Да сгинет смерть! Победа над старением и продление человеческой жизни - Курцмен Джоэль - Страница 39

39

Однако в 1944 г. Освальд Эвери и его коллеги по Рокфеллеровскому институту в Нью-Йорке обнаружили, что гены состоят не из белка, а из ДНК. Сама ДНК была обнаружена в 1869 г. немецким химиком Фридрихом Мишером, но считалось, что по сравнению с белками ее роль незначительна. Эксперименты Эвери с бактериями пневмонии показали, что новые признаки могут быть переданы от бактерий пневмонии одного типа бактериям другого типа в процессе, называемом трансформацией. Если бы гены состояли из белка, то признаки, контролируемые данными генами, могли бы быть переданы при обмене белками между бактериями. Но Эвери доказал, что признаки не передаются с белком; это обеспечивает только передача ДНК. По свидетельству Эрнеста Борека, химика из Нью-Йоркского университета, "Эвери не утверждал этого, но фактически он выделил генетический материал клетки. Так сошлись два независимых пути исследований: один из них начался с открытия Мишером ДНК, другой — с дедукции законов наследственности, выведенных Менделем".

Эвери был застенчивым и вместе с тем увлеченным человеком; он был настолько поглощен своими исследованиями в Рокфеллеровском институте, что поселился напротив, чтобы жить поближе к месту работы. Его преданность науке оправдала себя, и ученые, пытавшиеся разгадать, каким образом гены обусловливают появление унаследованных признаков, получили важный ключ к решению. Как только выяснилась химическая природа ДНК, она стала доступна обсуждению, и это могло пролить свет на все, чем управляет ДНК, — речь идет не только о цвете глаз, но о самой жизни, старении и смерти.

Открытие Эвери, заключавшееся в том, что гены представляют собой ДНК, вызвало огромный интерес во всем мире, и ученые наперебой принялись изучать ДНК, пытаясь открыть секрет ее действия. Возглавили эту гонку две группы: Лайнуса Полинга с коллегами в США и Джеймса Уотсона и Фрэнсиса Крика в Англии.

Американец Уотсон, получивший степень доктора биохимии в Университете штата Индиана, и англичанин Крик, выпускник английского высшего учебного заведения, комбинируя данные опытов, проведенных другими учеными, сформулировали гипотезу о структуре ДНК. Их статья, опубликованная в 1953 г. в английском журнале Nature, начиналась таким скромным введением: "Мы хотели бы предложить структуру… ДНК. Эта структура имеет некоторые новые свойства, которые представляют значительный интерес для биологов". Структурная модель Уотсона и Крика показывала, каким образом состоящие из ДНК. гены влияют на возникновение характерных признаков в клетке посредством производимой ими РНК. Действуя в качестве "гонца" от ДНК, РНК переносит в клетку "приказы" по производству разнородных белков, входящих в структуру клетки и определяющих ее метаболизм. Это описание функции клетки получило название "центральной догмы", так как современные ученые превратили ее почти в символ веры: ДНК создает РНК, которая создает белки — основу существования клетки.

Но если ДНК — ключ к жизни клетки, она может быть и ключом к ее смерти. Могут существовать "гены смерти", управляющие синтезом белков, которые понемногу вызывают старение и убивают клетки. А возможно, по мере старения клеток функция ДНК становится менее выраженной, и это постепенно приводит к прекращению функционирования клетки, вызывая симптомы, которые мы называем старением. Не удивительно, что многие ученые после Уотсона и Крика изучали ДНК, стремясь научиться управлять характерными свойствами клеток, в том числе влиять на процесс их старения.

Наиболее успешные методы изучения ДНК разработаны на бактериях и вирусах, так как они довольно просто устроены и вместе с тем несут те же характерные признаки, что и остальные живые организмы: у них есть ДНК, и они синтезируют РНК и белки.

Вирусы проникают в другие живые организмы — в бактерии, растения или животные, — вторгаясь в их клетки, "грабя" их и заставляя производить новые вирусы; таков их образ жизни. Поэтому изучение вирусов может дать нам информацию о том, как ДНК управляет синтезом РНК и белков, в том числе и тех белков, которые могут стать причиной старения.

Экспериментальная генная инженерия

Поль Берг, как и многие другие ученые, занимался изучением ДНК на бактериях. В состав многих бактерий входят кольцеобразные молекулы ДНК, называемые плазмидами, и в 1973 г. Берг начал эксперименты с особой плазмидой, имеющей шифр pSC101. Плазмиды обеспечивают устойчивость бактерий к антибиотикам, а эта плазмида (из бактерии Escherichia coli, сокращенно — E. coli) повышала устойчивость бактерии к антибиотику тетрациклину.

Вначале Берг выделил из бактерий некоторые рестрикционные ферменты (рестриктазы), играющие роль внутренней полиции, которая постоянно "рыщет" в поисках чужеродной ДНК, например входящей в состав многих вирусов. Когда в бактериальную клетку внедряется чужеродная ДНК, эти ферменты мгновенно обнаруживают агрессора и разрушают его, при этом чужая ДНК становится пищей для клетки, в которую она вторглась. Таким образом клетки защищаются от вирусов.

Выделив нужные ферменты в чистом виде, Берг поместил их в пробирку вместе с плазмидами. Рестрикционные ферменты незамедлительно напали на кольцевые плазмиды. Результатом этой атаки на ДНК явилась пробирка, полная длинных, нитевидных фрагментов плазмидной ДНК с "липкими" концами. Вообще-то говоря, "липнут" эти концы избирательно: они слипаются только с другими кусками ДНК, которые появились в результате действия того же рестрикционного фермента.

Берг решил использовать эту избирательную "липучесть", чтобы включать в плазмиды дополнительные гены. В своих опытах он использовал гены канцерогенного вируса, который вызывает опухоли у обезьян. Берг изолировал ДНК вируса рака и обработал ее тем же рестрикционным ферментом, которым он пользовался для получения плазмид с липкими концами. Таким образом, он получил некоторое количество фрагментов вируса рака, каждый из которых содержал часть генов вируса, и все они обладали "липкими" концами. После этого исследователь добавил эти фрагменты к плазмидам — "липкие" концы тут же соединились с плазмидами. Теперь каждая кольцевая плазмида включала в себя фрагмент вируса рака, то есть часть его генов.

Рис. 8. Монтаж (сплайсинг) генов. Вверху (1, 2): как монтируются (сращиваются) гены; внизу (3, 4): как можно представить себе введение сращенных 'омолаживающих' генов в организме человека

Затем этим видоизмененным плазмидам с их "нагрузкой" в виде вируса рака дали возможность проникнуть в нетронутые клетки бактерии E. coli. Бергу удалось показать, что после внедрения плазмид в клетку гены вируса рака могут начать синтезировать белки вируса при условии, что они попали в бактению неповрежденными и способными функционировать. Иными словами, монтируя гены, ученый сотворил гибрид вируса рака и бактерии. Методика, по словам Берга, "очень простая и вполне осуществимая даже в школьных опытах".

Вслед за Бергом другие ученые использовали плазмиды для введения ДНК мыши или лягушки в клетки бактерий. При дальнейшем совершенствовании этой методики, быть может, удастся непосредственно комбинировать растения с животными в существа, которых нет в природе, — как позже пошутил один из участников Асиломарской конференции, "скрестить апельсин с уткой мандаринкой".

Но все это грозит серьезными опасностями. Прежде всего, излюбленные экспериментаторами бактерии, в которые вводили новые гены, — это E. coli, естественный и постоянный обитатель кишечника человека. Поэтому, если бы организмы, полученные в лаборатории Берга путем комбинации E. coli с вирусами рака, случайно оказались на свободе, то гибридные бактерии отправились бы прямехонько в кишечный тракт людей. А это могло бы привести к эпидемии рака кишечника среди населения.