Текст книги "Двойная спираль. Забытые герои сражения за ДНК"

Одним из первых членов группы был также Герман Мёллер, отличавшийся блестящим умом, но вздорным характером[139]139
  Carlson E. A. Hermann Joseph Muller, 1890–1967. Biographical Memoir. Washington DC: Natl Acad Sci, 2009, p. 7–9.


[Закрыть], который странно смотрелся в братстве «Мушиной комнаты», жившей по принципу «один за всех, все за одного». Затаив обиду на Моргана за то, что тот не признавал его личных достижений, Мёллер потерпел пару лет, а потом переехал в Техас. Это было первым шагом в кочевой научной карьере, в течение которой он позднее несколько раз пересек Атлантический океан и вовремя успел сбежать как из Берлина (от Гитлера), так и из Москвы (от Сталина).

Моргану каким-то образом удалось сочетать работу и семейную жизнь, но другие были менее успешны. Дочь Кэлвина Бриджеса Бетси позднее описывала его как «довольно странного парня, которому тяжело давался отрыв от работы» и который поздно приходил домой ужинать с мухами в носках. Она описывает впечатление от лаборатории со стороны[140]140
  http://www.the-scientist.com/?articles.view/articleNo/36594/title/A-Fly-on-the-Wall/.


[Закрыть], вспоминая посещение этого инопланетного места в десятилетнем возрасте: «темная, захламленная, провоцирующая клаустрофобию, вонючая».

Внутри кокона «Мушиной комнаты» такие чувства не вызывали интереса. «Было важно, чтобы работа шла вперед», – писал Бриджес. И это им удалось обеспечить с необыкновенным успехом.

Подменыши

Мутации (дословно «изменения») давно признавались у людей и одомашненных животных. Примечательным примером у человека является «габсбургская губа», выступающая вперед нижняя челюсть, которая была свойственна одноименному аристократическому роду с XV века. Кроме этого, аномалии пальцев ног или рук – дополнительные или недостающие пальцы или «расщепленная кисть» – подобным образом появлялись ни с того ни с сего и переходили к потомству. Некоторые мутации у животных специально использовались в селекции, например короткие лапы у такс и короткие ноги у анконских овец, которые позволяли первым залезать в нору вслед за барсуком и не давали вторым сбежать на свободу через низкую ограду.

У дрозофил мутации могли затрагивать все аспекты анатомии и физиологии[141]141
  Morgan 1922.


[Закрыть], но Моргана и его команду интересовал только внешний вид насекомых. Приведенных в бессознательное состояние запахом эфира мух можно было рассматривать в бинокулярный микроскоп на предмет красноречивых аномалий, указывающих на мутации. У нормальных (диких) дрозофил серое тельце с блестящим черным брюшком, яркие красные глаза и прямые крылышки, аккуратно сложенные на спине. У некоторых мутантов тельца черные или желтые, а не серые; или глаза цвета сепии, розовые, белые или бесцветные; крылышки меньше обычного («рудиментарные» и «миниатюрные») или неправильной формы («сморщенные» и «раздвоенные»).

Первоначально Морган просто вел журнал наблюдений и ждал, пока мать-природа приведет к появлению мутаций, чтобы он мог их изучать. Это был медленный процесс. Через два года исследований понурый Морган стоял перед своими полками, заставленными жужжащими бутылками из-под молока, и жаловался, что попросту теряет время.

Позднее он стал подталкивать мать-природу, подвергая мух воздействию неблагоприятных условий – экстремальных температур, токсичных химикатов, ультрафиолетовому излучению и облучению радием – в надежде провоцировать мутации. Мощное рентгеновское излучение, впервые примененное Германом Мёллером, оказалось наиболее эффективным способом и значительно увеличило как частоту (более чем в 150 раз), так и разнообразие появляющихся мутаций. В журнале Scientific Monthly позднее появилось драматичное описание[142]142
  Popular Scientific Monthly, Sept 1934, p. 16.


[Закрыть] доходившей до потолка рентгеновской трубки, которая справлялась со своей работой всего за три секунды: «Резкий шипящий звук едва проникал сквозь свинцово-бетонные стены, когда электрическое пламя с напряжением в миллион вольт с грохотом ударилось о межэлектродный зазор». В результате такой процедуры в духе Франкенштейна появились сотни новых мутантов, в том числе мухи без глаз, или без крыльев, или с двумя телами, или с лапкой на месте усика. Был даже печальный аналог таксы; у мух с «таксовой» мутацией были такие короткие лапки, что они не могли пить и умерли от обезвоживания.

Морган достиг первых успехов в начале 1910 года, когда появился самец мухи[143]143
  Henig, p. 242.


[Закрыть] ни с того ни с сего с белыми глазами, резко отличавшими его от красноглазых товарищей. Белоглазой мухе пришлось соперничать с другим новорожденным – первенцем Моргана, недавно появившимся на свет и все еще находящимся в больнице вместе со своей мамой Лилиан. Морган безраздельно посвятил ему[144]144
  Самцу мухи.


[Закрыть] все свое внимание; он находился в безопасности в своей детской-пузырьке и постоянно был с ним (даже в постели), пока не прошло его недельное детство и он не был готов к размножению. Чем он был рад заняться и что дало поразительные результаты. Что удивительно, все его потомки с белыми глазами были также самцами. Более того, пропорция белоглазых мух среди внуков белоглазого самца, скрещенного с красноглазой самкой, составляла 25 % – точно такое же количество, что и рецессивный «элемент» в опытах Менделя с горохом.

Это было чрезвычайно интересно для Моргана, но ставило его в очень неловкое положение как ярого противника менделизма. Налицо было четкое подтверждение[145]145
  Morgan 1910.


[Закрыть], что «объяснения» Менделя применимы также и к животным. Что еще хуже для отрицателя хромосом, результаты ясно указывали на физическое обиталище эфемерных «элементов» Менделя. Поскольку белые глаза появлялись только у самцов, ответственный за признак фактор должен был находиться в отличительной X-хромосоме, которая отвечала за мужской пол у дрозофил.

Группа быстро выявила еще мутации – недоразвитые «миниатюрные» крылья и желтый цвет тельца, – которые затрагивали только самцов и, таким образом, также были связаны с хромосомой, определяющей пол. В отличие от этого, другие мутации (например, черный цвет тельца и «рудиментарные» крылышки) не были сцеплены с полом, что указывало, что они затрагивали разные хромосомы. Собрание мутаций[146]146
  Кэлвин Бриджес основал Службу информации по дрозофилам (Drosophila Information Service) в 1934 году; см. Morgan T.H. CB Bridges, p. 37–8. На данный момент описаны тысячи мутаций, в том числе dropdead (запрограммированная смерть нервной системы), dissatisfaction (отсутствие интереса к половой жизни) и политически неверная cheapdate (повышенная восприимчивость к спирту).


[Закрыть] стремительно возрастало, с 12 в 1913 году до 200 в 1915 году и 500 всего четырьмя годами позднее.

Команда Моргана занималась гораздо большим, чем простой каталогизацией странностей в параде мух-уродцев. От подтверждения, что конкретная мутация затрагивает лишь одну хромосому, они перешли к тому, что связали мутацию с определенным физическим расположением этой хромосомы. Они начали с изучения совместного наследования различных мутаций, затрагивавших только самцов, аккуратно скрещивая огромное количество мутантов и изучая их детей и внуков. Некоторые сочетания мутаций (например, белые глаза и желтое тельце) часто наследовались совместно, в то время как другие (например, «миниатюрные» крылья) не склонны были появляться вместе с этими признаками. Морган и Стёртевант предположили, что мутации, которые часто наследовались совместно, должны были располагаться рядом друг с другом в одной хромосоме, а наблюдающиеся по отдельности должны были находиться поодаль.

Их гениальной находкой было превратить частоту совместного наследования определенных генов в меру расстояния, отделявшего их друг от друга. Исходя из этих измерений, они начали составлять схему расположения мутаций друг относительно друга, как станции на прямом отрезке железной дороги, на каждой из четырех хромосом. Слава этого открытия принадлежит Стёртеванту, который предложил эту идею и разработал проект карты[147]147
  Mawer, p. 113.


[Закрыть] во время героического мозгового штурма, продолжавшегося всю ночь. Это тем более удивительно, если учесть, что он был 19-летним студентом, которому следовало бы заканчивать студенческий проект, сдачу которого он задерживал.

Их первые хромосомные «карты» были примитивны. В 1913 году Стёртевант сообщил о «линейном расположении шести факторов»[148]148
  Sturtevant 1913.


[Закрыть] на хромосоме, определяющей пол. С этой точки они начали постоянно накапливать новые детали. Именно здесь в дело включился высокий деревянный столб с квадратным сечением (изобретение Бриджеса). Каждая сторона «Тотемного столба»[149]149
  Popular Scientific Monthly, Sept 1934, p. 16.


[Закрыть] изображала одну из четырех хромосом дрозофилы, на нее была нанесена вертикальная шкала, соответствующая длине хромосомы. Когда выявлялась новая мутация и определялось ее расположение, на шкалу прикреплялась канцелярская кнопка с кодом мутации.

К этому времени Морган на основании доказательств кардинально сменил свою точку зрения и стал горячим поборником Менделя и хромосом. В январе 1912 года он признал, что, по-видимому, хромосомы являются «носителями наследственного материала»[150]150
  Письмо Моргана Хансу Дришу в Неаполь, январь 1912 года. Benson K. R. T. H. Morgan’s resistance to the chromosome theory. Nat Reviews Genetics 2001; 2:469–474.


[Закрыть]; в 1915 году он принес публичное покаяние в своих прежних грехах в книге «Механизм менделевской наследственности», написанной им самим, Стёртевантом, Бриджесом и Мёллером. Эта эпохальная книга[151]151
  Morgan, Sturtevant, Muller & Bridges, 1915.


[Закрыть] моментально стала «библией» в своей области.

Достижения «Мушиной комнаты» были чрезвычайны. Морган пользовался теми же инструментами, что и Мендель: увеличительное стекло, чтобы видеть яснее, ручка и бумага, а также воображение, переносившее его в места, где никто не был до него. Планы хромосом, составленные его командой, представляли собой чисто математические схемы, разработанные путем подсчета необычных внешних характеристик у миллионов мух. Эта работа обеспечила первое доказательство, что гены – их положение отмечалось мутациями, которые вызывали видимые фенотипические изменения, – располагаются в фиксированной линейной последовательности вдоль хромосом, словно бусины, нанизанные на нить.

И хотя Морган никогда не предпринимал каких-либо попыток самому заняться их изучением, его работа помогла сосредоточить внимание на следующем большом вопросе:

А что такое, собственно, ген? И из чего он состоит?

Глава 6
«Кирпичики»

В 1900 году казалось, что все складывается хорошо для протонуклеина, нового чудо-лекарства[152]152
  Carnrick J. Protonuclein. Clinical Records. Taken from reports of prominent practitioners in hospital and private practice, together with a summary of the therapeutic use and mode of administration. New York: Reed & Carnrick, 1895.


[Закрыть], которое – по свидетельствам медиков – смогло бы спасти жизнь Фридриху Мишеру. Протонуклеин шел нарасхват в виде таблеток (100 штук за $1) или порошка (8 унций (226 грамм) за $7,50), который можно было насыпать на раны, втереть в опухоли или вдуть в больные легкие при помощи специального испарителя ($1,50). На ярлычке характерной склянки говорилось, что протонуклеин получают из «различных желез, особенно богатых ядерным материалом, в том числе: зобной, щитовидной, лимфатической, селезенки, шишковидной, питуитарной». Пуристов может удивить, что селезенка попала в перечень желез, но это не имеет значения.

Казалось, что нет конца списку, когда он может употребляться. Он сотворил «чудо» для несчастного пациента с раком печени («13 кист, наполненных материалом, который напоминал недоваренный крахмал и весил 36 фунтов (16 кг)»). Д-р Д. У. Бун из Беллера, штат Огайо, сообщал о «превосходных результатах» у пациента с импотенцией, но отказался назвать счастливчика. Еще одно чудесное действие было открыто случайно, когда протонуклеин дали, чтобы подбодрить пациентов, которые, как ожидалось, не выживут после операции. «Таким образом, – загадочно писал анонимный доктор, – я узнал об эффективности протонуклеина в качестве афродизиака».

В Европе у веществ, получаемых из ядра клетки, были менее впечатлительные поклонники. Из Базеля ничего не было слышно. Запечатанные стеклянные трубки со сделанной рукой Мишера надписью «Нуклеин» лежали забытыми в заброшенном углу его бывшей лаборатории. До последнего момента он полагал, что нуклеин был ничего не значащим веществом и что его исследования умрут вместе с ним. Нуклеин был наиболее трагической случайностью среди «ослабляющих и препятствующих факторов», которые подорвали карьеру Мишера. А пока его собственный интерес и энергия угасали, первое и величайшее открытие, сделанное им, утекло сквозь пальцы в руки других. И очень скоро Нобелевскую премию за нуклеин получил кое-кто другой.

Вплоть до основания

Альбрехт Коссель родился в 1853 году, через девять лет после Мишера, в ганзейском портовом городе Ростоке. На протяжении всей жизни[153]153
  Jones M. E., p. 80–4.


[Закрыть] он гордился местом своего рождения, и Балтийское побережье северной Германии никогда не утратило для него притягательности. Начало карьеры Косселя вполне можно было бы считать повторением истории Мишера. Он окончил факультет медицины в Ростоке в 1877 году, но не стал практикующим врачом; попав под очарование харизматичного учителя во время первоначального медицинского обучения в Страсбурге, он отправился прямиком в лабораторию, чтобы посвятить себя физиологической химии. Человеком, заставившим Косселя отклониться от намеченного курса, был неутомимый Феликс Гоппе-Зейлер, несколькими годами ранее ворвавшийся на кафедру химии в Страсбурге.

Гоппе-Зейлер усадил недавнего выпускника за работу над интересным веществом, которое было открыто почти десять лет назад тем многообещающим молодым студентом в Тюбингене. После первого года работы в качестве ученика биохимического волшебника Коссель написал обращающую на себя внимание работу, предвещавшую ему блестящее будущее. В этом месте карьеры двух подающих надежды учеников Гоппе-Зейлера начали расходиться. Мишер сжег себя на работе, а Коссель восходил от силы в силу.

В первой большой работе Коселя (1878 год) сообщалось о находке, которая была достаточно поразительна в то время, но полное значение которой оценили лишь полстолетия спустя. Ему удалось извлечь нуклеин не из клеток гноя или молок лосося, а из дрожжей – организма, который лишь чуть более сложен, чем бактерии. Сначала он предположил, что «дрожжевой нуклеин»[154]154
  Kossel 1879.


[Закрыть] идентичен содержащемуся в животных тканях, но позднее Коссель показал, что между ними имеется едва заметное принципиальное различие.

Затем Коссель начал исследовать нечто, не заинтересовавшее Мишера: каким образом скомпонован нуклеин. Мишер вывел формулу нуклеина как C₂₉H₄₉N₉O₂₂P₃, но она не дает никакого представления об его структуре – все равно что пытаться угадать, что изображено на картине, зная только, сколько тюбиков каждой краски использовал художник. Мишер исчерпал запас сил, даже не попытавшись ответить на важнейший вопрос: как эти 112 организованы в пространстве.

Это положило начало пожизненному увлечению Косселя «кирпичиками» биохимии – маленькими простыми веществами, которые клетка объединяет в сложные молекулы, лежащие в основе жизненных процессов. Например, кирпичиками для белков были аминокислоты, которых тогда было известно 15. Полагали, что белки состоят из большого количества соединенных вместе аминокислот, хотя все еще требовалась недюжинная вера, чтобы принять тот факт, что цепочка таких непритязательных соединений способна построить столь величественное здание, как гемоглобин.

Коссель поставил перед собой задачу разложить нуклеин на составные элементы, точно так же, как другие разбили белки на густой суп аминокислот. Путем кипячения дрожжевого нуклеина или нагревания в течение двух недель в закупоренной стеклянной трубке с бариевыми солями его удалось разбить на два простых органических соединения[155]155
  Portugal & Cohen, p. 59.


[Закрыть] (ксантин и гипоксантин), каждый из которых принадлежал к химической семье, известной как «основания». Эти эксперименты позволили Косселю написать авторитетную книгу[156]156
  Kossel A. Untersuchungen über die Nukleine und ihre Spaltungsprodukte, 1881; Jones M. E., p. 84.


[Закрыть] «Исследования нуклеина и продуктов его расщепления» (1881 год), в результате которой он получил престижный пост директора химии в Институте физиологии в Берлине.

Здесь он собрал активную исследовательскую группу и с помощью местной бойни продолжил атаку на нуклеин. Определенные ткани животных оказались богатым источником нуклеина, хотя работа продвигалась медленно. В 1885 году Коссель вскипятил в кислоте нуклеин, полученный из поджелудочной железы, и выделил два основания. Одно было уже известно[157]157
  Kossel 1884.


[Закрыть]: гуанин, названный по птичьему помету, из которого он впервые был получен. Второе было новым для науки, и он назвал его аденином[158]158
  Kossel 1885.


[Закрыть] – по поджелудочной железе (от греческого обозначения железы).

Прошло еще восемь лет, пока бойня принесла на алтарь науки новое сокровище – субпродукт, расположенный глубоко внутри шеи теленка. Мясники называют его «шейное сладкое мясо», для ученых это «тимус». Повара могут приготовить из него поразительно изысканные блюда, но тимус лучше смотрится под микроскопом, чем на обеденной тарелке: он битком набит лимфоцитами с массивными ядрами. В следующие несколько лет тимус оправдал ожидания от этих ядер. Из тимусного нуклеина ученик Косселя Альберт Нойманн получил еще два основания, оба неизвестные ранее. Они с Косселем назвали их «тимин» и «цитозин» (от греческого «клетка»)[159]159
  Kossel & Neumann 1893, 1894.


[Закрыть].

Это не были случайные открытия[160]160
  Kossel 1885.


[Закрыть]. На выделение аденина, например, ушло несколько месяцев и 100 килограмм поджелудочной железы, а началось с 30 телят и 200 литров серной кислоты. И это было только начало. Анализ этих соединений и поиск их молекулярной структуры – задача, решать которую Мишер даже не начинал, – были еще более пугающими.

Год смерти Фридриха Мишера (1895 год) стал также временем перемен[161]161
  Jones M. E., p. 84, 87–8; Portugal & Cohen, p. 62–3.


[Закрыть] для Альбрехта Косселя. Он был женат на протяжении девяти лет из своих 42, у него было двое детей, и он выдержал 12 лет в Берлине, жителей которого никогда не любил, а теперь совсем не выносил. В апреле 1895 года он переехал в Марбург в качестве профессора физиологической химии всего за несколько недель до того, как Феликс Гоппе-Зейлер умер во время опытов на Боденском озере. Коссель написал некролог Гоппе-Зейлеру и занял пост редактора журнала, основанного его бывшим руководителем и возобновленного под заглавием Hoppe-Seylers Zeitschrift für Physiologische Chemie («Журнал Гоппе-Зейлера по физиологической химии»), на котором оставался в течение 35 лет.

В Марбурге Коссель начал изучать другие вещества, содержащиеся в ядре. Он открыл гистидин, новую аминокислоту, скрывавшуюся в протамине, базовом белке, который Мишер выкристаллизовал из спермы лосося. Затем он обнаружил в ядре совершенно новые белки[162]162
  Über einen peptonartigen Bestandtheil des Zellkerns. Zeitschr Physiol Chemie 1884; 5:152.


[Закрыть], которые были тесно связаны с нуклеиновой кислотой и которые он назвал гистонами. В отличие от протамина гистоны были выявлены во всех тканях, а не только в рыбных молоках. У него было предчувствие, что они окажутся важными – возможно, даже более важными, чем вещество, над «кирпичиками» которого он работал в течение нескольких последних лет.

После пяти плодотворных лет, проведенных в Марбурге, настало время двигаться дальше[163]163
  Jones M. E., p. 88–90; Kennaway 1952.


[Закрыть] – в Гейдельберг, где люди были приятнее и где он остался до конца своих дней. За 24 года на посту профессора химии Коссель прославил свой университет; он также отбывал срок и на обратной стороне образовательного процесса, в качестве Spectabilis (декана) и Magnificus (проректора). Все это время Коссель жил в доме № 7 по Академиштрассе в университетском кампусе. В Базеле Мишеру нужно было дойти до конца прибрежного сада, чтобы попасть к ближайшему источнику свежих лососевых молок; Косселю требовалось лишь спуститься по лестнице в свою лабораторию, занимавшую первый этаж семейного дома.

Чтобы отметить начало нового столетия, Коссель вернулся к дрожжевому нуклеину и показал, что в нем содержатся те же аденин, гуанин и цитозин, что и в тимусе. Но когда он поручил своему студенту из Италии Альфредо Асколи выделить четвертое основание, они наткнулись на обескураживающую пустоту. Вместо этого Асколи обнаружил в дрожжевом нуклеине другое основание[164]164
  Ascoli 1901.


[Закрыть]. Это оказался урацил, который получали в лаборатории из мочевой кислоты (отсюда его название), но который до этого не встречали в природе. В довершение головоломки, им не удалось извлечь урацил из нуклеина, получаемого из тимуса или поджелудочной железы.

Основания были наиболее показательными и увлекательными из этих «кирпичиков». Они были «химическим отпечатком пальцев» нуклеина, поскольку не встречались в белках, углеводах или жирах. Анализ оснований также указал на то, что нуклеин не был единым химическим веществом. Нуклеин, извлекаемый из поджелудочной или зобной железы – или других источников животного происхождения, таких как молоки лосося или красные клетки крови птиц, – всегда содержал аденин, гуанин, цитозин и тимин. Напротив, в дрожжевом нуклеине отсутствовал тимин, но вместо него содержался выявленный Асколи урацил, в придачу к уже знакомым аденину, гуанину и цитозину. А затем кто-то выделил «дрожжевой нуклеин» из пшеницы. Это было признано доказательством существования двух разных типов нуклеина – один уникален для животных тканей, другой – для растительных, их отличительной особенностью были, соответственно, тимин и урацил.

Коссель извлек и другие «строительные элементы» из продуктов, получаемых при кипячении нуклеина в воде или кислоте. Постоянной особенностью как «животного», так и «растительного» нуклеина[165]165
  Portugal & Cohen, p. 62–4.


[Закрыть] было высокое содержание фосфора – химическая странность, которая изначально заставила Мишера понять, что перед ним не белок. Это был признак того, что фосфатная группа каким-то образом включена в молекулу нуклеина.

Из экспериментов Косселя следовал еще один дразнящий и неоднозначный намек. После удаления оснований и фосфата от экстракта дрожжевого нуклеина оставался своеобразный, почти резиноподобный осадок. Он не поддавался точному анализу, но мог восстанавливать определенные соли железа. Эта реакция служила отличительным признаком[166]166
  Kossel & Neumann 1894.


[Закрыть] пентозных сахаров, которые имеют пятиугольную кольцевую структуру (гексозные сахара, такие как глюкоза, обладают шестиугольной структурой). К этому же выводу[167]167
  Hammarsten O. Zur Kenntnis der Nucleoproteide. Hoppe-Seylers Zeitschr Physiol Chem 1894: 19:19–37.


[Закрыть] пришел Олоф Хаммарстен в Уппсале, который также обнаружил, что этот сахар не соответствует ни одной из известных пентоз. Оказалось, что животный нуклеин содержит сахар, который отличается от неуловимой пентозы дрожжевого нуклеина и поймать который еще труднее; согласно первым предположениям это могла быть гексоза.

На тот момент ничто из этого не давало никаких зацепок относительно того, каким образом фосфаты, сахара и основания могли быть скреплены для образования нуклеина – или может ли его структура обладать какой-либо биологической значимостью.

Тем временем в химии ядра незаметно наступила новая эра. Рихард Альтман, профессор анатомии в Лейпциге, переименовал нуклеин в нуклеиновую кислоту[168]168
  Altmann 1889.


[Закрыть], чтобы указать как на ее источник, так и на ее химические свойства. Он назвал ее Nucleinsäure, что переводится как «нуклеиновая кислота».

Вскоре в биохимический язык вошли такие понятия, как «тимусная нуклеиновая кислота» и «дрожжевая нуклеиновая кислота». Вскоре был введен термин «тимонуклеиновая кислота», который слетал с языка так легко, что оставался общеупотребительным до начала 1950-х годов, когда загадка этих неуловимых сахаров давно была решена и появилось куда более громкое и химически точное имя.

Форма грядущего

Основания подразделяются на две группы – пиримидины и пурины. Пиримидины проще – они построены вокруг шестиугольного остова – пиримидинового кольца, – состоящего из атомов углерода (C) и азота (N). Цитозин, тимин и урацил являются пиримидинами. Пурины сложнее, они состоят из пиримидинового кольца с прикрепленным сбоку пятиугольником из N и C. Аденин и гуанин являются пуринами.

Эти основания изображены ниже на рисунке 6.2, которым мы воздаем оскорбительно малую дань тяжелому труду команды Косселя и других ученых, бившихся над поиском их структуры. Найти новое вещество – которое могло характеризоваться новым сочетанием свойств, таких как точка плавления или растворимость – было лишь полдела. В то время формы молекул возникали в умах химиков, начинавших с химической формулы и учитывавших количество связей, которые каждый атом мог иметь с другими атомами: всего одна для водорода (H), две для кислорода (O), три для азота (N) и четыре для углерода (C). Правдоподобная структура соединяет все возможные связи, ни одна из которых не остается висящей в воздухе – в чем можно убедиться, если посмотреть на тимин. Могут потребоваться сотни или тысячи вариантов, прежде чем бессмысленный набор букв сложится в четкую форму (пять C, шесть H и пара N и O, в случае тимина).

Теоретические структуры Косселя были позднее подтверждены следующим поколением химиков-новаторов при помощи рентгеновских снимков кристаллов оснований. Эта технология позволила точно определить каждый атом в молекуле, и их расположение совпало почти так же точно, как если бы они были обведены на стекле, положенном поверх чертежей Косселя. И через 70 лет после открытия Косселем аденина Джим Уотсон набросал[169]169
  см. с. 362–363.


[Закрыть] плоские геометрические структуры гуанина, аденина, цитозина и тимина, определив точные длины сторон шестиугольного пиримидинового кольца и пятиугольного бокового компонента аденина и гуанина. Он спустился со своими чертежами в машинное помещение в подвале Кавендишской лаборатории в Кембридже, где из листа жести были вырезаны формы. Эти модели оснований были достаточно точны, чтобы их можно было вставить в паутиноподобную скульптуру двойной спирали, которая обретала форму в лаборатории наверху.

Расслабьтесь – никто не будет проверять ваше знание молекулярных структур и химических формул оснований, показанных на Рис. 6.2. Тем не менее, возможно, вы захотите запомнить основные формы пуринов и пиримидинов, поскольку они будут играть существенную роль в этой истории. Формы пуринов и пиримидинов – ключ к силам притяжения, соединяющим две спирали ДНК. Кроме того, именно они определяют, каким образом воспроизводится эта молекула. Это делает их общим шаблоном для наследственности и жизни всех живых организмов. Так что воздайте им уважение, которое они заслужили, ведь именно они сделали вас тем, кем вы являетесь.

Рис. 6.2. Основания, содержащиеся в ДНК и РНК. В ДНК содержится два пурина, аденин и гуанин (вверху), и два пиримидина, цитозин и тимин (внизу). В РНК также содержится аденин, гуанин и цитозин, но с урацилом вместо тимина.

Побочные продукты

Основания, извлеченные Косселем из нуклеиновых кислот, попадали прямо на острие биохимии начала XX века. Это была быстроразвивающаяся и прибыльная отрасль, особенно если учесть, что основания оказались настоящей сокровищницей интересных новых соединений, приносивших смесь славы, удачи и страданий.

Гуано, источник гуанина, полными кораблями вывозился с перуанских островов в Европу и Америку как источник для красителя – потрясающий пигмент, который быстро подорвал рынок легендарного тирского пурпура, некогда шедшего лишь на одеяния византийских императоров. Еще больший успех имел синтетический краситель[170]170
  Youngson R. M. Medical Curiosities. London: Robinson Publishing, 1997.


[Закрыть], разработанный Адольфом Байером и впоследствии разоривший индийских фермеров, которые выращивали индиго, использовавшееся для окрашивания джинсов в синий цвет. Еще одним триумфом Байера стало получение вещества, названного им в честь Барбары – возможно, святой, которая охраняет от ударов молний, а возможно, и официантки из Мюнхена. Из барбитуровой кислоты был получен первый барбитурат, который Байер назвал вероналом в честь Вероны – самого тихого известного ему места. Его производные захватили рынок препаратов для лечения бессонницы, тревожности и эпилепсии, а также для исполнения смертных приговоров посредством смертельной инъекции.

Две из первых пяти Нобелевских премий по химии были присуждены за исследования в этой области. Эмиль Фишер был отмечен в 1902 году (второй год существования премии) за «чрезвычайный вклад» в понимание принципов синтеза сахаров и пуринов. В 1905 году Адольф Байер был удостоен премии за «содействие развитию органической химии и химической промышленности» посредством барбитуратов и «великолепного пигмента», который принес индиго в массы.

Пять лет спустя премия по физиологии или медицине 1910 года была присуждена Альбрехту Косселю за «вклад, внесенный им в изучение клеточной химии посредством работ о белках, в том числе нуклеиновых веществах». Нобелевская лекция, произнесенная им 10 декабря 1910 года, называлась «Химическое строение клеточного ядра»[171]171
  Коссель А. «Химическое строение клеточного ядра». Нобелевская лекция, 10 декабря 1910 года.


[Закрыть]. Желавшие послушать о нуклеиновых кислотах и их «кирпичиках» не были бы разочарованы, но вторую половину своей речи он посвятил протаминам и гистонам, которые, по его мнению, доминировали в этой «морфологически столь значимой структуре». Какую роль играли в ядре все эти элементы? Если у Косселя были какие-то мысли, он ими не поделился.

Из Ростока в Стокгольм

Альбрехт Коссель был странным человеком, производившим смешанное впечатление. На фотографиях он не выглядит весельчаком – лысый, со свисающими серебристыми усами и властным мрачноватым взглядом – и они прекрасно соответствуют его репутации человека, способного скрыться в стенах лаборатории от «повседневных тревог и забот» внешнего мира.

Карандашный портрет Косселя в его естественной среде обитания[172]172
  Kennaway E. Some recollections of Albrecht Kossel, Professor of Physiology in Heidelberg, 1901–1924. Ann Sci 1952; 8:393–40.


[Закрыть] был сделан Эрнестом Кеннауэем, впоследствии профессором сэром Эрнестом Кеннауэем, членом Королевского общества, прибывшим в Гейдельберг в качестве приглашенного преподавателя из Оксфорда в 1911 году. Раз или два в неделю младшие сотрудники Косселя выстраивались к нему, чтобы получить пару скупых советов. Коссель задавал дежурный вопрос: «Вы еще не нашли какую-нибудь очень интересную соль?», который отсылал к старомодному возбуждению химика при мысли о кристаллизации нового соединения. Перед каждым опросом безупречно одетый Коссель по-военному щелкал каблуками, а затем, казалось, погружался в мысли о чем-то другом.

За этим формальным фасадом скрывались две версии Косселя. Один был паталогически застенчивым; даже чтение лекций студентам[173]173
  Jones M. E., p. 88.


[Закрыть] могло нервировать его так же сильно, как исполнителя перед концертом, но он прекрасно готовился к своим выступлениям, и студенты, которые часто заполняли лекционные залы до отказа, обожали его. Другой Коссель появлялся на многих званых обедах, которые устраивала его жена Луиза, великолепная хозяйка. Этот обладал озорным чувством юмора[174]174
  Там же, с. 88, 92. Коссель увлекался чтением Диккенса и Фрица Ройтера, которого можно было назвать немецким аналогом Диккенса, в особенности непристойными сочинениями обоих авторов.


[Закрыть] и любил мудреные анекдоты, при которых «его голубые глаза сияли весельем», когда он доходил до ключевого момента. Он также умел организовать хорошее шоу. В августе 1907 года Коссель проводил Седьмой международный физиологический конгресс[175]175
  Там же, с. 91.


[Закрыть] и превратил его в запоминающееся мероприятие, кульминацией которого стало вечернее катание на лодках по Рейну, пока небо над Гейдельбергским замком сияло фейерверками.

Несмотря на застенчивость и сухость, Коссель внушал своим сотрудникам преданность и любовь. Когда он вернулся в Гейдельберг, получив Нобелевскую премию в декабре 1910 года, в его честь Гильдией студентов было организовано необычное празднование[176]176
  Там же, с. 91–2.


[Закрыть]. Преподаватели и студенты собрались перед университетом и устроили факельное шествие по извилистым улочкам старого города, пока не достигли дома на улице Академиштрассе, где над мастерской жил Коссель. Там дверь настежь распахнулась, и новоиспеченный нобелевский лауреат пригласил всех войти и повел их наверх мимо своей лаборатории на импровизированную вечеринку, которая продолжалась далеко за полночь.

Коссель всегда был равнодушен к политике. Он был принципиальным человеком, моральные устои которого не гнулись так легко, как у многих его соратников. Его жена Луиза, очаровательная светская львица, была увлечена новыми националистическими идеями, захлестнувшими страну. Косселя они не затронули, поскольку он не видел для Германии необходимости пробивать себе дорогу к «месту под солнцем»[177]177
  Там же, с. 93.


[Закрыть]. Он отказывался сгибаться под ветром перемен – придерживаться этой позиции становилось все сложнее, пока его нация неудержимо соскальзывала в Первую мировую войну.