Знание - сила, 2005 № 09 (939)

Вскрыв черный ящик наследственности, ученые обнаружили черный ящик поменьше: «лишнюю» ДНК.

Довольно скоро оказалось, что написано в «книге жизни» даже слишком много. Основная догма молекулярной биологии тех времен — «один ген — один фермент» — предполагает примерное равенство количества генов и кодируемых ими ферментов. Сказалось, однако, что все не так просто. Огромное количество ДНК в геноме «ничего не делает». Не кодирует никаких ферментов и вообще существует неизвестно зачем. Может, она просто лишняя? Но почему тогда она не утратилась в процессе эволюции, ведь ненужные органы быстро отмирают? Может быть, она служит для стабилизации молекулы? Неизвестно.

Вскрыв черный ящик наследственности, ученые обнаружили там черный ящик поменьше — лишнюю ДНК. Подход «черного ящика» тем и хорош, что можно не лезть ящику внутрь, главное — знать, по каким правилам он работает. Это как раз можно было выяснить, и здесь же оказалась главная опасность. Произошла подмена познания предмета умением с ним манипулировать — да так, что никто и не заметил — младшее поколение исследователей просто не понимало всего, что писали основоположники.

Всплеск работ по молекулярной генетике после открытия структуры ДНК можно сравнить разве что со взрывом сверхновой звезды или атомной бомбы. Биологи стали потихоньку догонять по популярности физиков, хотя окончательно победят они еще не скоро — лет через 50, после расшифровки генома человека.

В биологию ринулись все. Всеобщее увлечение исследованием ДНК немедленно похоронило под собой то, что еще оставалось в генетике от биологии. Молекулярная биология — новая наука, изучающая ДНК — была еще дальше от целостного организма, чем генетика. Шел естественный процесс накопления новых фактов о строении и функциях генов, о «внутренней жизни» макромолекул. Молекулярные методы обещали ответить на все вопросы исследователей, однако вопросов про организмы ученые еще не задавали — время пока не пришло. Серьезные ученые понимали при этом, что к организмам придется вернуться.

Недаром Тимофеев-Ресовский издевался над, как он выражался, ДНКаканьем. Зубр, работавший в молодости над фенотипическим проявлением мутаций, понимал, что, сколько бы мы ни знали про структуру ДНК, это не проливает света на механизм ее воплощения во внешнем и внутреннем строении развивающегося организма.

Это в нынешних учебниках генетики пишут, что «для понимания морфогенетических процессов знания о дифференциальной экспрессии генов недостаточно». В 50 — 60 годы все было проще. Дж. Билл и Е. Татум сформулировали уже упомянутый принцип «один ген — один фермент» — каждый ген контролирует синтез какого-либо фермента. Этот принцип в готовом виде сформулировал дальнейшую методологию исследований, означавшую необходимость изучения не только генов, но и кодируемых ими белков. Довольно скоро таким образом была уточнена структура гена — она оказалась совершенно разной у прокариот (бактерий) и эукариот (всех остальных — дрожжей, высших растений, млекопитающих, насекомых). Оказалось, что эукариотический ген сильно отличается от прокариотического. Были открыты перекрывающиеся гены, сплайсинг и альтернативный сплайсинг — все это изменило устоявшиеся представления о линейной последовательности генов в ДНК. Эукариотический ген оказался настолько же сложнее прокариотического, насколько Библия сложнее Правил пользования метрополитеном. Гены одного метаболического пути могут быть рассеяны по геному, как свидетельства пророков о пришествии Мессии по всему тексту Священного писания, в то время как регуляторная часть — в нашем примере это может быть рассказ о рождении Спасителя в Вифлееме — помещаться вообще в другой части книги, к тому же возникшей гораздо позже.

В генетику ринулись все.

Массовое увлечение исследованием ДНК немедленно похоронило под собой то, что еще оставалось в генетике от биологии.

Также фундаментальное значение имело открытие сплайсинга — специального процесса «сшивания» РНК, необходимого для переноса информации с ДНК на рибосому — место собственно синтеза белка. В нашем примере с Библией оказалось бы, что прямо куски из текста Писания священник никогда не читает, а специально пишет каждую проповедь. Мало того, существует альтернативный сплайсинг — из одной и той же Книги Судей, например, можно подобрать цитаты как в поддержку плана израильско-палестинского урегулирования «дорожная карта», так и против него. Такой альтернативный сплайсинг хорошо знаком всякому читателю старше 40 лет — достаточно вспомнить дискуссии по истории КПСС. Аналогий много — в начале каждого учебника должна была быть ссылка на работы В.И. Ленина или хотя бы К. Маркса — без такой «нуклеотидной последовательности» «рибосома» «не транслировала» «РНК», то есть книгу не печатали.

«То, что справедливо для кишечной палочки, справедливо и для слона» — шуточный афоризм Ф. Жакоба, открывшего вместе с Ж. Моно oneрон, основную регулируемую единицу генетического материала у бактерий, — оказался неверным. На общественное сознание это, однако, никак не повлияло — уж больно точным оказалось попадание в давно пристрелянную десятку. Мавр сделал свое дело и мог идти заниматься наукой дальше — широкая публика твердо усвоила: «ученые открыли, что все записано в генах».

Фотограф Джеймс Уотсон (слева) и Френсис Крик (справа) сняты на фоне механической модели структуры ДНК. Открытие «двойной спирали» является одним из самых больших достижений биологической науки в XX веке

Хоть афоризм и оказался неверным, но точно выразил суть подхода. Гермесу Трисмегисту приписывается афоризм «что наверху, то и внизу» — основной принцип мистического познания предлагает нам видеть в мире дольнем отражение мира горнего. Нижний мир не тождествен верхнему прямо, он существенными чертами на него похож. Этот принцип может использоваться при познании, но трудно себе представить созданную на его основе промышленную установку. Ф. Жакоб, в отличие от Гермеса Трижды- величайшего, предложил другой принцип — «что у простого, то и у сложного» — гениальный технологический ход, позволявший планировать и проводить эксперименты. Если мы поставили опыт А с низшим грибом — хорошо! А теперь поставим его с дрозофилой! А теперь с мышью! Мы наверняка получим результаты. И пусть они камня на камне не оставят от нашего первоначального тезиса о равенстве кишечной палочки и слона — нам не жалко! Почему же не жалко? Любой мистик сильно бы огорчился, возьмись кто ему аргументированно доказать, что его видение, скажем, Софии — Премудрости Божией, — просто психоз, вызванный недостатком, например, селена в организме. А тут — не жалко. Действительно, чего ее жалеть, технологию. Результат получен — это главное. Понятно, чем чреват такой подход, — постоянным сужением поля зрения исследователя вплоть до исчезновения из него живого организма как такового. «Whatever happened with organisms?» (Что-то стряслось с организмами?) — назвал положение дел в современной биологии известный ученый Брайан Гудвин.

Знаменитая двойная спираль - молекула ДНК. Одиночная нить ДНК образуется во время клеточного деления, когда происходит удвоение молекулы

Нельзя при этом сказать, что подход ничего не дал, — дал, да еще и сколько. Разработка К. Муллисом в 1986 году полимеразной цепной реакции вызвала примерно такой же переворот в медицине, как в свое время открытия Луи Пастера. Ставший теперь рутинным метод ПЦР-диагностики заболеваний позволил лечить человека именно от той инфекционной болезни, которой он болеет, просто дав нам возможность точно установить ее возбудитель. Разработанные в том же году приборы автоматического секвенирования — то есть определения нуклеотидной последовательности ДНК — привели к обвальному нарастанию информации. Стартовавший в 1988 году и достигший промежуточного финиша к 2003 проект «Геном человека» был бы без подобных приборов просто невозможен. Такое огромное количество информации не может быть проанализировано вручную — вторым китом, на котором стоит сегодня уже даже не генетика, а геномика, являются вычислительные машины. Сравнительная геномика поставляет нам массу информации о метаболических путях, обелок-белковых взаимодействиях, о молекулярной эволюции — новое знание рождается даже не «на кончике пера», а на левой клавише мыши. Все это так. Но что это добавило к нашей картине мира?