Ген. Очень личная история

Неумолимо взлетающая все выше и выше кривая заворожила французского биолога Жака Моно[560]. Ученый вернулся в Париж в 1937-м после года возни с калтеховскими мушками в компании Томаса Моргана. Пребывание Моно в Калифорнии оказалось не слишком плодотворным: он занимался в основном тем, что исполнял Баха в местном оркестре или учился играть джаз с диксилендом[561]. Но, с другой стороны, подконтрольный захватчикам Париж был крайне печальным местом. К лету 1940 года Бельгия и Польша пали под натиском Германии. В июне Франция, истощенная огромными потерями, подписала договор о перемирии, который позволил немецкой армии оккупировать бо́льшую часть Северной и Западной Франции. Париж получил статус «открытого города»: его уберегли от бомб и разрухи, но сделали полностью открытым для нацистских войск. Детей эвакуировали. Музеи освободили от картин, витрины закрыли ставнями. «Париж всегда останется Парижем», – пел Морис Шевалье в 1939-м. Звучало это как мольба, но… Город огней освещался редко. Улицы стали зловеще безжизненными, кафе опустели. Регулярные ночные отключения электроэнергии погружали город в инфернальный мрак.

Осенью 1940-го, когда на всех правительственных зданиях уже развевались черно-красные флаги со свастиками, а немецкие военные объявляли ночами комендантский час через громкоговорители на Елисейских полях, Моно работал с E. coli в полумраке жаркого чердака Сорбонны (в том же году он тайно присоединится к французскому Сопротивлению, хотя многие коллеги так никогда и не узнают его политические наклонности). Зимними ночами реактивы в лаборатории замерзали, и Жаку приходилось ждать до полудня, пока оттает уксусная кислота, сожалея о потерянном времени и невозможности укрыться от нацистской пропаганды, доносящейся с улицы. Именно той зимой Моно повторил эксперимент, посвященный динамике роста бактерий, внеся в него некоторые стратегические изменения. В этот раз он добавил в культуру два разных сахара одновременно: и глюкозу, и лактозу.

Если бы сахара функционально не различались, то есть метаболизм лактозы и глюкозы был бы одинаковым, можно было бы ожидать, что бактерии, питаясь их смесью, продемонстрируют такую же плавную дугу роста. Однако бактерии выкинули странный кульбит. Сначала их численность ожидаемо росла экспоненциально, но затем на некоторое время рост остановился и начался опять. Пытаясь объяснить эту паузу, Моно обнаружил необычное явление. Вместо того чтобы потреблять сахара в равной степени, кишечная палочка сначала питалась избирательно, только глюкозой. Затем рост популяции остановился – клетки будто пересматривали свой рацион, – и после переключения на лактозу вернулись к активному размножению. Моно назвал это диауксией, то есть двухфазным ростом.

Хоть и совсем небольшое, но это коленце ростовой кривой озадачило ученого. Подобно песчинке в глазу, оно раздражало его научную интуицию. Численность бактерий, питающихся сахарами, должна расти плавно. Почему же переход с одного сахара на другой приостанавливал рост? Как вообще бактерии могли «узнать» или почувствовать, что сахар поменялся? И почему сначала они подчистую съели один сахар и только затем приступили к другому – будто обедая двумя блюдами в бистро?

К концу 1940-х Моно выяснил, что изгиб кривой возникал из-за метаболической перестройки. Переходя с глюкозы на лактозу, бактерии запускали выработку специфических ферментов для расщепления лактозы. Когда же они возвращались к питанию глюкозой, эти ферменты снова заменялись расщепляющими глюкозу. Запуск, или индукция, синтеза ферментов при смене субстрата – будто замена столовых приборов между блюдами (убрать нож для рыбы, взять десертную вилочку) – занимал несколько минут, что и выражалось ростовой паузой.

Моно решил, что феномен диауксии может указывать на регуляцию генов метаболическими сигналами извне. Если ферменты – а это белки – по команде появляются в клетке и исчезают, значит, гены включаются и выключаются, как молекулярные тумблеры (ферменты ведь кодируются генами). В начале 1950-х Моно вместе с присоединившимся к нему Франсуа Жакобом принялся систематически изучать регуляцию генов у E. coli, получая мутантов – именно этот метод так успешно использовал Морган в работе с плодовыми мушками[562].