Таинственный геном человека

В 1951 году такой эксперимент провели два американских микробиолога – Алфред Херши и Марта Чейз, занимавшиеся изучением того, как вирусы используют бактерии в качестве «заводов» для сборки вирусов следующего поколения. Такие вирусы называются бактериофагами, или, для краткости, фагами (от греч. phago – есть, так как вирусы поглощают культуры бактерий-носителей). Наличие и количество вирусов можно измерить, посеяв бактерии-носители в размягченный под действием тепла агар, добавив вирусы в различные растворы, а затем распределив по планшету. Остывая, агар сформирует тонкий и ровный слой слизи, который наутро будет кишеть размножающимися бактериями. В местах, где среди бактерий оказался вирус, можно будет увидеть круглое прозрачное окно, образовавшееся в результате лизиса (разрушения) бактерий. Такие окна легко увидеть и подсчитать. Этой технологии я научился еще в студенчестве от своего профессора, а впоследствии, став врачом, использовал ее в экспериментах, направленных на изучение природы аутоиммунности. Она проста и поэтому используется тысячами ученых в самых разных опытах.

Херши и Чейз заинтересовало, что вирусы-фаги формируют ядро генетического материала, заключенное в белковую капсулу. По сути, каждый вирус представляет собой нечто вроде шприца. При инфицировании он впрыскивает в бактерию-носитель генетический материал, а пустая белковая оболочка остается прикрепленной к внешней стенке клетки. Введенный в клетку генетический материал вируса копируется в процессе размножения бактерии.

Херши и Чейз разработали уникальный эксперимент, призванный показать, какое вещество лежит в основе репродуктивной системы вирусов – белок или ДНК. Для начала они добавили радиоактивный фосфор и радиоактивную серу в среды, где выращивались две отдельные колонии бактерий. Через четыре часа после того, как радиоактивные элементы были поглощены бактериями, Херши и Чейз ввели вирусы-фаги.

Для того чтобы понять суть эксперимента, нужно знать, что ДНК имеет в своем составе фосфор, но не содержит серу, в то время как аминокислоты, составляющие белки, наоборот, являются серо-, а не фосфоросодержащими.

Введя фаги в обе культуры бактерий, Херши и Чейз получили два поколения вирусов. У одного в составе имелся радиоактивный фосфор, а у другого – радиоактивная сера. Заражая бактерии, вирусы оставляли пустые белковые оболочки прикрепленными к внешним стенкам бактериальных клеток, а содержимое оболочек, в составе которого имелась и ДНК, впрыскивали внутрь. Путем центрифугирования Херши и Чейз удалили пустые оболочки. Инфицированные бактерии развивались в соответствии со своим обычным репродуктивным циклом, внутри них генерировались новые фаги, которые затем прорывали оболочки тел бактерий и попадали в питательную среду. Удалив остатки бактерий-носителей, ученые сфокусировались на сформировавшихся вирусах.

Сравнив пустые белковые оболочки вирусов с живыми, полностью сформировавшимися фагами, полными генетического материала, исследователи обнаружили, что 90 % всей радиоактивной серы остались в оболочках после инфицирования бактерий, а 85 % фосфора вошли в состав ДНК, которая попала в бактериальные клетки и сыграла роль кода для создания следующего поколения вирусов. Это подтвердило открытие Эвери: кодом к наследственности является не белок, а ДНК.

Следует заметить, что отделение оболочки вируса от ее содержимого, включающего в себя ДНК, связано с гораздо более высоким риском белковых примесей, чем процедура экстракции, которую применял Эвери. Тем не менее этот эксперимент гораздо эффективнее убедил скептически настроенных генетиков, чем опыты Эвери. Возможно, все дело было в его яркой наглядности, а может, в новом необычном способе получения информации. Помогло и то, что эксперимент признали многие выдающиеся генетики.

* * *

Сегодня, оглядываясь назад, большинство ученых видят работу Эвери, Маклеода и Маккарти 1944 года как первое заявление о том, что ДНК является молекулой наследования. Его приводят в качестве одного из самых печальных примеров открытия, которое стоило Нобелевской премии, но не получило ее. Существуют многочисленные свидетельства, что старшие коллеги выдвигали Эвери в качестве кандидата, в частности, в его собственной дисциплине – микробиологии и иммунологии. Он был номинирован на Нобелевскую премию дважды: первый раз в конце 1930-х годов за работу над типами пневмококков и их связью с классификацией бактерий в целом, второй – после публикации его труда 1944 года за фундаментальный вклад в биологию. Но, судя по всему, Нобелевский комитет это не убедило. Сейчас это видится огромной ошибкой и заставляет многих людей с удивлением чесать в затылке.