Золото, пуля, спасительный яд. 250 лет нанотехнологий
Шрифт:
Розалинд Франклин, 31 год, из еврейской банкирской семьи, химик по образованию, резкая в суждениях, нетерпимая в спорах, зацикленная на идее женского равноправия. После защиты кандидатской диссертации в 1945 году в Кембридже переехала в Париж, где занималась рентгеноструктурным анализом углей и графита и достигла в этом высокого профессионализма. В 1950 году Джон Рэндалл пригласил ее на работу в Королевский колледж. Предполагалось, что Франклин будет заниматься исследованиями ДНК вместе с Уилкинсом, фактически в роли его ассистентки. Франклин настояла на том, что будет работать самостоятельно и потребовала, чтобы ей были переданы все новое оборудование и лучшие образцы кристаллической ДНК, имевшиеся в распоряжении лаборатории, к ней же в качестве аспиранта перешел и единственный сотрудник Уилкинса Раймонд Гослинг. Уилкинс ничего не смог противопоставить такому напору, он постенал и смирился, продолжив работать на том
Джеймс Уотсон, 23 года, американец, длинный, тощий, лохматый, по юношескому экстремизму считающий большую часть окружающих, включая коллег-ученых, недоумками разной степени тяжести, признанный гений с детства. В 15 лет поступил в Чикагский университет, в 22 года защитил кандидатскую диссертацию по зоологии. Был первым и, как часто бывает, любимым аспирантом Сальвадора Лурия (1912–1991), перебравшегося в США из Италии и ставшего в 1969 году нобелевским лауреатом по физиологии и медицине “за открытия, касающиеся механизма репликации и генетической структуры вирусов”. Уотсон подключился к этим исследованиям в самом их начале, собственно, именно этим он и занимался в своей аспирантской работе. Тогда он впервые услышал об эксперименте Эвери – Маклеода – Маккарти и безоговорочно уверовал в то, что ДНК служит носителем наследственной информации. Но ни он, ни его руководители ничего не понимали в нуклеиновых кислотах, так что Уотсона в 1950 году отправили на стажировку в Данию к известному биохимику Герману Калькару, который работал в этой области. Они не нашли взаимопонимания, Уотсон хотел заниматься структурой ДНК, у Калькара на его счет были свои планы, так что год стажировки прошел почти что впустую. Весной 1951 года Уотсон отправился на конференцию в Неаполь, где услышал доклад Уилкинса. Из него он впервые узнал, что для установления структуры ДНК может быть использован метод дифракции рентгеновских лучей. О самом методе он тоже знал понаслышке. Для освоения метода он стал добиваться перевода в Кембридж. Осенью 1951 года он прибыл в Кавендишскую лабораторию, в группу Макса Перуца, где встретил родственную душу – Фрэнсиса Крика. Они быстро сошлись.
Собственно, в этот момент и начинается наша история. В Кавендишской лаборатории царила нервная обстановка из-за недавнего сообщения Полинга о расшифровке вторичной структуры белков. Пусть это была всего лишь гипотеза, но приоритет в открытии альфа-спирали теперь принадлежал Полингу – американцу! Это понимал и Уильям Брэгг [36] , директор лаборатории, справедливо считавший себя одним из отцов рентгеноструктурного анализа, и Макс Перуц, на протяжении нескольких лет совершенствовавший технику съемки дифрактограмм и методы их расчета и вплотную подошедший к расшифровке структуры белков. Они жаждали реванша, это стало их навязчивой идеей. Одержим ею был и Крик. И тут ему представился случай впервые проявить себя во всей красе. Буквально за два дня он вместе с двумя другими сотрудниками лаборатории, Стоуксом и Кокрэном, разработал математическую модель того, как спиральная структура должна отражаться в рентгеновских дифрактограммах. Написанную тут же статью немедленно послали в журнал “Nature”, а копию Полингу – знай наших!
36
Уильям Лоренс Брэгг (1890–1971), будучи студентом-исследователем в Кембридже, предложил в 1912 г. уравнение, описывающее дифракцию рентгеновских лучей на кристаллах и позволяющее рассчитывать положение атомов в кристалле. За это открытие он вместе со своим отцом Уильямом Генри Брэггом получил в 1915 г. Нобелевскую премию по физике, став самым молодым лауреатом за всю историю премии.
Но это было лишь малой компенсацией. Никто почему-то не сомневался, что следующим объектом, за который примется Полинг, будет ДНК, а уж если он возьмется, то непременно сделает. Мы должны опередить его, это будет наш триумф! Крик с Уотсоном, отбросив все дела, стали размышлять, как подступиться к проблеме. Уотсон безоговорочно уверовал в спираль, как раньше уверовал в ДНК. Как биолог он знал, что спираль – самая простая из природных форм, поиск вначале надо было вести в этом направлении. Крик посоветовался с Уилкинсом, и тот показал полученные им дифрактограммы. Они сошлись в том, что в них явственно проступают черты спирали. Уилкинс предположил, что эта спираль состоит из трех полинуклеотидных цепей. Уотсон почитал отчет Франклин о работе, проделанной в Королевском колледже. Отчет был
На Уилкинса и Франклин было мало надежды, они могли получать свои улучшенные дифрактограммы и полгода, и год. Крик с Уотсоном решают идти путем Полинга: не дожидаясь экспериментальных результатов, попытаться собрать молекулярную модель ДНК из шариков, изображающих атомы, и стерженьков. Проблема заключалась в том, что с химией они оба были не в ладах. Пришлось опять обращаться за помощью к Полингу, из его срочно купленной книги “Природа химической связи” они почерпнули необходимые им сведения, включая данные о размере атомов и длине химических связей. Они остановились на варианте с тремя цепями, располагающимися внутри молекулы ДНК, и торчащими наружу азотистыми основаниями. Но как цепи скрепляются между собой? Наиболее вероятным им показалось предположение, что в этом участвуют ионы металла типа магния. Никакими экспериментальными данными по присутствию ионов магния в ДНК они не располагали, но ведь не было и данных, указывающих на их отсутствие. Они крутили свою модель и так и эдак, пока она вдруг не закрутилась сама в изящную спираль с шагом, почти в точности соответствующим параметрам кристаллической решетки, полученным Уилкинсом и Франклин. Задача была решена!
Уилкинса и Франклин пригласили посетить Кембридж для ознакомления с великим открытием. Франклин подвергла модель уничтожающей критике. По ее данным цепи должны располагаться на периферии молекулы, а не внутри. И при чем здесь спираль? Нет там никакой спирали! Она не собирается делиться с ними полученными ею данными. Она возмущена тем, что ей пришлось ехать за тридевять земель (70 км), чтобы посмотреть на эти детские игры в конструктор. Так открытия не делаются, открытия делаются правильно !
Ее мнение быстро донеслось (донесли) до Брэгга. И тот… запретил Крику и Уотсону заниматься впредь ДНК и настоятельно рекомендовал им вернуться к выполнению их прямых обязанностей. Исследования ДНК были объявлены вотчиной Королевского колледжа, Кавендишская лаборатория самоустранилась от участия в гонке. Столь ценимые в Англии правила “честной игры” превыше всего! Перед ними поблекли познание истины и конкуренция с Полингом. Крик с Уотсоном подчинились приказу начальства, у них не было выбора. Приближались рождественские каникулы. Первый акт продолжался чуть более трех месяцев. Наступил длительный антракт.
Крик занимался экспериментами по своей диссертации. Уотсон приступил к работе с вирусом табачной мозаики. Он решил наконец на практике освоить метод рентгенографического анализа. Через месяц он научился получать вполне сносные дифрактограммы. Уотсон был настолько поглощен идеей спирали, что быстро разглядел ее и в вирусе и представил, как она может образовываться. В такой ситуации частенько случается, что исследователь выдает желаемое за действительное, но Уотсон попал точно в цель. Это само по себе было важным научным результатом, но его-то интересовала структура ДНК!
Думать о ДНК ему с Криком никто запретить не мог. Если верить Франклин, то сахарные цепи располагались по краю молекулы, следовательно, спираль скреплялась за счет какого-то взаимодействия между азотистыми основаниями. Крик ненадолго увлекся идеей, что плоские основания уложены в подобие пачек, на это вроде бы указывали некоторые кристаллографические данные. Он даже попросил одного своего приятеля помочь ему с квантово-химическими расчетами такого взаимодействия. Уотсон же погрузился в изучение основ химии по книге Полинга, надеясь найти в ней ответы на мучившие его вопросы.
В мае в Лондоне прошла конференция по структуре белков. Все с замиранием сердца ждали приезда Полинга, но у него именно тогда американские власти отобрали паспорт. Впрочем, через месяц Полинг объявился на биохимическом конгрессе в Париже, где ни словом не обмолвился о ДНК. В Англии облегченно выдохнули. Тогда же в Кембридж приехал Чаргафф. Джон Кендрю, ближайший сотрудник Перуца, благоволивший Крику и Уотсону, устроил их встречу в неформальной обстановке. Уотсон знал о “правиле Чаргаффа”, но не придавал ему большого значения. Он как-то рассказал о нем Крику, но тот пропустил эту информацию мимо ушей. Чаргаффу не потребовалось много времени, чтобы понять это, и ему, естественно, это очень не понравилось. Как и то, что Крик, многословно объясняя Чаргаффу результаты квантово-химических расчетов, не смог без подсказки нарисовать формулы азотистых оснований. Эти парни, Крик и Уотсон, вообще ему не понравились. Несколько месяцев спустя Чаргафф в письме Кендрю поинтересовался, чем сейчас занимаются “его клоуны от науки”. По иронии судьбы, именно в тот момент Крик с Уотсоном наводили последний глянец на свою историческую модель.