Яблони на Марсе

Репликация, удвоение ДНК идет с большой, прямо-таки пулеметной скоростью: до 500 букв за секунду у бактерий, до 50 букв у млекопитающих. Вот с какой сказочной быстротой совершается перепечатка громадного генетического архива. И это идет ежедневно, ежечасно, ежеминутно.

Тонкий процесс! Он поражает наблюдателя еще и своей точностью. Тем, повторимся, что какого-нибудь рачка, обитавшего в теплых морях палеозоя, очень трудно, не специалисту вообще невозможно, отличить от его нынешнего потомка.

Опечатки? Они, конечно, случаются. Без этого нельзя. Точно установлено учеными: при копировании ДНК человека, например, когда в каждой спирали содержится несколько миллиардов букв, число ошибок достигает десятков тысяч (!) на каждое клеточное деление.

И это не самые страшные для живой материи факты. Живая клетка, а вместе с ней и ДНК, часто оказываются под грозным воздействием ультрафиолетовых, рентгеновских и прочих вредных излучений. Спирали ДНК корежат, «выбивая» буквы, и различные попадающие в клетку химические агенты. Но даже если внешняя среда чиста, то и тут искажения в ДНК имеют место, на этот раз уже самопроизвольные, вследствие тепловые ударов. Подсчитано, что при 37 градусах Цельсия в среднем ДНК клетки теряют до 20 букв-оснований (в промежутках между двумя делениями).

Но как же тогда понимать, спросит удивленный читатель, примеры с комаром в янтаре, с прапрарачком, о которых упоминал автор? Что же гарантирует почти вечную повторяемость живого? Где истоки столь полезной для жизни консервативности ее форм?

Вначале генетики думали, что постоянство — это-де особое свойство генов, которые не подвержены никакому влиянию внешних воздействий. Но тогда, спрашивается, как же можно совместить с этим огромную гибкость, подвижность, удивительную приспособляемость, явную тягу живой материи к обновлению?

Страстные дискуссии продолжались и после открытия Уотсона и Крика, когда структура ДНК обнажила свои очертания. Не сразу ученые догадались о существовании в клетке специальной ремонтной службы. О наличии микроспецов, денно и нощно пекущихся о сохранении чистоты смысла первоначальных записей.

Кстати, тут еще раз проявило себя значение двунитчатости ДНК. Она необходима не только для создания идентичных копий генетического материала, но и для пущей — с запасом! — сохранности записанной в ДНК информации, ибо повреждения редко затрагивают сразу две спирали. И целостность второй, неповрежденной, позволяет начать ремонтные работы!

Кто же взял на себя в клетке роль мастеров-ремонтников? Особые белки-ферменты, названные рестриктазами и лигазами.

Рестриктазы рвут, разрезают, последовательность букв в ДНК, но делают это не как попало, а лишь в тех местах, где имеется сочетание строго определенных букв, узнаваемых только данной рестриктазой. Арсенал рестриктаз постоянно пополняется и включает уже более 400 наименований. Любопытно, что рестриктазы открыли в известной мере случайно, ища ответ на совсем другой вопрос: пытаясь понять, как клетке удается расправляться с проникшими в нее вместе с бактериями или вирусами чужеродными ДНК.

Вот так стала ясна кухня «рубки» молекул ДНК на части. И тут же появились сомнения: а не разбегутся разрезанные куски в разные стороны, не затеряются ли? Как-то их потом соберешь? Как удается клетке собрать из обрезков ДНК нечто для нее полезное?

Получалось, что, кроме топоров, ножниц, вырезающих, удаляющих ненужные, лишние (повреждения, описки и т. д.) фрагменты, необходимы и средства для «склейки» кусочков ДНК. И здесь ученым повезло: они вскоре обнаружили ферменты лигазы. Белки, специализирующиеся на сшивании частей ДНК, на восстановлении ее целостности. Так было установлено, что в клетке в случае нужды есть кому не только кроить и пороть молекулы ДНК, но и сметывать их!

Стая жизнерадостных обезьян

Ощупав гены, свыкшись с их материальностью, человек тут же захотел заняться генной хирургией. Как подступиться к этому делу? Вначале — до открытия рестриктаз и лигаз — затея казалась безнадежной. Конечно, порвать молекулу ничего не стоит. Однако нужны не случайные разрывы: требовалось удалять одни гены и вставлять в освободившиеся «пустоты» другие.

Обсуждались разные проекты. Свои инструменты предлагали и физики, и химики. Что, если ударить по ДНК лазером? А может, лучше плавить молекулу наследственности в определенных местах? Или пилить ее химическими пилами? Идей и попыток было немало, но результаты не вдохновляли, ибо требовались такие хирургические ножи, которые позволяли бы разрезать молекулу ДНК с точностью до миллиардных долей метра. С атомными допусками. (Если бы с такой аккуратностью разделать батон колбасы, то каждому жителю земного шара досталось бы по кусочку!)