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

Мне повезло в разное время встречаться со всеми троими, но, работая в Национальных институтах здравоохранения, я особенно хорошо знал Маршалла Ниренберга. Его лаборатория и офис были этажом ниже моих в строении 36 обширного кампуса НИЗ, и я часто заходил к нему, когда только начинал заниматься секвенированием ДНК и геномикой. Открытый, доброжелательный человек, глубоко интересовавшийся всеми областями науки, он всегда увлекался новыми технологиями – до самой своей смерти. Открытие им совместно с Кораной генетического кода будут помнить как одно из самых значительных в науках о живом, так как оно объясняет, как линейный полимер ДНК кодирует линейную последовательность аминокислот в белках. Это основной принцип «центральной догмы» молекулярной биологии: информация переходит от нуклеиновых кислот к белкам.

1960-е стали началом молекулярно-биологической революции отчасти благодаря появлению возможности монтировать ДНК с помощью рестриктаз. Рестриктазы были независимо открыты Вернером Арбером в Женеве и Хэмилтоном О. Смитом, работавшим в Балтиморе. Хэм Смит, мой старый друг и сотрудник, опубликовал в 1970 году две важных статьи, описывающие рестрикционный фермент, полученный из бактерии Haemophilus influenzae. Один из ключевых биохимических механизмов, применяемых бактериями для защиты от чужой ДНК, – это ферменты, которые могут быстро нарезать на кусочки попавшую в клетку чужеродную ДНК, разрезая цепочку только в тех местах, где есть строго определенные последовательности нуклеотидов. Дэниэл Натанс, работавший со Смитом в Балтиморе, первым применил рестриктазы для «генетической дактилоскопии» и картирования. Эти ферменты позволяют ученым манипулировать с ДНК так же, как вырезают и вставляют фрагменты текста на экране компьютера. Способность резать генетический материал точно по известным местам – это основа всей генной инженерии и генетической экспертизы по ДНК. Эта экспертиза революционизировала криминалистику и идентификацию преступников по ДНК, оставленной на месте преступления, к примеру, в виде волос, кожи, спермы или слюны, отпечатков пальцев. Смит, Натанс и Арбер разделили в 1978-м Нобелевку за свои открытия: без них молекулярная инженерия могла и не возникнуть.

Семидесятые годы ХХ века принесли начало генно-инженерной революции – потенциально столь же глубокого изменения, как зарождение сельского хозяйства в неолите. Когда ДНК из одного организма искусственно помещают в геном другого и затем она воспроизводится и используется этим другим организмом, это называется рекомбинантной ДНК. Внедрение этой технологии было по большей части работой Пола Берга, Герберта Бойера и Стенли Нормана Коэна. Работая в Стэнфорде, Берг задумался, возможно ли вставить чужие гены в вирус, таким образом создав «переносчика», которого можно использовать, чтобы перенести эти гены в новые клетки. Его выдающийся эксперимент 1971 года состоял во внедрении участка ДНК бактериального вируса, известного как лямбда, в ДНК обезьяньего вируса SV40{56}.

Берг получил за эту работу свою долю Нобелевской премии 1980 года по химии, но он не сделал следующий шаг – не поместил рекомбинантную ДНК в животных. Первое трансгенное млекопитающее было создано в 1974 году Рудольфом Дженишем и Беатрис Минц, поместившими чужеродную ДНК в мышиный эмбрион{57}. Когда в обществе стало расти беспокойство на тему потенциальной опасности таких экспериментов, Берг сыграл активную роль в обсуждении того, насколько сдержаны и ограничены должны быть подобные разработки. В 1974 году группа американских ученых предложила мораторий на эти исследования. На очень представительной встрече, организованной в следующем году Бергом в отеле Asilomar Conference Grounds в Пасифик Гроув (Калифорния), были обозначены добровольные границы. Кое-кто опасался, что эти рекомбинантные организмы могут оказаться непредсказуемыми, болезнетворными и смертоносными, что они могут утечь из лабораторий и распространиться. Противовес этим страхам составляли аргументы в поддержку генетической инженерии, особенно те, что высказал Джошуа Ледерберг, профессор из Стэнфорда и нобелевский лауреат{58}. В 1976 году Национальные институты здравоохранения выпустили свои рекомендации по безопасному проведению исследований рекомбинантной ДНК, отзвуки которых до сих пор слышны в продолжающихся спорах о генно-модифицированных сельскохозяйственных растениях и в совсем недавних дискуссиях об использовании во благо и во зло исследований генетики гриппа.