрэнсис и Гриффит расстались поздно вечером, договорившись, что Гриффит посмотрит, можно ли сделать такой расчет.

Несколько дней спустя они встретились в очереди в буфете лаборатории, и Фрэнсис узнал, что, по-видимому, должно существовать притяжение между плоскими поверхностями аденина и тимина. Тот же ход рассуждений указывал на существование притяжения между гуанином и цитозином.

Фрэнсис ухватился за этот ответ. Насколько он помнил, именно эти самые парные основания, согласно данным Чаргаффа, входят в состав ДНК в одинаковом количестве. Он возбужденно заявил Гриффиту, что я говорил недавно что-то такое о неожиданных результатах, полученных Чаргаффом, — правда, он не уверен, действительно ли речь шла об этих парах оснований. Но он проверит, а потом забежит к Гриффиту домой.