Требуется сборка. Расшифровываем четыре миллиарда лет истории жизни – от древних окаменелостей до ДНК

Используя ДНК-технологию, которую Бриджес не мог бы даже вообразить, Ливайн и Макгиннис сумели выделить ответственный за эту мутацию ген. Затем они синтезировали специфический фрагмент ДНК, чтобы проверить, где этот ген проявляет активность в процессе развития. Вспомните, что там, где гены активны, на их основании синтезируется белок. Для синтеза белка нужна еще промежуточная молекула – РНК. Чтобы найти место, где гены “включены”, нужно посмотреть, где образуется РНК. Поэтому исследователи прикрепили краситель к молекуле, которая находит РНК в теле мухи. Если эту конструкцию ввести в развивающийся эмбрион, краситель будет накапливаться в местах активности генов, и его можно обнаружить в теле эмбриона с помощью микроскопа.

Нормальная дрозофила слева и мутантная форма справа.

Этого мутанта назвали Antennapedia, поскольку в том месте, где должна быть антенна, у него была нога

Этот ген мутанта Antennapedia с растущей из головы ногой в норме был активирован в очень специфическом месте – в голове. Более того, он контролировал формирование растущих из головы органов, будь то антенна или, как в случае мутанта, нога. Возможно, вам это что-то напоминает, поскольку то же самое наблюдал Эдвард Льюис, когда изучал хромосомы мутанта Bithorax несколькими годами ранее. Вспомните, что он обнаружил на хромосоме серию расположенных друг за другом генов, специфичных для разных сегментов тела и контролирующих развитие определенных органов. Возможно, этот ген головы был предвестником новых открытий, одним из группы генов, контролирующих развитие всех сегментов тела дрозофилы.

Полученные результаты отсылали Ливайна к статье Льюиса, вышедшей в 1978 году. Он надолго углубился в нее, читая и перечитывая по пятьдесят раз, но, по его словам, по-прежнему “не понимал ее до конца”.

Эта статья заставила Ливайна и Макгинниса проверить одно из главных предположений Льюиса – о том, что похожие гены должны располагаться на хромосоме рядом друг с другом. Выделив один ген, они начали проверять, нет ли в непосредственной близости от него каких-нибудь других похожих генов. Метод анализа был довольно грубым: они превращали тела дрозофил в пасту, выделяли оттуда ДНК, помещали смесь ДНК на гель и добавляли свой ген с красителем. Идея заключалась в том, что их ген будет действовать подобно липучке для ловли мух и связываться со всеми генами со сходной последовательностью. А краситель поможет найти и выделить эти гены.

Результат был однозначным: в геноме оказалось много похожих генов. Определяя последовательность каждого из них, Ливайн и Макгиннис установили, что все связавшиеся с красителем гены имеют небольшой почти идентичный участок ДНК. По удивительному совпадению то же самое открытие независимым образом сделал Мэтт Скотт из Университета Индианы.

Теперь, зная последовательности генов, ученые могли применить те же методы в более широком масштабе и посмотреть, в каких частях тела мухи эти гены проявляют активность в процессе развития и где они располагаются на хромосомах. Используя все те же приемы, которые были придуманы в начале работы с мутантами, ученые из разных лабораторий мира обнаружили нечто неожиданно прекрасное: все эти гены располагаются на хромосоме рядком, и каждый из них активируется в конкретном сегменте тела мухи.

В процессе этой экспериментальной гонки Ливайн беседовал с исследователем из другой лаборатории, и тот заметил, что мухи – не единственные животные с сегментированным строением тела. Тело земляного червя представляет собой трубку, состоящую из сегментов-блоков. Почему бы не посмотреть и на червей? Может быть, их гены тоже соответствуют сегментам тела.

После этого случайного замечания Ливайн и Макгиннис бросились в сад позади здания лаборатории и начали собирать всех противных ползучих существ, каких только смогли найти: червей, мух и разных других насекомых. Выделив из каждого из них ДНК, они стали проверять, нет ли и у них подобной последовательности генов. Такая последовательность нашлась. Но на этом ученые не остановились. Последующие эксперименты показали, что такая последовательность есть в ДНК лягушек, мышей и даже человека.

Дальнейшие исследования на червях, мухах, рыбах и мышах продемонстрировали универсальный принцип строения тел животных. Версии мушиных генов, ответственных за построение тела, обнаруживаются буквально у всех видов, от червей до человека. Все эти гены собраны на хромосоме вместе, как бусины на нитке. И каждый ген, по-видимому, проявляет активность в специфическом сегменте тела – головном, грудном или брюшном. Кроме того, как первым заметил Льюис, положение каждого гена на хромосоме соответствует порядку расположения сегментов от передней до задней части тела.

Статьи об этих генах относились к числу тех, которые повлияли на направление моей работы в области генетики и молекулярной биологии почти четыре десятилетия назад.