Что может биотехнология?

Складнев Дмитрий Анатольевич

Если такие бессмысленные тройки помещали в середину структурной части гена, то синтез белка останавливался. Ту или иную «стоп»-тройку всегда находили в конце структурной части гена.

В своей лекции в Стокгольме Х. Г. Корана сказал в 1968 г.: «Теперь нам нужно научиться встраивать и вырезать гены. И когда — в далеком будущем, — это станет возможно, возникнет соблазн коренным образом изменить всю нашу биологию».

Эти слова очень созвучны словам Крика, который ворвался в конце марта 1953 г. в кембриджский паб: «Мы открыли секрет жизни!». Уотсон был сдержаннее, но все равно «собрался переписать всю Библию, обратившись к истокам жизни на Земле, чтобы узнать, что из этого выйдет».

Биология решила две величайшие

загадки жизни. Она узнала, из чего состоят наши гены и как они работают, прочитав язык, на котором говорит вся жизнь. Биология поняла, что код жизни уникален и универсален.

Биология получила в свое распоряжение кольцо царя Соломона, с помощью которого можно теперь говорить с любым живым существом. И Корана наметил путь дальнейшего развития науки о жизни — «научиться встраивать и вырезать гены». Он считал, что это «станет возможно в далеком будущем».

Но похоже, что никто не собирался долго ждать этого будущего. Его решили делать сегодня.

Рис 2. Схема транспорта белка в клетке

а) Двухцепочная спираль ДНК

б) Одноцепочная спираль РНК

в) Транспортные РНК с молекулами аминокислот на «хвосте»

г) Рибосома, на которой происходит синтез белка из аминокислот

д) Синтезированная белковая цепь

Мораторий Берга

Летом 1973 г. Р. Поллак, сотрудник Дж. Уотсона, который к тому времени уже возглавлял лабораторию в Колд-Спринг-Харборе, позвонил Полу Бергу в Станфордский университет, что неподалеку от Сан-Франциско в Калифорнии. Незадолго до этого звонка Поллак узнал, что Берг разрабатывает планы введения генов ракового вируса СВ-40 в кишечную палочку с помощью ее плазмиды. В ходе эксперимента планировалось клонировать раковые гены. Это было необходимо для того, чтобы иметь возможность изучать эти гены с помощью методов молекулярной биологии.

Здесь необходимо сделать остановку, чтобы разъяснить значение некоторых слов, иначе будет непонятен дальнейший рассказ. Итак, раковый вирус СВ-40. Он был выделен у обезьян и хорошо трансформировал их клетки в культуре ткани.

Культурой ткани называется способ выращивания клеток в стеклянных чашках и пробирках. Этот метод был создан французом А. Каррелем, который долгое время работал в Америке. В 1912 г. Каррель был удостоен за свое открытие Нобелевской премии по медицине.

Но метод культуры не мог получить широкого распространения до появления антибиотиков, которые предотвращали развитие болезнетворных микроорганизмов. Как удавалось Каррелю в конце XIX и начале XX в. — когда об антибиотиках никто и не слышал — поддерживать свои культуры, до сих пор остается загадкой. А ведь некоторые культуры он сохранял по тридцать лет!

Культуры хороши тем, что в них легко размножается вирус, который не живет вне клетки. В институте Солка Р. Дальбекко научился с помощью СВ-40 трансформировать клетки, то есть делать их раковыми, тем самым подтвердив вирусную теорию рака. Как известно, первый раковый вирус был открыт еще в 1908 г. двумя французами — О. Бангом и В. Эллерманом, однако главное открытие в этой области принадлежит американцу П. Раусу, который в 1911 г. писал в своей статье о «фильтрующемся агенте», вызывающем саркому у кур. Со временем этот вирус получил название «вирус саркомы Рауса» (ВСР) и за его открытие Раус в 1966 г. — через 55 лет — был удостоен Нобелевской премии.

Почему это так произошло — тема другого рассказа, сейчас же скажем, что наука о раковых вирусах сделала огромный скачок после войны,

когда антибиотики позволили широко распространить по лабораториям метод культуры тканей.

В 50-е годы в дебрях Африки работал английский врач Л. Беркит. Там он столкнулся с интересной формой рака лимфатических узлов у детей. В 1961 г. он, будучи уже в Англии, читал курс лекций в Школе тропической медицины, одну из которых посетил М. Эпштейн. В это время все только и говорили о раковых, или онкогенных, вирусах, поэтому Эпштейн заподозрил наличие вируса и в случае Беркита. Он поехал в Кампалу к Беркиту, где сумел выделить вирус из крови больных, а затем и увидеть его под электронным микроскопом. Сообщение об этом появилось в печати в 1964 г. Так был открыт первый раковый вирус человека. Эпштейну помогала его сотрудница И. Барр, поэтому вирус был назван «вирус Эпштейна-Барр» (ЭБВ).

ЭБВ оказался очень интересным: в Африке он вызывает — если это действительно так — лимфому Беркита, в Юго-Восточной Азии г— опухоль в носоглотке. Поэтому ЭБВ так и считали одним из раковых. Но вот в Филадельфии случайно выяснилось, что у представителей белой расы этот вирус вызывает инфекционный мононуклеоз, похожий по своим симптомам на гепатит, то есть воспаление печени.

И СВ-40 и ЭБВ относятся к так называемым ДНК-содержащим вирусам (бактериофаги тоже). Но многие раковые вирусы, например тот же ВСР, вместо ДНК имеют РНК. Эти РНК-содержащие раковые вирусы представляли собой неразрешимую биологическую загадку: каким образом они могли «встраивать» свои гены в геном клетки-хозяина (геномом, напомним, называется совокупность генов). В то время было известно, что на ДНК синтезируется и-РНК, а на ней, уже синтезируется белок. Для нормального развития вируса он должен сначала «встроить» свои гены между клеточными, и только после этого размножаться.

Р. Дальбекко доказал, что в трансформированных, или переродившихся злокачественных клетках имеется специфическая вирусная ДНК СВ-40. Выяснилось также, что СВ-40 имеет всего три гена, два из которых отвечают за синтез белков оболочки. Забегая несколько вперед скажем, что третий ген, или Т-ген (от греческого слова «тумор» — опухоль), вызывает перерождение клеток.

В 1969 г. журнал «Нейчер» в номере от 22 ноября сообщил потрясающую весть о выделении первого гена у кишечной палочки. Фотографии этого гена обошли тогда весь мир. Это было сделано в лаборатории Дж. Беквита в Гарварде. Открылась реальная возможность прямого манипулирования генами. Еще менее чем через десять лет это привело к рождению современной биотехнологии!

Но самое главное открытие ждало мир через полгода. Чтобы понять его значение, необходимо вернуться ненадолго в год 1939-й. Тогда в «Докладах Академии наук» появилась статья 33-летнего ученого С. М. Гершензона, которая называлась «Вызывание направленных мутаций у дрозофилы». В статье излагались результаты скармливания личинкам мушек «тимусной» нуклеиновой кислоты (ДНК) теленка, в результате чего получали наследуемые изменения крылышек насекомых. Так за пять лет до Эйвери, Маккарти и Маклеода была доказана возможность чужеродной ДНК влиять на наследственные признаки организма. К сожалению, началась война, и мы утеряли свой приоритет в этой области.

Значительно позже, уже в 1960 г., Гершензон вернулся к этой проблеме, но решил модифицировать опыт. Среди вирусов, поражающих гусениц бабочек, известен так называемый «вирус ядерного полиэдроза» (ВЯП), который под электронным микроскопом похож на «полиэдр», или многогранник.

Так вот, Гершензон заразил гусениц не молекулой ДНК вируса, а его РНК, выделенной из клеток, пораженных ВЯП. И получил прекрасные вирусные частицы, свидетельствовавшие о том, что информация могла считываться не только с ДНК для синтеза РНК, но и наоборот! Это было непостижимо, ведь все знали, что генетическая информация идет только в одном направлении, как же она может идти в обратном!