Ген. Очень личная история

Плод примирения генетики с эволюционным учением получил имя Синтетической теории эволюции[344], [345], или, в более торжественном варианте, Великого синтеза[346]. Но хотя генетики и радовались объединению концепций наследственности, эволюции и естественного отбора, материальная природа гена оставалась загадкой. Гены описывались как «частицы наследственности», но это определение ничего не говорило о химической или физической сущности этих «частиц». Морган представлял себе гены в виде «бусин на нитке», но даже он не предполагал, каким может быть физическое воплощение этого образа. Из чего состоят «бусины»? Какова природа «нити»?

Материальная природа гена никак не открывалась биологам отчасти потому, что им не удавалось выцепить его как химическое вещество. В мире живого гены, как правило, передаются вертикально – от родителей к детям или от материнских клеток к дочерним. Благодаря вертикальному переносу мутаций Мендель и Морган могли изучать действие генов, анализируя закономерности наследования кодируемых ими признаков (например, картину передачи признака «белые глаза» в поколениях мух). Но с изучением вертикального переноса связана одна проблема: ген никогда не покидает живой организм или клетку. При делении клетки ее генетический материал удваивается и распределяется между формирующимися дочерними клетками, не выходя за пределы клеточной оболочки. Во время этого процесса гены остаются видимыми биологически, но непостижимыми химически, поскольку заперты в черном ящике клетки.

Однако генетический материал в некоторых случаях может передаваться не только от родителя к ребенку, но и между двумя «чужаками». Такой тип переноса генов – горизонтальный – называется трансформацией[347]. Уже по названию можно понять, насколько этот процесс удивителен: мы привыкли, что генетическая информация передается только в ходе размножения, а при трансформации один организм будто превращается в другой, как Дафна в лавровое деревце (точнее, один организм, получив гены другого, частично изменяется, приобретая его черты; если передать миф языком генетики, то в геном Дафны должны были попасть гены, ответственные за отращивание веток и позволяющие вылепить из человеческой кожи кору, ксилему и флоэму).

У млекопитающих трансформация почти не встречается. Но для бактерий, менее совершенных представителей биологического мира, вполне нормально обмениваться генами горизонтально (чтобы прочувствовать, как это странно, представьте, что два друга – голубоглазый и кареглазый – пошли прогуляться вечерком и вернулись с другим цветом глаз, случайно обменявшись генами). Особенно прекрасен и необычен сам момент генетического обмена. Во время перехода из одного организма в другой ген предстает перед нами в виде чистого химического вещества. Для химика, который стремится раскрыть тайну гена, нет лучшего момента, чтобы установить его химическую природу.

Трансформацию открыл английский бактериолог Фредерик Гриффит[348]. В начале 1920-х, работая врачом в британском Министерстве здравоохранения, он начал изучать пневмококк – бактерию Streptococcus pneumoniae. На континенте бушевал испанский грипп, который с 1918 года убил уже около 20 миллионов человек по всему миру и вошел в число самых страшных природных бедствий в истории. У жертв гриппа часто развивалась вторичная пневмония, вызванная пневмококком, – болезнь столь скоротечная и фатальная, что врачи прозвали ее Капитаном армии смерти. Пневмококковая пневмония на фоне гриппа – эпидемия внутри эпидемии – вызывала такое беспокойство, что министерство сформировало научные группы для изучения бактерии и разработки вакцины против нее.

Для начала Гриффит сосредоточился на самом микробе: почему пневмококк так опасен для животных? Действуя по методике, разработанной в Германии, он обнаружил, что эта бактерия представлена двумя штаммами. У «гладкого» штамма клетки были окружены полисахаридной капсулой, и он ускользал от иммунной системы с ловкостью тритона. «Шероховатый»[349] штамм, лишенный такого покрытия, был уязвимее для иммунной атаки. Таким образом, мышь, которой вводили гладких пневмококков, быстро погибала от пневмонии. А у мыши, зараженной шероховатыми, развивался нормальный иммунный ответ, и она выживала.

Гриффит провел эксперимент[350], совершенно неожиданно запустивший революцию в молекулярной биологии. Вначале он убил нагреванием вирулентные гладкие бактерии и ввел их мышам. Как и ожидалось, животным это не причинило вреда: убитые пневмококки не могли вызвать инфекцию. Но когда Гриффит добавил к останкам вирулентного штамма живые невирулентные бактерии, мыши быстро погибли. Ученый провел вскрытие трупов и обнаружил, что шероховатые бактерии изменились: они приобрели капсулу – фактор вирулентности – в результате простого контакта с фрагментами мертвых бактерий. Безобидные бактерии каким-то образом «трансформировались» в вирулентную форму.