Истории будущего

Вообразим, что мы сумели успокоиться, а наш проводник готов нас вести. Сначала мы направимся к геному клетки – к месту, где хранится информация, необходимая для создания четырех тысяч (или около того) молекул различных типов, составляющих клетку кишечной палочки и позволяющих ей управлять своим будущим. Чтобы добраться до генома, придется преодолеть липкую цитоплазму клетки и оставить позади потную и напористую, так сказать, толпу рабочих молекул, преимущественно белков. Затем мы достигнем огромного узловатого кольца ДНК (дезоксирибонуклеиновой кислоты), которое свободно плавает внутри клетки. Поневоле мы ощутим себя астронавтами, что совершили посадку на обшарпанной космической станции в виде спирали.

Вблизи кольцо ДНК выглядит как ветхая и дряблая винтовая лестница, которая как бы упирается сама в себя. По обеим сторонам молекулярной лестницы, через каждые несколько ступенек, расположены поперечины, каждая из двух половинок оснований, свободно связанных водородными связями. Каждое основание состоит всего из нескольких атомов. Существует лишь четыре типа оснований, поэтому, если раскрасить их, соответственно, в красный, белый, синий и черный цвета, можно мысленно нарисовать, как эти цвета – по два разных цвета для каждой поперечины – повторяются более четырех миллионов раз (судя по всему, случайным образом) и расплываются в бесконечности. Впрочем, предполагать произвол случая будет ошибкой. Генетики в 1960-х годах установили, что «узор» оснований на самом деле образует четырехбуквенный код, содержащий все потребные сведения для создания различных рабочих молекул, которые обеспечивают функционал каждой здоровой клетки кишечной палочки.

Чтобы прочитать этот код, нужно поделить каждое звено молекулы ДНК пополам; это довольно просто, потому что водородные связи между двумя половинками каждого звена слабы. Далее изучаются основания, прикрепленные к обеим сторонам молекулярной лестницы. Каждые три основания обозначают определенную аминокислоту. Например, если читать как бы вниз по одной стороне лесенки ДНК, забыв на время о другой стороне, взгляду предстанет последовательность оснований GAT (гуанин, аденин и тимин), или код ДНК для аминокислоты, известной как аспартат [44]. Следующие три основания, по-видимому, характеризуют другую аминокислоту, и так далее, пусть даже некоторые основания читаются как инструкции «прекратить чтение». Точный порядок оснований действительно имеет значение, поскольку большая часть кода сообщает, как строить – строить белки, строить молекулы, выполняющие большую часть работы по управлению будущим клетки, и белки, к слову, состоят из длинных и строго упорядоченных цепочек аминокислот.

Миллиарды оснований, образующих этот код, состоят из отдельных цепочек – сотен или тысяч оснований, что перечисляют (в тройных связках) последовательности аминокислот, необходимые для построения конкретных молекул, насущных для каждого организма. Эти цепочки оснований суть клеточные гены, а совокупность всех генов известна как геном клетки. Клетки кишечной палочки имеют около трех тысяч генов. (Мы, люди, не сильно превосходим E. coli в этом отношении – у нас от двадцати одной до двадцати пяти тысяч генов.) Большинство генов кодирует белковые молекулы, но некоторые кодируют молекулы РНК, похожие на ДНК, вот только выглядящие как единичные цепочки. Молекулы РНК чрезвычайно важны: они содержат информацию, подобно молекулам ДНК, а еще ведут серьезную молекулярную деятельность, подобно белкам. Список генов варьируется от вида к виду, ибо выживание каждого вида зависит от уникального сочетания рабочих молекул.

Первым шагом всякого размышления о будущем является четкое определение цели. Фактически все цели хранятся в ДНК клетки (в переносном значении, конечно: там нет плакатов «Выживай и размножайся! Еда поможет!», но геном содержит инструкции по производству белков и прочих молекул, которые нужны клетке для выживания в обычной среде обитания). По сути, геном хранит сведения о краткосрочных целях, которых нужно достигнуть ради реализации долгосрочных устремлений к выживанию и размножению. Например, в какой-то миг клетке кишечной палочки придется расщепить молекулы лактозы, и – вуаля! – в геноме найдется инструкция по созданию белка, призванного выполнить именно это действие.