Джеймс Уотсон: «В то время единственное, что меня волновало, это структура ДНК... А все потому, что в Кембридже практически не было девушек»
Когда Фрэнсис Крик сел за ланч с Джеймсом Уотсоном в пабе «Орел» 28 февраля 1953 года и объявил, что они «раскрыли тайну жизни», другие столующиеся отнеслись к этому со вполне оправданным скептицизмом. Физику Крику было 36 лет, и он еще не закончил аспирантуру. Его американскому коллеге было всего 24 года. Кроме того, им было запрещено изучать проблему, которую они, по их словам, только что решили, а именно как устроена молекула ДНК, являющаяся посредником наследования. Даже Уотсон, не отличавшийся осторожностью, был немного смущен смелостью своего друга, опасаясь, что их ответ может оказаться неправильным.
Ему не стоило волноваться. Открытие Уотсона и Крика, что ДНК закручена в двойную спираль, считается одним из главных научных достижений XX века наравне с теорией относительности Эйнштейна и расщеплением атома. Ранние генетики показали, что гены управляют наследованием, но они ничего не могли сказать о химических аспектах этого процесса. Уотсон и Крик продемонстрировали, как гены работают на самом деле. Они положили начало новой эре молекулярной биологии, в которой генетическую активность можно наблюдать, отслеживать и в конце концов изменять. Идея двойной спирали также помогла понять, как происходит копирование кода жизни при делении клеток: каждая нить двойной спирали ДНК служит шаблоном для воспроизведения генетических инструкций. В апреле того же 1953 года Уотсон и Крик написали в короткой статье в журнале Nature.«От нашего внимания не ускользнул тот факт, что из предложенного нами специфического спаривания нуклеотидов естественным образом вытекает возможный механизм копирования генетического материала».
«По-видимому, во всех организмах большая часть генетической информации, если не вся целиком, переносится нуклеиновой кислотой — обычно ДНК, хотя некоторые малые вирусы используют в качестве генетического материала РНК» Фрэнсис Крик
Поиск структуры
Важность ДНК для наследования была широко признана к началу 1950-х годов, и несколько групп работали над расшифровкой структуры молекулы. В США Лайнус Полинг показал, что многие белки свернуты в похожую на пружину спираль, и предложил — ошибочно — тройную спираль ДНК. Тем временем в лондонском Кингс-колледже Розалинд Франклин и Морис Уилкинс исследовали ДНК при помощи рентгеновской дифракции, позволяющей получить представление о форме молекул по тому, как они рассеивают излучение.
В Кембридже Уотсон и Крик использовали рентгеноструктурный метод совсем для других целей: Крик изучал белки, а Уотсон - вирус табака, но ДНК показалась им интереснее. Однако глава лаборатории Лоренс Брегг запретил им исследовать ДНК, дабы они не отвлекались, да и пастись на территории Кингс-колледжа было невежливо. Уотсон и Крик продолжили работать над расшифровкой ДНК - сначала тайком, потом с одобрения Брегга, и, объединив чужие работы со своими, решили проблему. Интеллект интеллектом, но помогли им в этом также слепая удача и хитрость. Первый раз им повезло в 1952-м, когда Великобританию посетил американский исследователь Эрвин Чаргафф. Его эксперименты показали, что четыре основания ДНК всегда встречаются в одинаковых соотношениях: в клетках содержится одинаковое количество пар оснований аденина (А) и тимина (Т), цитозина (Ц) и гуанина (Г). Благодаря его лекциям Уотсон и Крик поняли, что основания ДНК спарены и «буква» А всегда связана с Т, а Ц — с Г. Это был важный элемент двойной спирали.
Вторая важная подсказка содержалась в исследованиях Розамунд Франклин. В том же 1952 году она сделала рентгеновский снимок молекулы ДНК, известный как «фотография 51». Этот снимок, без ведома Франклин, ее коллега Уилкинс показал Уотсону. Крик слышал о результатах Розамунд Франклин от Макса Перуца, своего научного руководителя, проводившего экспертизу работы Кингс-колледжа для Совета медицинских исследований. Уотсон и Крик поняли, что их соперники не осознали значимость снимка, но если его объединить с соотношениями Чаргаффа, то снимок поможет раскрыть структуру ДНК.
Уотсон и Крик смогли превратить предположения в результаты, потому что, в отличие от Франклин, они не ограничивали свои исследования экспериментами. Хотя рентгеновская дифракция сыграла ключевую роль, Уотсон и Крик поняли значение рентгенограммы, основываясь на устаревших методах — они смастерили жестяные и картонные модели компонентов ДНК, пытаясь построить ее структуру методом проб и ошибок. Фотография 51 стала для них подсказкой, дала ученым каркас, на который надо было нанизать все компоненты. И результат — двойная спираль — оказался идеальным.
Как работает спираль
Молекула ДНК состоит из двух связанных нитей оснований. Каждое основание с одной стороны водородной связью спарено со своим партнером (А - Т, Г - Ц), а с другой удерживается сахаро-фосфатным остовом. В результате две нити ДНК закручиваются вокруг друг друга в двойную спираль - как скрученная веревочная лестница. Нити зеркально отражают друг друга: если с одной стороны стоит А, то с другой всегда Т, и наоборот. Если последовательность одной нити АЦГТТАЦЦГТЦ, то вторая нить будет иметь последовательность ТГЦААТГГЦАГ.
Структура раскрывает ее функцию. Последовательность оснований ДНК дважды кодирует генетическую информацию, благодаря чему ее очень легко скопировать. Когда клетка делится, специальный фермент разрывает непрочные водородные связи между парами оснований, разделяя двойную спираль на две отдельные нити. Эти нити служат шаблонами для репликации (копирования). Второй фермент, ДНК-полимераза, насаживает новые основания на «буквы» каждой нити, сопоставляя А с Т и Ц с Г. В результате получаются две новые двойные спирали ДНК, служащие генетическими программами для двух дочерних клеток.
Как и многие другие идеи генетики, модель двойной спирали проста и изящна. Однако она сразу же объяснила, как происходит копирование кода жизни, и проложила путь для дальнейшего изучения того, как код влияет на биологию. Она стала предвестником новой генной эры, в которой стало возможным использовать ДНК для диагностики заболеваний, разработки лекарств, поимки преступников и даже модификации живых существ. Структура оказалась простой, но вот о последствиях открытия этого сказать нельзя.
Темная леди ДНК
Роль Розалинд Франклин в открытии двойной спирали остается предметом жарких споров. Значимость ее рентгеновских снимков невозможно переоценить, и многие, включая ее биографа Бренду Мэддокс, считают, что она была жертвой сексизма и поэтому не получила заслуженного признания.
В свое время Крик, Уилкинс и особенно Уотсон не признали в должной мере вклада Розалинд, утверждая, что, хотя ее работа сыграла ключевую роль в открытии, сама Франклин не понимала ее значимости. Она была исключена из Нобелевской премии, полученной троицей в 1962 году, по совершенно невинной причине: она скончалась от рака яичников в 1958 году, а Нобелевские премии никогда не вручают посмертно.
Лайнус Полинг
В гонке по расшифровке структуры ДНК ставки делались не на Уотсона и Крика, а на Лайнуса Полинга — выдающегося американского химика, к тому времени сделавшего несколько важнейших открытий в области структуры белков и химических связей. Полинг первым предложил спиральную структуру молекулы ДНК, но его модель была ошибочной. Он мог бы обогнать кембриджскую команду, если бы не его политический активизм.
В 1952 году его обвинили в сочувствии коммунистам и отобрали паспорт. В результате он не смог поехать в Великобританию и так и не увидел полученных Франклин рентгеновских изображений, которые позволили Уотсону и Крику расшифровать структуру ДНК.