Краткая история сотворения мира. Великие ученые в поисках источника жизни на Земле - [90]

Отец Шостака был пилотом Королевских ВВС Канады, и в детстве будущий ученый внимательно следил за космическими экспедициями кораблей «Аполлон». Однако сильнее, чем сами полеты, его занимали эксперименты, выполненные астронавтами на Луне. Больше всего его интересовала биология. В школе его считали вундеркиндом. Он поступил в самый престижный университет Канады, Университет Макгилла, когда ему было только 15 лет.

В 1982 г., в возрасте 27 лет, Шостак стал профессором химии на Медицинском факультете Гарварда и впервые занялся проблемой репарации ДНК в дрожжах Saccharomyces cerevisiae – модельном эукариотическом организме, интересовавшем многих ученых со времен Пастера. Однажды он присутствовал на лекции молекулярного биолога из Калифорнийского университета в Беркли Элизабет Блэкбёрн, посвященной генетике Tetrahymena. Шостак понял, что может использовать результаты Блэкбёрн в своей собственной работе, посвященной решению одной из сложных проблем биологии – эукариотической клетки. Известно, что ферменты, копирующие ДНК, никогда не доходят до концов хромосом, и поэтому считалось, что в каждом цикле клеточного деления какая-то часть хромосом не должна копироваться. Тот факт, что это не всегда так, ставил ученых в тупик.

Для того чтобы разобраться в происходящем, Шостак и Блэкбёрн вместе с молекулярным биологом Кэрол Грейдер поставили серию экспериментов. Используя гибридные хромосомы Saccharomyces и Tetrahymena, они показали, что короткие участки ДНК, названные теломерами (от греч. telos – конец и meros – часть, доля, концевые участки), с концов хромосом Tetrahymena могут защитить от укорочения хромосомы Saccharomyces, и наоборот. Это открытие не только объясняло парадокс, но имело большое значение для понимания клеточных механизмов старения и развития рака. Работа Шостака, Блекбёрн и Грейдер была опубликована в 1982 г. Почти через 30 лет, в 2009 г., трое ученых разделили Нобелевскую премию по физиологии и медицине.

Завершив работу с теломерами, Шостак стал искать новую тему для исследований. Еще на заре научной карьеры он собирался заняться тремя важнейшими, по его мнению, проблемами в биологии: происхождением Вселенной, происхождением сознания и происхождением жизни. Довольно быстро он понял, что его математических способностей не хватит, чтобы вникнуть в физические процессы, приведшие к возникновению Вселенной. Хотя его, как когда-то Генри Бастиана и Френсиса Крика, невероятно искушало желание разобраться в феномене сознания, он чувствовал, что современные технологии еще не позволяют достаточно далеко продвинуться в этом вопросе. Однако после обнаружения каталитической функции РНК Чеком и Олтменом он увидел новые перспективы в углублении понимания процессов происхождения жизни.

Начиная с 1984 г., Шостак активно занимался изучением рибозимов, пытаясь понять, какую роль они могли сыграть в самых первых клетках. Он пытался найти нечто вроде чаши Грааля для сторонников теории «мир РНК»: молекулу РНК, способную копировать саму себя. До тех пор никто не доказал, что подобная молекула существует или существовала когда-то. Однако перед Шостаком открылись такие возможности, которых не было у его предшественников.

Результаты эксперимента Миллера – Юри были известны всем, но вот осуществить следующие химические реакции, которые могли бы привести к появлению FLO, оказалось невероятно сложно. Прогресс в этом направлении был весьма незначительным, но Шостак решил, что к этой задаче можно подойти с другой стороны. К началу 1990-х гг. уже многое было известно о функционировании клетки, а современные методы биотехнологии позволяли создавать клетку с нуля. Вместо того чтобы воспроизвести все сложные химические стадии, необходимые для возникновения первых форм жизни, Шостак решил сразу создать в лаборатории живую клетку.

Эра синтетической жизни началась в 2002 г., когда исследователь из лаборатории на Лонг-Айленде впрыснул содержимое шприца в маленькую белую мышь. Через несколько минут мышь умерла от паралича – она получила смертельную дозу полиовируса. Этот вирус с геномом на основе РНК обладает удивительно простым репликационным циклом, и поэтому он очень быстро заставил клетки мыши многократно его воспроизводить, пока набитые сотнями копий вируса хозяйские клетки не начали лопаться и высвобождать новые копии вируса, поражающие все большее и большее число клеток мыши. Особенностью этой вирусной атаки было то, что она была запущена с помощью искусственной вирусной ДНК, сконструированной с нуля вирусологом Экардом Уиммером из Университета Стуони-Брук. Геном полиовируса был расшифрован летом 1981 г., и группе Уиммера оставалось «всего лишь» воспроизвести генетический рецепт – синтезировать простую цепочку примерно из 75 сотен A, G, C и U.

Технология синтеза ДНК была отработана в предыдущие годы. Синтез таких молекул, конечно, не детская игра, но вполне доступный метод в арсенале современных молекулярных биологов. Генетик Джон Крейг Вентер и его группа синтезировали целый бактериальный геном, который намного сложнее простого генома вируса. Даже самые маленькие и простые клетки содержат сотни сложных ферментов, а также генетический материал и другие элементы. В 2010 г. серия трудоемких лабораторных манипуляций была успешно завершена: над ней на протяжении десяти лет трудились 24 человека, а стоимость проекта составила 40 млн долларов. Эта последовательность содержала 1 077 947 пар оснований