«Ген. Очень личная история»
Как концепция гена изменила мир
Мы наследуем от своих родителей все: от цвета волос и глаз до болезней. Хотя о механизме наследования науке известно относительно недавно, сегодня мы умеем изучать и менять гены не только в пробирке, но и в человеческих клетках. Это позволяет узнавать о пагубных мутациях у ребенка еще до рождения и дает надежду на победу над наследственными заболеваниями в будущем. В книге «Ген. Очень личная история» (издательство «Corpus»), переведенной на русский язык Ольгой Волковой и Ксенией Сайфулиной, врач и ученый Сиддхартха Мукерджи рассказывает о зарождении и развитии науки о наследственности и концепции гена, а также о том, как его семья столкнулась с психическим заболеванием, передающемся из поколения в поколение. Предлагаем вам ознакомиться с фрагментом, посвященным экспериментам биохимика Пола Берга по созданию рекомбинантной ДНК, то есть объединению генов разных организмов.
Кроссинговер
Что за мастерское создание — человек! Как благороден разумом! Как беспределен в своих способностях, обличьях и движениях! Как точен и чудесен в действии! Как он похож на ангела глубоким постижением! Как он похож на некоего бога! Уильям Шекспир. Гамлет, акт II, сцена 2
Зимой 1968-го Пол Берг вернулся в Стэнфорд после 11-месячного академического отпуска, проведенного в Ла-Хойе, в Институте Солка. Бергу исполнился 41 год. У него было атлетическое телосложение и привычка слегка горбиться при ходьбе. Детство в Бруклине наложило едва уловимый отпечаток на манеры Берга — это ощущалось, скажем, в том, как в пылу научного спора он вскидывал руку и начинал предложение со слова «смотри». Его восхищали люди искусства, особенно художники и особенно абстрактные экспрессионисты: Поллок и Дибенкорн, Ньюман и Франкенталер. Берга очаровывала отлично удавшаяся им трансмутация старого языка в новый: то, как художники сумели приспособить ключевые инструменты абстракционизма — свет, линии, формы — к сотворению гигантских холстов, пульсирующих необыкновенной жизнью.
После защиты диссертации Берг занимался биохимией в Университете Вашингтона в Сент-Луисе вместе с Артуром Корнбергом, и с ним же потом основал кафедру биохимии в Стэнфорде. Большую часть своей академической жизни Берг изучал синтез белков, но поездка в Ла-Хойю дала ему возможность обдумать и другие темы. Забравшийся на высокое плато над Тихим океаном, Институт Солка по утрам часто прятался за плотной стеной тумана, напоминая монашескую обитель. Присоединившись к группе вирусолога Ренато Дульбекко, Берг сфокусировался на из учении вирусов животных. Все 11 месяцев он размышлял о генах, вирусах и передаче наследственной информации.
Особенно заинтересовал Берга обезьяний вирус 40, или SV40, поражающий клетки обезьян и человека. Каждый вирус, образно выражаясь, профессиональный носитель генов. У этих существ очень простая структура: часто это не более чем генный комплект в оболочке — «плохие новости в белковой упаковке», по выражению иммунолога Питера Медавара. Внедряясь в клетку, вирус теряет оболочку и начинает использовать клетку как фабрику для копирования своих генов и производства новых оболочек, в результате чего наружу выходят миллионы новых вирусов. Это жизненный цикл, дистиллированный до самого необходимого, до чистого смысла. Вирусы существуют для того, чтобы заражать и размножаться, а заражают и размножаются для того, чтобы существовать.
Но даже в таком незамысловатом мире кристаллизованных сущностей жизненный цикл SV40 казался экстремально упрощенным. Его геном — ничтожный клочок ДНК: он в 600 тысяч раз короче генома человека и содержит всего семь генов (для сравнения: у человека их примерно 21 тысяча). В отличие от большинства вирусов, как узнал Берг, SV40 может достаточно мирно сосуществовать с некоторыми типами зараженных клеток. Вместо того чтобы сразу запускать производство миллионов новых вирионов и губить тем самым клетку. SV40 может внедрять свою ДНК в хромосому хозяина и впадать в репродуктивную дрему, ожидая особых активирующих сигналов.
Эффективность проникновения в клетку и компактность генома SV40 делали его идеальным транспортом для доставки генов в клетки человека. Берга поглотила эта идея: если суметь экипировать SV40 «чужим» геном (чужим для вируса, по крайней мере), вирус контрабандой протащит его в клетку человека и, соответственно, изменит ее наследственную информацию. Такой трюк определенно откроет новые горизонты генетики. Но прежде чем мечтать о модификации человеческого генома, Бергу нужно было решить техническую задачу: найти способ внедрить чужеродный ген в геном вируса. Требовалось искусственно сотворить генетическую химеру — гибрид вирусной и чужой ДНК.
В отличие от генов человека, которые распределены по линейным хромосомам, как нанизанные на гитарные струны бусины, гены SV40 собраны на кольцевой ДНК. Такой геном подобен молекулярному ожерелью. Когда вирус заражает клетку и вносит свои гены в ее хромосомы, «застежка» раскрывается, «ожерелье» распрямляется и внедряется в клеточную ДНК. Чтобы вставить чужой ген в геном SV40, Берг должен принудительно открыть застежку, прикрепить ген и заново соединить концы ожерелья. Остальную работу проделает