Жизнь на скорости света. От двойной спирали к рождению цифровой биологии

Если мы были правы, что, конечно, еще не доказано, то это значит, что нуклеиновые кислоты – не только структурно важные, но и функционально активные вещества в определении биохимических активностей и специфических характеристик клеток, и что посредством известных химических веществ возможно индуцировать предсказуемые и наследуемые изменения в клетках. Это было давнишней мечтой генетиков.

Освальд Эвери в письме к своему брату Рою, 1943{44}

В том же году, когда Шрёдингер читал свои эпохальные лекции в Дублине, наконец была открыта химическая природа его «кодированной записи» и вообще наследственности. Это дало новый взгляд на тему, интересовавшую, интриговавшую, захватывавшую и морочившую наших предков с самой зари человеческого сознания. У великого воина могло быть много детей, но ни один из них не имел той же стати или склонностей к битвам. Иные семьи поражала некая болезнь, причем она проявлялась из поколения в поколение в каком-то случайном порядке, ею страдали одни потомки и не болели другие. Почему у индивидуумов проявляются или, чаще, не проявляются определенные физические черты родителей и даже более дальних родственников? Одни и те же вопросы задавали тысячи лет, и не только о нашем собственном виде, но и о скоте, посевных культурах, плодовых растениях, собаках и так далее.

На протяжении тысячелетий со времени зарождения земледелия и одомашнивания животных об этих тайнах появлялось много догадок. У Аристотеля было смутное представление о фундаментальных принципах, когда он писал, что в курином яйце заключено «понятие» цыпленка, а желудь «осведомлен» о том, как устроен дуб. В XVIII веке в результате развития знаний о растительном и животном разнообразии, а также систематики стали появляться новые идеи о наследственности. Дед Чарльза Дарвина, Эразм Дарвин (1731–1802), могучая интеллектуальная сила в Англии XVIII века, сформулировал одну из первых формальных теорий эволюции в первом томе «Зоономии, или Законов органической жизни»{45} (1794–1796), где он сказал, что «все живые животные произошли от одного живого волокна». Классическая генетика в том виде, как мы ее понимаем, началась в 1850-х и 1860-х, когда моравский монах Грегор Мендель (1822–1884) попытался составить правила наследственности, по которым происходит гибридизация растений. Но лишь в последние семьдесят лет ученые сделали замечательное открытие, что «волокна» или «нити», которые предложил Эразм Дарвин, действительно используются для программирования каждого организма на планете с помощью молекулярных роботов.

До середины прошлого века большинство ученых считали, что нести генетическую информацию могут только белки. С учетом того, что жизнь так сложна, они полагали, что ДНК – полимер, состоящий всего из четырех химических единиц, – слишком проста по строению, чтобы передавать достаточно данных следующему поколению, и что это просто поддерживающая структура для белкового генетического материала. Белки же сделаны из двадцати разных аминокислот и имеют сложную первичную, вторичную, третичную и четвертичную структуры, а ДНК – это всего лишь полимерная нить. Только белки, которые окутывают хромосомы, казались достаточно сложными, чтобы работать как шрёдингеровский «апериодический кристалл», способный нести весь объем информации, которую следует передавать от клетки к клетке во время ее деления.

Это отношение начало меняться в 1944 году, когда были опубликованы подробности красивого простого эксперимента. Открытие, что именно ДНК, а не белок, настоящий носитель наследственной информации, было сделано Освальдом Эвери (1877–1955) в Рокфеллеровском университете в Нью-Йорке. Выделив вещество, которое могло менять некоторые свойства одного штамма бактерий на свойства другого в процессе, называемом трансформацией, он обнаружил, что полимер ДНК и был на самом деле тем «трансформирующим фактором», который придавал клеткам новые свойства.

Эвери, которому тогда было 65 лет и который уже собирался на пенсию, и его коллеги Колин Манро Маклеод и Маклин Маккарти повторили то же наблюдение, что почти на двадцать лет раньше сделал бактериолог Фредерик Гриффит (1879–1941) в Лондоне. Гриффит изучал пневмококк (Streptococcus pneumoniae) – бактерию, которая вызывает эпидемии пневмонии и существует в двух разных формах: R-форме, которая под микроскопом выглядит шершавой (rough) и незаразна, и S-форме, или smooth, гладкая, которая может вызывать смертельно опасную болезнь. У пациентов с пневмонией обнаруживались обе формы – R и S.