Поздним субботним вечером усталый бармен в который раз оглядывал недовольным взглядом двух засидевшихся посетителей. Давно разъехались редкие туристы, приезжавшие в Кембридж на денёк, чтобы погулять по центру и посетить пару колледжей, уже простыли следы болеющих местных жителей, подхвативших всем городом противный февральский грипп, разошлись по общежитиям говорливые студенты, которым во втором триместре задавали больше, чем обычно, а эта парочка в потёртых пиджачках всё подливала себе дешёвое пиво, громко разглагольствуя о каких–то спиралях, водородных связях и прочей заумной ерунде.
Наконец бармен кинул взор на часы, висевшие под надписью на деревянной доске: «Спасибо, что зашли в «Eagle Pub» – будем рады видеть вас снова» и понял, что настала пора попросить этих двоих на выход.
– Парни, – сказал он, походя поближе и протирая салфеткой пивную кружку, – а вам не кажется, что вы завтра будете болеть? Может, вам стоит выйти на свежий воздух и немного подышать перед сном?
– Я не ошибусь, если выражу мнение, что вы изволите нас выгонять? – дёрнул головой и поднял брови лысеющий мужчина средних лет с растрёпанными на затылке волосами и тяжёлым носом.
– Нет, что вы! – возразил ему бармен. – Вы совершенно правы и ни капельки не ошибаетесь!
– Вот! И я тебе то же самое твержу весь день! – внезапно торжествующе вскрикнул второй – молодой парень, похожий на кролика. – Мы с тобой абсолютно правы! Мы ничуть не ошибаемся! Даже он это понимает! Даже он!
Парень пьяненько улыбнулся во весь рот, обнажив огромные заячьи зубы, поднял взгляд на бармена, подмигнул и взял в руки почти пустой бокал.
– Между прочим, мы имеем право! – торжественно заявил он, залпом вылил содержимое себе в рот и грохнул бокалом по столу. – У нас сегодня праздник – мы открыли секрет жизни!
Знал бы бармен, каких вершин достигнут его засидевшиеся посетители, он бы обязательно сохранил и поставил на почётное место посуду, из которой они пили в тот день. Потому что этими двумя были Фрэнсис Крик и Джеймс Уотсон – обладатели Нобелевской премии за исследование структуры нуклеиновых кислот. Первооткрыватели спирали ДНК. Одни из самых знаменитых учёных прошлого века.
*
Чтобы осознать масштаб того, что они открыли, необходимо понять некоторые базовые вещи. Все знают, что для жизни нам необходимы белки, жиры и углеводы (конечно, нужны и витамины, и минералы, и прочие химические вещества, но сейчас разговор не об этом), то есть некие ингредиенты жизни, как сахар, кофе и вода в чашечке американо. Однако это не так.
Многие думают, что белки – строительные материалы организма, этакие кирпичики жизни. Но на самом деле кирпичиками являются жиры, а не белки, потому что мембрана каждой клетки тела – это двойной слой липидов. Если провести аналогию с автомобилем, то жиры – это кузов, углеводы – бензин, а протеины – это всё, что движется, крутится, скрепляет и является сутью автомобиля. Как детали образуют узлы и конструкции, так и аминокислоты объединяются в пептиды и белковые молекулы.
Что же делают белки? Ответ на этот вопрос занял бы слишком много места, поэтому придётся ограничиться только некоторыми функциями. Они являются основной частью и структурой клеток, регулируют все процессы в организме, отвечают за иммунитет, нервные импульсы, перенос и обмен веществ. Мышцы и движения, мысли и настроение, жизнь и смерть подчиняются белкам.
– А при чём тут ДНК? – спросит внимательный читатель и будет вознаграждён ответом: «Именно ДНК создаёт белок». Давайте ещё раз – ДНК нужна для производства протеинов. Информация, заключенная в ДНК, является инструкцией по созданию белковых молекул и молекул РНК (напомним, что РНК – это как ДНК, только с одной спиралью вместо двух). Участок, отвечающий за создание определённого белка, называется геном.
Чтобы не запутаться, мы посмотрим на ДНК в другом масштабе. Каждая спираль состоит из четырёх нуклеотидов: аденина (А), гуанина (Г), цитозина (Ц) и тимина (Т). Они могут встречаться в ДНК в любом порядке, однако их сочетание кодирует создание определённой аминокислоты. Например, ГГУ даёт любимый детишками глицин, а УГГ – триптофан (предшественник серотонина). Кстати, заметьте, что последовательность именно из трёх нуклеотидов создаёт аминокислоту, такая последовательность является единицей генетического кода и называется кодирующим тринуклеотидом, или кодоном. Определённый порядок расположения кодонов – это и есть ген, о котором шла речь абзацем выше.
Казалось бы, какое прекрасное доказательство того, что наш мир задумал Творец, ибо создать настолько идеальную инструкцию по созданию всего живого – от бактерии до человека может только божественная мысль. Однако ДНК доказывает обратное – оказывается, большая её часть нефункциональна, и является различными ретровирусами, сателллитами, интронами и псевдогенами, которые были активны миллионы, а иногда и миллиарды лет назад, но сейчас перестали функционировать и кодировать белок. То есть когда–то существовали организмы, в которых эти части ДНК что–то значили, но со временем молекула мутировала и определённые гены утратили значение. Всего несколько процентов человеческой ДНК кодирует белки, а остальное – останки дней минувших, накопленных в результате эволюции.
Да и сама двойная спираль ДНК – это эволюционная надстройка односпиральной РНК, поскольку та очень легко засоряется и из неё выбиваются нуклеотиды. То есть с точки хранения и удержания информации ДНК на порядок надёжнее РНК, ведь двойная цепочка существенно уменьшает вероятность ошибки. Напротив аденина всегда находится только тимин, а гуанин соединяется лишь с цитозином. И, например, если что–то повредит тимин, то репарирующая система найдёт эту ошибку и исправит её, опираясь на комплиментарный нуклеотид.
– Хорошо, – скажет вдумчивый читатель, – но если ДНК практически неуязвима для изменений, то как же тогда всё меняется? Не противоречит ли ДНК эволюции?
К счастью, нет. Дело в том, что генная информация не сразу создаёт белок. В этом процессе есть посредник – та самая РНК, о которой мы уже не раз говорили. Не существует исключительных случаев, когда трансляция кода идёт напрямую с ДНК, всегда и только с РНК, а вот в ней, как мы уже поняли, мутаций может произойти сколько угодно. Любые изменения внешней среды могут повлиять на РНК, и в итоге получится белок с какими-то новыми свойствами. Это происходит постоянно в триллионах клеток у миллиардов живых организмов во всём мире, и именно так появляются мутации, которые влияют на изменчивость и отбор.
Кстати, а как внешняя среда влияет на ДНК? Этим вопросом занимается наука эпигенетика, которая утверждает, что внешняя среда совершенно точно оказывает влияние на наследственность. Согласитесь, если мы извлечем хромосомы из уютного ядра клетки и поместим их в спирт, то они наверняка поменяют свои физические свойства. Так вот, оказывается, что на геном может влиять буквально всё, что угодно – питание и образ жизни, вредные привычки и спорт, эмоциональное состояние и климат, и ещё многие другие факторы.
Негативная внешняя среда, например никотин, оказывает сильное влияние на количество мутаций. Учёные подсчитали, что в среднем каждые пятнадцать выкуренных сигарет приводят к одной мутации. Каждая из них может активизировать онкогены, которые подтолкнут клетки постоянно размножаться и отключат у них функцию апоптоза – запланированной собственной смерти. Если гены, отвечающие за подавление опухоли, тоже отключатся, то тогда непременно начнётся онкологический процесс. В результате, у того, кто выкуривает две пачки сигарет в день, шанс получить рак легких увеличивается в шестьдесят два раза по сравнению с некурящим.
Помимо понимания причин заболеваний, генетика даёт человечеству такие мощные инструменты, как генная инженерия и синтетическая биология. Вот простой пример возможностей этих дисциплин. Представьте, что в бактерию вставляется молекула ДНК, чаще всего плазмида. Кстати, это очень интересная молекула – она похожа на паразита или на вирус, потому что использует питательные вещества клетки в своих целях. Однако плазмида никогда не будет действовать во вред клетке, скорее, она помогает ей выживать и получает за это небольшую награду.
Так вот, в такую плазмиду можно вставить ген человека, который вырабатывает необходимый для организма белок – например, фермент или гормон. Далее в каждую бактерию запускают тысячи плазмид, которые начинают усиленно производить белок. Бактерии с этими плазмидами внутри размножаются 2-3 раза в час в геометрической прогрессии, поэтому за один рабочий день такая колония может дать огромное количество искусственного белка. Так, например, бактерии кишечной палочки производят синтетический инсулин, идентичный тому, что вырабатывает поджелудочная железа. И миллионы людей во всём мире могут жить спокойно, принимая это лекарство длительного действия, не вызывающее аллергию и мгновенно впитывающееся в кровь.
Вот почему открытие Уотсона и Крика так много значило для всего человечества, вот почему они были правы – они действительно открыли секрет жизни!
*
Дед закончил свою речь и откинулся на спинку стула, скрестив руки. Внук, правнук и маленькая правнучка слушали его, затаив дыхание. Даже старые часы, доставшиеся в подарок от любимой дочери, проживающей ныне в Ливерпуле – и те, казалось, стали тикать тише.
– А ведь это я первый им об этом сказал, – добавил он, чуть выпятил подбородок и горделиво поскрёб его.
– Ты им об этом сказал? – округлил глаза правнук.
– Да, представь себе! – важно кивнул дед. – Но и это ещё не всё, Дэнни! Есть вещи и поважнее!
– Да мы все уже это знаем! – закатил глаза младший внук, который слышал историю деда уже несколько раз. – Они тебе сказали, что ты первый, кто понял их идею!
– Ты прав, мой дорогой Натан, – старый рассказчик улыбнулся, – именно эти слова они мне и сказали! Как сейчас помню.
– А как это произошло, дедушка? – вскрикнула белокурая правнучка. – Расскажи, жуть, как интересно.
– О, Катрин! – засмеялся дед. – Да что там рассказывать? Было это, дай бог памяти, в начале пятидесятых, я тогда работал барменом в «Eagle Pub» – старом добротном заведении в Кембридже…