Великий квест. Гении и безумцы в поиске истоков жизни на Земле

Также Орджел пытался заставить нуклеиновые кислоты копировать себя, то есть заставить вторую цепочку нуклеиновой кислоты собраться на уже имеющейся и использовать ее как шаблон последовательности. Это оказалось не так уж просто. К 1967 году ему удалось добиться лишь ускорения синтеза коротких цепочек и фрагментов, и то в присутствии нужной матрицы^[260]. Это впечатляет, однако в эксперименте все же были использованы не исходные нуклеотиды, а их модифицированные версии^[261].

Итак, в этой области наметился некоторый застой. Все изменилось в ноябре 1982 года, когда одно неожиданное открытие сделало центром всеобщего внимания именно РНК.

Ключевой фигурой в этой истории стал Томас Чек, американский биохимик родом из Чехии^[262]. В детстве Чек обожал минералы и нередко заглядывал к профессорам местного университета с просьбой показать ему тот или иной кристалл. Однако, когда ему исполнилось двадцать, он переключился на нуклеиновые кислоты. В 1978 году Чек и его жена Кэрол были сотрудниками Колорадского университета в Боулдере.

Чек приступил к исследованиям генов одноклеточного организма Tetrahymena thermophila, инфузории, которая напоминает волосатый арахис микроскопических размеров^[263]. Команду Чека интересовал один конкретный ген – тот, что кодирует входящую в состав рибосом РНК. При копировании этого гена в форму матричной РНК одна его часть постоянно отваливалась. Казалось, нечто вновь и вновь отрезает ее словно ножницами, причем всегда в одном и том же месте. Чек решил, что виной тому ферменты, – только вот обнаружить их никак не удавалось. Даже после “многочисленных издевательств” с целью уничтожить всякий белок РНК по-прежнему оказывалась вырезанной^[264].

Разгадка оказалась одновременно простой и удивительной: кусок от себя отрезала сама РНК! Она умела изгибаться и, подобно ферменту, “перерезать” химические связи на другом конце собственной молекулы. Это была первая известная РНК, которая, как и ферменты, имела каталитическую активность^[265]. В ходе “относительно умеренных торжеств”, устроенных по этому поводу в лаборатории, Чек и его коллеги взялись обсуждать название для своего нового открытия и остановились на термине “рибозим” – аналог фермента (энзима), представляющий собой рибонуклеиновую кислоту (РНК).

Когда Крик и Орджел выдвинули предположение, что биологические катализаторы на основе РНК сыграли важную роль на заре жизни, никто и подумать не мог, что они по-прежнему существуют. Считалось, что со временем белки оставили их без работы. Открытие рибозимов стало мощным импульсом для развития концепции о первичности РНК.

Прошел год, и в 1983-м был обнаружен второй рибозим. Им стала рибонуклеаза P, способная “нарезать” РНК на небольшие кусочки. Она представляет собой цепочку РНК и белок, переплетенные так, что вся конструкция напоминает помятый гриб. Сидни Олтмену^[266] из Йельского университета удалось доказать, что данная РНК может и сама по себе выполнять химические реакции^[267]. В отличие от отрезающего от себя кусок рибозима Чека, эта молекула в ходе химической реакции оставалась неизменной, то есть была “истинным катализатором”.

Открытие рибозимов стало важным стимулом для публикации Уолтером Гилбертом статьи, анонсировавшей Мир РНК. Гилберт собрал вместе ряд отдаленно связанных предположений и фактов и свел их в единую теорию. После долгих лет прозябания в трясине проблема зарождения жизни воспряла и вернула себе привлекательность.

Стал более интенсивным и поиск способной к саморепликации РНК – важного участника гипотезы о Мире РНК. Подтолкнул ученых к этому все тот же Чек, команда которого в 1988 году показала, что рибозим тетрахимены способен присоединять нуклеотиды к молекуле-затравке и тем самым создавать фрагменты нуклеиновых кислот длиной в 10–11 нуклеотидов^[268]. Чек, некогда довольно настороженно относившийся к связи его работы с зарождением жизни, теперь вовсю втянулся в проблему и писал о том, что эти данные “подтверждают теории о саморепликации пребиотической РНК”.

Все это вдохновило ученого по имени Джек Шостак на поиск более совершенного рибозима. Группа ученых^[269] под его началом продемонстрировала, что рибозим способен соединять несколько коротких нуклеиновых кислот в одну большую – в том случае, если они расположены вдоль цепочки, служащей матрицей^[270].

Хотя это и выглядело весьма многообещающе, однако два года спустя был получен еще более значительный результат. Студент Дэвид Бартел создал большое количество РНК со случайной последовательностью и проверил их на каталитическую активность. Ученый извлек РНК с этими свойствами, случайным образом изменил их последовательность и заново оценил активность. Десять раундов спустя Бартел получил рибозим, способный соединять вместе два меньших фрагмента РНК почти так же, как это делают современные белки-ферменты^[271].