Меню
Все темы
Юбилей открытия двойной спирали ДНК. Если бы вы были биологом в 1953 году, чем бы вы занялись?
25 апреля 1953 года Джеймс Уотсон и Френсис Крик опубликовали короткую — на одну страницу — статью в журнале Nature: Molecular Structure of Nucleic Acids. Статья описывала строение ДНК и стала главным прорывом в биологии ХХ века. К 70-летнему юбилею открытия мы спросили участников проекта завлабы: «Если бы вы были выпускником-биологом в 1953 году, уже после публикации о двойной спирали, какую область исследований вы бы выбрали? И почему?» Публикуем ответы.
1953 год стал знаковым в истории биологии. С открытием строения ДНК появились впечатляющие перспективы для генетики и молекулярной биологии. Разумеется, на тот момент было уже много известно: цикл Кребса и его локализация, трансформация бактерий через ДНК, антибиотики, стволовые клетки… Многие занимались структурами белков, активно шли работы по нейротрансмиссии, изучение фотосинтеза было в самом разгаре. Но генетический код еще предстояло расшифровать, хемиосмотическая теория не была сформулирована, до методов рекомбинантных ДНК еще 20 лет, про рибосому вообще мало что понятно, а функцию РНК как посредника на молекулярном уровне выяснили только через несколько лет.
1953 год был скверным годом для советских биологов. Правил Лысенко, десять лет прошло с гибели Вавилова в саратовской тюрьме и меньше пяти — с окончательного разгрома «буржуазной генетики» на августовской сессии ВАСХНИЛ 1948 года… Биологи помнят историю, поэтому многие наши респонденты отвечают именно так: «1953 год? Не шутите». Упомянутый в одном из ответов Иосиф Абрамович Рапопорт на той самой сессии ВАСХНИЛ почти в прямом смысле бился с Презентом — ближайшим соратником Лысенко. Но прошло всего несколько лет, и генетика с молекулярной биологией реанимировались и в СССР… Далее публикуем ответы.
Если бы в 1953 году я узнал о двойной спирали, я бы попытался найти лабораторию, где сохранилась возможность заниматься генетикой. В те времена в СССР это было почти невозможно. Если бы это мне не удалось, то я бы пошел в кристаллографы. До начала 60-х генетика как научная дисциплина в СССР практически не существовала. Почитайте, например, воспоминания Тимофеева-Ресовского или статью Жореса Медведева 2012 года. В частности, он пишет: «Единственным местом на территории СССР, где осуществлялось преподавание классической генетики, включавшее и практикум по дрозофиле, была биологическая станция Уральского филиала АН СССР, разместившаяся в деревянном доме, бывшей даче, принадлежавшей до революции уральскому золотопромышленнику Симонову. Эта дача была расположена на живописном берегу озера Миассово в Ильменском геологическом заповеднике, протянувшимся на 40 км вдоль Уральского хребта. Николай Владимирович Тимофеев-Ресовский, ученик Кольцова и Четверикова, освобожденный из заключения в 1955 г. после отбытия 10-летнего срока, основал здесь в 1956 г. добровольную «Летнюю школу» по генетике. Сюда приезжали, соблюдая правила конспирации, обычно во время отпусков, молодые и немолодые биологи из разных городов».
Без упоминания слова «генетика», наверное, ДНК можно было изучать чуть раньше. Так, Институт радиационной и физико-химической биологии АН СССР (ныне «Институт молекулярной биологии им. В.А. Энгельгардта») возник в 1959 году. Еще раньше в 1958 году в Институте атомной энергии был создан Радиобиологический отдел, который много позже дал начало Институту молекулярной генетики, но туда меня бы не взяли по причине пятого пункта. Так что ни учиться генетике, ни работать в этой области в 50-х я бы не мог. Если бы, тем не менее, я понял смысл открытия двойной спирали, то возможно, занялся бы структурными исследованиями.
Если не рассматривать вариант, что я стал бы айтишником и купил бы биткоины, думаю, меня бы манила большая загадка, связанная с реализацией генетической информации — как последовательность нуклеотидов в двойной спирали превращается в признак (голубые глаза или наследственная глухота). Но это, очевидно, очень сложная задача, хотя бы потому, что даже спустя 70 лет от двойной спирали, не так много признаков расшифрованы действительно подробно. Поэтому, будь я студентом в 1953 году, я бы занялся более понятной проблемой, например, определением механизмов воспроизведения молекул ДНК, поиском ферментов, участвующих в этом процессе. Мне кажется, стратегия с синицей в руках для старта карьеры более продуктивна.
Мне было бы интересно узнать, каким образом клетки копируют ДНК? Почему удается точно передавать генетическую информацию, удваивая ДНК без ошибок? И каким образом происходят изменения ДНК, лежащие в основе эволюции, и «поломки» ДНК, вызывающие наследственные заболевания? Существуют ли механизмы коррекции ошибок ДНК? Работы Меллера и Рапопорта по радиационному и химическому мутагенезу уже вышли. Мне посчастливилось заниматься исследованиями в смежной области — репликации поврежденной ДНК.
Хотя и сложно удержаться, зная, что будет впереди, но всё же, думаю, я бы ударился в исследование вечного банального вопроса — почему именно из этой ДНК получается крокодил, а из этой обезьяна? Интересно было бы начать копать в сторону сравнительной геномики — все ли устроено аналогичным образом у живых организмов? В чем их разница? Не в плане структуры ДНК и механизмов её репликации, а касательно самой уникальности последовательностей ДНК. Для этих задач сейчас кажется абсолютно логично двинуться в сторону разработки гибридизационных методов, чтобы на основе гомологии можно было дифференцировать схожие участки и, наоборот, максимально различные.
Если бы я был выпускником в 1953 году, то я бы не сразу узнал бы об этом открытии, возможно через год или два... Поэтому продолжил бы заниматься селекцией. Мне кажется, тогда экспериментальные методы преобладали над фундаментальными (а может это был просто разрыв между фундаментальной наукой и практикой, чего сейчас практически нет). И вот, спустя пару лет, не поверив (как истинный советский ученый) буржуазным достижениям, мне захотелось бы проверить открытие, и я бы погрузился в электронную микроскопию, мне бы захотелось понять универсальный ли это подход или излишнее обобщение локального явления. И я бы занялся биологией молекулы ДНК. И, возможно, основал бы новое направление — ДНКлогию.
Исходя из своего бэкграунда, я, наверное, выбрал бы направление, которое потом получило название «Молекулярной эволюции». До выхода в свет теории нейтральной эволюции Кимуры в 1968 еще оставалось 15 лет, до работы Цукеркандля и Полинга (того самого Полинга, дважды нобелевского лауреата) по молекулярным часам — 9 лет.
При этом работы по гемоглобинам и аминокислотным заменам Цукеркандля и Полинга мне, пожалуй, ближе, чем популяционная генетика Кимуры. Не могу сказать, что смог бы приспособить эти методы в микробиологию и медицину, как сейчас, но, наверное, попытался бы.
Когда открывают что-то новое в биологии, меня сразу начинает интересовать вопрос: есть ли у этого чего-то применение в медицине? Поэтому, скорее всего, я бы попытался изучить более подробно структуру разных участков ДНК в человеческих клетках — есть ли отличия у больных и здоровых, между клетками из патологически измененных и нормальных тканей. Это если бы я был выпускником-биологом примерно там же, где Уотсон и Крик сделали их открытие. В условиях СССР того времени пришлось бы действовать более аккуратно: написав в обосновании все положенные цитаты из трех классиков, ради еще большего приближения светлого будущего попросил бы организовать группу (лабораторию) при каком-нибудь биофизическом институте с целью изучения структуры белков (не ДНК) и, в частности, проверки гипотезы о том, что некая кислая субстанция из ядер клеток может влиять на состав белков — а вдруг эта буржуазная субстанция окажется полезной в народном хозяйстве? А если серьезно, точно нашел бы что-нибудь интересное на стыке зарождающейся молекулярной генетики и медицины, чем захотел бы заняться.
Я думаю (под грузом нынешних фантазий), что, прочитав бы про открытие спирали, я бы попытался организовать исследования на тему того, как эти спирали устроены у различных организмов. Наверно, в моей тогдашней (70-летней давности) голове были бы гипотезы, что у разных организмов особенности устройства ДНК могут быть разные, я бы ринулся искать такие примеры. Что неизбежно привело бы меня к необходимости коллаборации с химиками и другими специалистами, которые бы интересовались возможностями визуализации структуры ДНК в клетках различных организмов при помощи новых методов. Вероятно, сначала я бы наделал массу «открытий», что у экстремофилов все закручено по-разному и это напрямую влияет на особенности жизнедеятельности в разных условиях среды. А потом бы оказалось, что законы ДНК почти одинаковы для всех. Уверен, что меня бы очень восхитили открытия того, что есть различные формы ДНК: A-ДНК, B-ДНК, Z-ДНК.
Конечно, выбрала бы фармакогенетику, и из методов — полимеразную цепную реакцию. История фармакогенетики начинается с античных времён, когда в 510 году до нашей эры Пифагор отметил проявление потенциально смертельной реакции на бобы не у всех людей, а лишь у некоторых, впоследствии оказалось связано с недостаточностью глюкозо-6-фосфатдегидрогеназы. Также публикация «Врожденные ошибки метаболизма» А. Гаррод (1909) и наблюдения о разной реакции разных людей и у представителей разных этнических групп на одинаковые субстраты в одинаковой дозе не могут не заинтересовать.
Я выбрала бы ту же область, которую выбрала через 20 лет после этого открытия и в которую влюблена до сих пор — молекулярную биологию и генетику, исследование функций ДНК. Методы были бы другие. Ведь в 1953 году не знали не только, как работает рибосома, или какие и зачем бывают РНК, но и как реплицируется ДНК — статья Мезельсона и Сталя об этом вышла только в 1958 году.
Наверное, я бы работала над тем же, что и академик Александр Сергеевич Спирин. Он окончил МГУ как раз в 1954 году. И затем, вместе с Андреем Николаевичем Белозерским, открыл некодирующие РНК, изучил структуру и функции рибосом и многое другое. ДНК я выбрала еще в школе, когда прочла книгу Спирина о рибосомах и молекулярной биологии. А когда нашла в справочнике химические формулы нуклеотидов, прыгала от радости и все нуклеотиды вылепила из пластилина, пытаясь собрать двойную спираль. Счастливые современные студенты могут собирать ее из пластмассовых моделек, купленных в интернете. Я их, эти модельки, уже и внукам показывала.
На первом курсе биофака МГУ, куда я поступила в 1975 году, в расписании была ботаника высших и низших растений, зоология беспозвоночных, химия и физика. И я было уж решила, что неправильно выбрала, где учиться. Но, зайдя случайно на лекцию для старшекурсников, а это были лекции по молекулярной биологии, которые читал Роман Бениаминович Хесин пополам со Спириным, я поняла, что попала туда, куда надо. На семинаре Спирин подарил мне свою английскую статью с описанием принципов работы рибосомы. Эту статью я читала в летние каникулы, в поездках по стране, положив в рюкзак толстенный англо-русский словарь Мюллера, который доставала на привалах. Английского я тогда не знала, и переводить надо было буквально каждое слово. Зато текст статьи выучила почти наизусть.
И на курсовую я бы пошла туда же, куда пошла в свое время. К Роману Бениаминовичу Хесину. Нас было двое из группы, кто хотел заниматься ДНК. И мы распределились в лабораторию молекулярных основ генетики в Институте молекулярной генетики АН СССР, в лабораторию Хесина. Все остальные тоже выбрали темы, но Спирин сказал, что если кто-то хочет заниматься липидами, он потом всю жизнь может это делать. А сейчас надо получить широкое образование. И всем темы перемешал. Кто хотел липиды — пошел изучать белки, и наоборот. Только нас двоих не тронули — ИМГ тогда только что выделился из Курчатника, и студентам надо было оформлять допуск. На нас он был уже оформлен, и что-то поменять уже бы не удалось. Но в 1954 году мне бы пришлось поехать в Каунас, где оказался Хесин после гонений на генетиков. А в 1956 он уже вернулся в Москву. И в его лаборатории я занималась тем, о чем горела душа — изучала структуру генов рибосомной РНК. Старательно осваивала передовые методы и пыталась придумывать свои. И обожала разглядывать последовательности нуклеотидов, которые незадолго до этого научились читать и публиковали в английских журналах. Я всматривалась в них и пыталась понять тайны жизни, скрытые в ДНК. Теперь этим занимается биоинформатика. Но я до сих пор люблю читать GAATTC... Это завораживает.
0
