Ген. Очень личная история

Передача генетической информации от одной хромосомы к другой происходит только при крайне специфических обстоятельствах. Первое обстоятельство – образование сперматозоидов и яйцеклеток. Непосредственно перед сперматогенезом и оогенезом клетка ненадолго превращается в игровую площадку для генов. Парные хромосомы (одна была получена от матери, вторая – от отца) «обнимаются» и с готовностью делятся друг с другом генетической информацией. Такой обмен между парными хромосомами имеет ключевое значение для смешивания и сопоставления наследственной информации от родителей. Морган назвал этот феномен кроссинговером (а его ученики использовали кроссинговер как инструмент для картирования генов мушек). Более современный термин – рекомбинация; он подчеркивает способность производить комбинации комбинаций генов.

Второе обстоятельство более зловещее. Когда ДНК повреждается мутагеном – например, ионизирующим излучением, – целостность наследственной информации, естественно, подвергается угрозе. Если такое повреждение случается, ген можно воссоздать по его «близнецу» – копии на парной хромосоме: часть материнской копии можно восстановить, опираясь на отцовскую, что опять же приводит к формированию гибридных генов.

Еще раз: для восстановления гена используется принцип спаривания оснований. Инь чинит ян, отображение восстанавливает оригинал: с ДНК происходит примерно то же, что и с Дорианом Греем, когда прототип постоянно черпает жизненные силы из своего портрета. Белки сопровождают и координируют весь процесс: направляют поврежденную цепь к нормальному гену, копируют и корректируют утраченную информацию, сшивают разрывы – и все это в конечном счете приводит к переносу информации с неповрежденной цепи на поврежденную.

Регуляция. Репликация. Рекомбинация. Примечательно, что все три «р» физиологии генов прочно завязаны на молекулярную структуру ДНК – на принцип спаривания оснований двойной спирали, предложенный Уотсоном и Криком.

Генетическая регуляция работает за счет транскрипции ДНК в РНК, в основе механизма которой лежит принцип спаривания оснований. Когда цепь ДНК используется для построения РНК-инструкции, именно спаривание оснований между ДНК и РНК позволяет создать РНК-копию гена. В ходе репликации цепь ДНК тоже копируется со своего «отображения». На основе каждой цепи создается ее комплементарная копия, в результате чего из одной двойной спирали получаются две. И при рекомбинации стратегия противопоставления оснований реализуется снова, на этот раз чтобы восстановить поврежденную ДНК. Испорченная копия гена реконструируется «по предписанию» комплементарной цепи, то есть второй копии гена[572].

Двойная спираль гениально решала три главные задачи физиологии генов, и все решения были вариациями на одну и ту же тему. Зеркальные отображения веществ используются для получения своих же зеркальных отображений; по отражению воссоздается оригинал. Пары нужны, чтобы обеспечивать точность воспроизводства, постоянство информации. «Моне – это всего лишь глаз, – так однажды Сезанн выразился о своем друге, – но, боже мой, какой глаз!» Так и ДНК: всего лишь вещество – но, боже мой, какое вещество!

Ученые-биологи издавна делятся на два лагеря: анатомы и физиологи. Анатомы описывают природу тканей, структур и частей тела: изучают, как все устроено. Физиологи же сосредоточены на тех механизмах взаимодействия структур и частей тела, которые обеспечивают функции живых организмов: их волнует, как все работает.

Это разделение знаменует и судьбоносный переходный момент в истории гена. Мендель был, можно сказать, первым «анатомом» гена: наблюдая за движением информации между поколениями гороха, он описал принципиальное устройство гена как неделимой информационной частицы. Морган и Стёртевант продолжили анатомическую линию в 1920-х, показав, что гены – материальные единицы, линейно распределенные по хромосоме. В 1940–1950-х Эвери, Уотсон и Крик определили ДНК как молекулу гена и описали ее структуру моделью двойной спирали, доведя тем самым анатомическую концепцию гена до естественной кульминации.

С конца 1950-х по 1970-е в научном пространстве доминировала уже физиология генов. Тот факт, что гены могут регулироваться – включаться и выключаться определенными сигналами, – углубил понимание работы генов во времени и пространстве и ее роли в определении уникальных свойств отдельных клеток. То, что гены могут воспроизводиться и рекомбинировать с генами других хромосом и что их «чинят» специальные белки, объяснило, как клеткам и целым организмам удается сохранять, копировать и перетасовывать генетическую информацию из поколения в поколение.