Страница 2 из 9
К 1966 году был расшифрован код каждой аминокислоты, а также коды для начала и конца фраз, сообщающих о том, как строить белки. Уотсон помог выяснить механизм чтения этих наследуемых сообщений. Он изучал молекулу-посредник РНК, которая перемещает содержащуюся в ДНК генетическую информацию по всей клетке. Это исследование привело к формулировке того, что он назвал центральной догмой молекулярной биологии, а именно, что ДНК создает РНК, а та в свою очередь создает белок (хотя впоследствии Уотсон признавался, что он тогда не знал, что на самом деле означает слово «догма»).
Как и большинство других правил, эта центральная догма вскоре начала обрастать подробностями и исключениями. В некоторых вирусах РНК сама по себе служит генетическим материалом. Что важнее, направление передачи информации может обращаться вспять. Вместо того чтобы передавать инструкции для клетки от ДНК посредством РНК, некоторые вирусы (как, например, вирус, вызывающий СПИД) заставляют клетки хозяина делиться и создавать копии ДНК, содержащие геном вирусной РНК.
Генетики, начавшие работать с этой «дурацкой молекулой», были поражены четкостью ее кода. Но при дальнейших исследованиях биология – в которой редко встречаются чистые формы и которая никогда не бывает простой – взяла вверх. Архитектура генов в настоящее время представляется более барочной и изощренной, чем ожидалось в 1953 году. У многих живых организмов ДНК – это не простая цепь инструкций, а весьма запутанная структура. Но отсутствие четкого порядка не так уж удивляет: в конце концов, гены эволюционировали, а эволюция славится тем, что грубо и сиюминутно подстраивает свои творения под наш непредсказуемый мир.
Тем не менее для основателей молекулярной биологии стал потрясением тот факт, что работающие гены высших организмов составляют лишь небольшую долю их ДНК. Очень часто последовательность генов прерывают цепочки оснований, которые совсем ничего не кодируют. Какой бы нелогичной ни казалась вся последовательность, она тем не менее прочитывается и переносится в РНК, а потом – с чуждой математике извращенностью – редактируется с вырезанием лишних отрезков. Что еще более странно, ДНК во многом состоит из одних и тех же повторяющихся последовательностей. За серией букв следует серия их зеркальных отражений, а затем оригинал повторяется вновь – и так тысячи раз. Среди них затесались «трупы» давно устаревших и недействующих генов, которые можно опознать только благодаря их сходству с другими, до сих пор функционирующими. Представление о генетическом материале изменилось. Теперь ДНК воспринимается не как простой набор инструкций. Это скорее пустыня из жестких камней и отходов, убывающих в процессе разложения.
Исследования РНК-посредников помогают проследить, какие гены кодируют белки и сколько их всего. Количество генов на удивление невелико: у человека их всего шестьдесят тысяч. В красных кровяных тельцах активны шестьдесят шесть; в печени или почках – от двух до трех тысяч. В мозге одновременно действует половина общего количества.
Девятнадцатое столетие проигнорировало Менделя, потому что механизм наследия казался менее загадочным, чем то, что он производит. Почему из почти похожих оплодотворенных яйцеклеток в одном случае получается слон, а в другом угорь? Что, если на то пошло, дает толчок для развития угрей или слонов? По мере того как создаются списки последовательностей оснований ДНК – уже полные для некоторых бактерий и дрожжей и почти полные для определенных червей; для самого же человека определено три миллиарда оснований нашего генетического материала[1], – эти старые вопросы задаются снова.
Разные ветви биологии в настоящее время объединяет теория эволюции. Новая генетика поддерживает – а по сути дела доказывает – теорию Дарвина об общем происхождении. Она говорит о том, что все живые организмы объединены иерархией связей между собой. Она показывает, что родство, скажем, между человеком и бананом гораздо ближе, чем между двумя внешне неразличимыми бактериями. Грибы же, в свою очередь, более разнообразная группа различающихся между собой организмов, нежели животные и растения, если рассматривать их как одну группу, включающую в себя слонов, угрей и деревья.
Дарвин низверг человека с его пьедестала. Исследования ДНК, фигурально выражаясь, ткнули человека лицом в биологическую грязь. У людей и шимпанзе 99 % генов общие. Человеческие наследуемые заболевания встречаются у мышей, кошек и собак. Гены, контролирующие фундаментальные биологические процессы, такие как деление клеток, схожи, даже если организмы отличаются настолько, как мы и дрожжи. Такой эволюционный консерватизм означает, что для исследования генома человека можно использовать гены других существ, порой очень даже неожиданных. У японской рыбы фугу (более известной тем, что ею можно отравиться, если приготовить не так, как следует) в ДНК по каким-то причинам отсутствуют имеющиеся у нас фрагменты избыточной ДНК. Ее используют для картирования генов – тех, последовательность которых близка к последовательности генов человека, – чтобы избежать долгого и нудного путешествия по молекулярной пустыне.
Но, несмотря на генетическое сходство, люди и рыбы – или даже люди и шимпанзе – заметно отличаются друг от друга. То, как ДНК в практически бесформенной яйцеклетке контролирует процесс ее превращения во взрослый организм, остается почти загадкой. Некоторые гены кодируют производство белков, служащих переключателями во время раннего развития и подталкивающих эмбрион в том или ином направлении. Они необязательно должны быть сложными: так, например, тот, благодаря которому эмбрион человека развивается как мужчина или как женщина (со всеми сопутствующими последствиями), состоит всего лишь из пары сотен оснований. Другие гены, производящие сходный эффект (например, заставляющие муху отрастить лишнюю пару крыльев), также довольно просты. В настоящее время вернулось викторианская одержимость двумя родственными вопросами – развитием организма из яйцеклетки и развитием организмов от простейших к сложным. Они и будут доминировать в биологии двадцать первого столетия.
Но какие бы фундаментальные достижения ни совершались на этом поприще, генетикой, как и многими другими науками, часто занимаются из простых соображений прибыли. Начиная с 1953 года она совершила настолько стремительный прогресс, что какое-то время ее коммерческие перспективы казались безграничными. Бум биотехнологий позволял надеяться, что все имеющие к нему отношение смогут получить, как обещал в свое время доктор Джонсон при продаже пивоварни Трейла,
не просто набор котлов и чанов, но и богатство, превосходящее границы самого алчного воображения[2].
Однако, хотя в этой сфере и было несколько успехов (например, создание бактерий, производящих белки для лечения гемофилии, или овец, дающих молоко с гормоном роста человека), по большей части эти биотехнологические компании не произвели ничего стоящего[3].
Точно так же столкнулось с суровой реальностью еще одно проявление биологической гордыни. Некогда казалось, что наследственные заболевания можно будет легко устранять, вставляя нужные куски в поврежденную ДНК. Но до сих пор это остается более обещанием, чем реальностью. Конечно, исследуя генетические дефекты, мы определенно облегчаем их излечение. Все «великие убийцы» западного мира – рак, болезни сердца, диабет – имеют наследственную составляющую. Идентифицировать людей, склонных к таким болезням, – первый шаг на пути их лечения. Можно также убедить людей изменить образ жизни. Наследственная вариативность восприимчивости к табаку означает, что если бы все курили, то рак легких был бы генетическим заболеванием. Осознание того, что сигареты неминуемо убьют тебя, послужило бы серьезным поводом задуматься для тех, кто входит в группу наибольшего риска.
1
За два с небольшим десятка лет, прошедших с момента написания этих строк, геном и человека, и многих других организмов был прочитан полностью, и в наши дни задача определения последовательности оснований ДНК превратилась в рутинную вспомогательную процедуру при решении тех или иных вопросов биологии – например, уточнении систематического положения различных организмов. – Здесь и далее примеч. науч. ред.
2
Речь о знаменитом английском писателе и лексикографе Сэмюеле Джонсоне (1709–1784), который после смерти своего друга Генри Трейла, владельца самой большой пивоварни в Лондоне, помогал его наследникам с продажей бизнеса.
3
В наше время получено множество генно-модифицированных организмов, в том числе с весьма полезными свойствами, и дальнейшее развитие в этом направлении сдерживается в первую очередь не научными неудачами, а юридическими ограничениями и во многом иррациональными страхами по поводу ГМО, имеющими хождение в обществе.