Страница 58 из 93
Мюллис, сотрудник молодой биотехнологической компании Сеtus, долго вынашивал идею, которая должна была заметно облегчить расшифровку нуклеотидной последовательности ДНК. Длинные цепочки ДНК состоят из звеньев-нуклеотидов четырех типов — их обозначают буквами А.С.Т.G. Нуклеотидная последовательность — это тот порядок, в котором эти единицы выстраиваются в цепочку. Две нити знаменитой двойной спирали представляют последовательности, “дополняющие” друг друга: каждое А находится напротив Т в противоположной цепочке (и “привязано” к нему химически), а каждое С — напротив G. Для секвенирования применяют фермент, который копирует ДНК в процессе деления клетки. Чтобы заставить фермент (ДНК-полимеразу) двигаться вдоль цепи, нужен так называемый праймер. Это короткий фрагмент ДНК, специально синтезированный в лаборатории, и комплементарный, соответствующий, начальному участку той ДНК, которую собираются секвенировать. Мюллис рассуждал так: если взять два праймера, по одному на каждую нить двойной спирали (а разные нити, как известно, задают разные направления движения), то фермент будет перемещаться вдоль ДНК одновременно и вперед, и назад. Последовательности обеих нитей будут расшифровываться одновременно. Это будет дополнительной проверкой точности ответа, поскольку если последовательность одной нити известна, то последовательность другой легко воспроизвести (по принципу “дополнительности”). Впрочем, как оказалось, именно такая схема не работает:
Затем Мюллиса озарило: пусть энзим копирует сегмент с двумя праймерами на противоположных концах. Теперь предположим, что цепи свежевыделенной ДНК благополучно разделили (этого легко добиться нагреванием). Если в растворе хватает молекул праймера, фермент будет обрабатывать каждую новую нить. Из двух экземпляров получатся четыре, из четырех — восемь, и так далее. Загвоздка только в том, что при той температуре, при которой нити ДНК разделяются, фермент теряет активность, и каждый раз приходится добавлять новую его порцию. Эту трудность, впрочем, можно преодолеть, если взять фермент термофильной бактерии — из тех, что обитают в горячих источниках и содержат термостойкие белки. Мюллис продолжает:
Идея повторять процедуру раз за разом могла показаться до невозможного скучной. Однако я потратил много времени на написание компьютерных программ и был знаком с понятием рекурсивных циклов — математических процедур, которые снова и снова применяют к результатам последнего вычисления. Опыт подсказывал мне, какая сила скрыта в рекурсивных процессах с экспоненциальным ростом. Процедура репликации ДНК, которую я себе представил, должна была быть именно таким процессом. В восхищении я стал прокручивать у себя в голове степени двойки: 2, 4, 8, 16, 32… С трудом вспомнилось, что два в десятой степени — это что-то около юоо и что, следовательно, два в двадцатой примерно равно миллиону. Я остановил машину у поворота, откуда открывался вид на долину Андерсона. Из ящичка для перчаток я достал карандаш и бумагу. Нужно было проверить мои расчеты. Дженнифер, мой сонный пассажир, яростно возражала против такой задержки и против включенного света, но тут я заявил, что открыл нечто фантастическое. Не впе-чатлившись, она опять заснула. Я убедился, что два в двадцатой больше миллиона, и поехал дальше.
Утром в понедельник Мюллис, переполняемый восторгом, рассказал коллегам из корпорации Сеtus о своем методе, которому уже выдумал название — полимеразная цепная реакция, или ПЦР. Однако они сохраняли упрямое безразличие — разумеется, только до тех пор, пока не было доказано, что метод работает.
Вот, по крайней мере, та версия, которой придерживается Мюллис, но она не очень хорошо согласуется с воспоминаниями остальных. Ошибки, которые Мюллис допускал, работая в лаборатории, равно как и его утомительная склонность все преувеличивать, не слишком располагали к нему коллег. То, что ему тогда не очень доверяли, отчасти объясняет, почему идея ПЦР, впервые изложенная на лабораторном семинаре, встретила такой холодный прием. Но была и еще причина: как отмечал один из тогдашних сослуживцев Мюллиса, самое смешное в истории с ПЦР — то, что метод родился вовсе не из размышлений над какой-нибудь конкретной проблемой. Он оказался полезным для скромных задач, которыми занимался Мюллис, однако потом нашлись и другие применения, и их становилось все больше. Метод превратил Cetus в одну из ведущих биотехнологических компаний Америки и кардинально изменил ситуацию в биологии, биотехнологиях, сельском хозяйстве и фармацевтической промышленности. Теперь каждая биологическая лаборатория располагает специальным автоматическим устройством для “размножения” ДНК методом ПЦР. ПЦР позволяет получить осязаемое количество ДНК из образцов, содержащих всего несколько ее молекул — вроде пятна крови или спермы. Большинство биологов так до сих пор и не может понять, почему эта мысль пришла в голову не им, а Мюллису.
Рассказ про открытие ПЦР, который в основном следует версии Мюллиса, в книге: Bodmer Walter and McKie Robert, The Book of Man: The Quest to Discover our Genetic Heritage (Little, Brown, London, 1994), однако более подробное и непредвзятое изложение следует искать в книге: Rabinow Paul, Making PCR: A Story of Biochemistry (University of Chicago Press, Chicago, 1996).
Если умирать, то не от скромности
Немецкий ученый-эрудит Иоганн Генрих Ламберт родился в 1728 году в семье эльзасских бедняков. Интересы Ламберта, который был почти что самоучкой, распространялись на физику, математику и химию. Поселившись в Берлине, он привлек к себе внимание Фридриха Великого, который осыпал его всевозможными милостями. Но Ламберт был ненасытен:
Ламберт был невероятно тщеславен, и о его тщеславии ходит множество анекдотов. Как повествует один из них, Ламберта очень беспокоило, что король слишком уж медлит с его назначением в члены Королевской академии наук. Один из его друзей, некто Ачард, попытался ободрить приятеля: он, Ачард, уверен, что король наверняка назначит Ламберта академиком, и очень скоро.
— Я вовсе не так нетерпелив, как думают, — отвечал Ламберт. — Но это дело не моей, а его репутации.
Дни его правления сильно падут в глазах потомков, если я не стану академиком.
Назначение вскоре состоялось, и король Фридрих Великий спросил у Ламберта на одном из приемов, в какой области науки тот лучше всего разбирается, на что Ламберт застенчиво ответил:
— Во всех из них!
— Так вы еще и превосходный математик? — поинтересовался король.
— Да, Ваше величество.
— Кто же был вашим наставником в науках?
— Я сам, Ваше величество.
— Это значит, что вы — второй Паскаль?
— По меньшей мере, Ваше величество, — отвечал Ламберт.
Едва Ламберт ушел, король немедленно заявил, что, кажется, назначил в академики большого дурака.
Король был все же слишком скоропалителен в своих выводах: достижения Ламберта ничтожными никак не назовешь. Его работы по геометрии занимают достойное место в истории математики, его вклад в астрономию весьма значителен, а важная формула, описывающая поглощение света, носит его имя — закон Ламберта-Бэра.
Цит. по книге: Szabadvary Ferenc, History of Analytical Chemistry (Gordon and Breach London, i960).
Маленькие зеленые человечки, которых не было
В 1967 году Джослин Белл, аспирантка Кембриджа, занималась под руководством астронома Эндрю Хьюиша квазарами. Эти весьма активные источники радиоволн и излучений иного рода, открытые в 1963 году, оставались (и в какой-то мере остаются сейчас) загадкой для ученых. Теперь принято считать, что квазары — черные дыры — объекты настолько тяжелые, что они “схлопываются” под влиянием собственного притяжения и, ввиду невероятной плотности своего вещества, не выпускают наружу никакое излучение — как и следует из общей теории относительности[16]. А поскольку они выглядят точечными источниками излучения, то, как и звезды, мерцают из-за искажений, вносимых земной атмосферой, которая отклоняет лучи то в одну сторону, то в другую, пока те не достигнут наконец телескопа.