Неоткрытые открытия, или Кто это придумал

В первой половине 1953 года вышла осторожная публикация работы двух исследователей в журнале Nature (Molecular structure of nucleic acids // Nature. 1953). Статья заканчивалась предположением о том, что открытие структуры ДНК может объяснить механизмы копирования генетического материала.

К пятидесятым годам было проведено достаточно исследований, о которых мы уже упомянули. Уже было известно, что ДНК — большая молекула, которая состоит из тысяч соединенных между собой в линию маленьких молекул четырех видов — нуклеотидов. Также ученые знали, что именно ДНК отвечает за хранение и передачу по наследству генетической информации, похожей на текст, написанный алфавитом из четырех букв. Неизвестными оставались пространственная структура этой молекулы и механизмы, по которым ДНК передается по наследству от клетки к клетке и от организма к организму.

В 1948 году Лайнус Полинг открыл пространственную структуру других макромолекул — белков. Прикованный нефритом к постели, Полинг несколько часов складывал бумагу, с помощью которой он пытался смоделировать конфигурацию белковой молекулы, и создал модель структуры, названной «альфа-спиралью».

По воспоминаниям Уотсона, после этого открытия в их лаборатории была популярна гипотеза о спиральном строении ДНК. Уотсон и Крик сотрудничали с ведущими специалистами по рентгеноструктурному анализу, а Крик умел практически безошибочно обнаруживать признаки спирали на снимках, полученных этим способом.

Полинг тоже считал, что ДНК — спираль, причем, состоящая из трех нитей. Однако он не мог объяснить ни природу такой структуры, ни механизмы самоудвоения ДНК для передачи дочерним клеткам.

Открытие двуспиральной структуры произошло после того, как Морис Уилкинс тайно показал Уотсону и Крику рентгеновский снимок молекулы ДНК, сделанный его сотрудницей Розалинд Франклин. На этом снимке они четко узнали признаки спирали и направились в лабораторию, чтобы проверить все на объемной модели.

В лаборатории выяснилось, что мастерская не поставила необходимые для стереомодели металлические пластины, и Уотсон вырезал из картона четыре вида макетов нуклеотидов — гуанина, цитозина, тимина и аденина — и стал раскладывать их на столе. Он сразу обнаружил, что аденин соединяется с тимином, а гуанин — с цитозином по принципу «ключ-замок». Стало ясно, что таким образом две нити спирали ДНК соединяются между собой, то есть напротив тимина из одной нити всегда будет находиться аденин из другой и ничто иное.

Такое расположение позволило объяснить механизмы копирования ДНК: две нити спирали расходятся, и к каждой из них пристраивается из нуклеотидов точная копия ее бывшей «партнерши» по спирали. И происходит это по такому же принципу, как с негатива в фотографии печатают позитив.

Судьба Розалинд Франклин сложилась печально. Уилкинс называл свою подчиненную исключительно «синим чулком» и находился с ней в постоянном конфликте. Хоть Франклин и не поддерживала гипотезу о спиральном строении ДНК, именно ее снимки сыграли решающую роль в открытии Уотсона и Крика. Возможно, Полинг удостоился бы четвертой Нобелевской премии, если бы мог увидеть эти снимки раньше, чем британские исследователи. До премии, которую получили Уилкинс, Уотсон и Крик, Розалинд не дожила. Она скончалась от рака в 1958 году.

Открытие пространственной структуры ДНК совершило революцию в мире науки и повлекло за собой целый ряд новых открытий, без которых нельзя представить не только современную науку, но и современную жизнь в целом.

В 60-х годах ХХ века предположение Уотсона и Крика о механизме репликации (удвоения) ДНК полностью подтвердилось. Кроме того, было показано, что в этом процессе принимает участие специальный белок — ДНК-полимераза.

Примерно в то же время было совершено другое важное открытие — генетический код. Как теперь уже хорошо известно, ДНК содержит в себе информацию обо всем, что передается по наследству, в том числе о линейной структуре каждого белка в организме. Белки, как и ДНК, представляют собой длинные молекулярные цепочки из аминокислот. Этих аминокислот 20. Соответственно, было неясно, каким образом «язык» ДНК, состоящий из четырехбуквенного алфавита, переводится на «язык» белков, где используется 20 «букв».

Оказалось, что сочетание из трех нуклеотидов ДНК четко соответствует одной из 20 аминокислот. И таким образом «написанное» на ДНК однозначно переводится в белок.

В 70-х годах появились еще два важнейших метода, основанных на открытии Уотсона и Крика: секвенирование и получение рекомбинатной ДНК. Секвенирование позволяет «прочитать» последовательность нуклеотидов в ДНК. Именно на этом методе основана вся программа «Г еном человека»[6].