Происхождение эволюции. Идея естественного отбора до и после Дарвина - [69]

В 1931 г. группа Эвери обнаружила, что процесс трансформации может происходить даже без участия мышей. Выращивая пневмококки R в чашках Петри (это стандартный плоский лабораторный сосуд), в которых также находились мертвые пневмококки S, ученые смогли превратить живые пневмококки R в живые пневмококки S. Чтобы определить трансформирующий агент, они сначала последовательно замораживали и нагревали колонии бактерий типа S, чтобы разрушить клетки и получить жидкость, в которой их внутреннее содержимое было смешано с фрагментами их оболочек. Эти фрагменты отделили при помощи вращения пробирок со смесью на центрифуге: плотные фрагменты оболочек оседали на дно, а жидкость с внутренним содержимым оставалась наверху. Этой жидкости оказалось достаточно, чтобы трансформировать пневмококки R в пневмококки S.

Выяснение всех этих подробностей заняло немало времени, но к 1935 г. это было сделано. К следующему этапу исследований Эвери привлек еще двух исследователей — сначала уроженца Канады Колина Маклауда (1909–1972), а затем Маклина Маккарти (1911–2005), чтобы они помогли ему тщательно изучить трансформирующую жидкость. На завершение этой работы у них ушло почти десять лет: они по одному выявляли отдельные компоненты клетки, которые не отвечали за трансформацию, пока у них не остался всего один подозреваемый.

Первым кандидатом на роль трансформирующего агента был белок. Поэтому исследователи добавили в полученную из S-бактерий жидкость протеазу — фермент, который расщепляет молекулы белка на составляющие. Но жидкость все равно не утратила свои трансформирующие свойства. Затем они рассмотрели возможность того, что процесс изменения связан с гладкой оболочкой бактерий, состоящей из полисахаридов. Они проверили это предположение, применив другой фермент, который расщеплял полисахариды, но это тоже никак не повлияло на происходящее. Тогда им пришлось при помощи долгой череды химических процессов удалить все следы белков и полисахаридов, а потом провести тщательный химический анализ того, что осталось. Этот анализ показал, что, судя по соотношению углерода, водорода, азота и фосфора, в растворе оставалась нуклеиновая кислота. Последняя серия экспериментов показала, что это ДНК, а не РНК.

Результаты этого открытия были опубликованы в 1944 г., после чего не осталось никаких сомнений, что трансформирующим агентом является ДНК. В своей статье команда Эвери не заявила, что ДНК является тем материалом, из которого состоят гены, но Эвери упоминал об этом в частных беседах, в том числе в письме своему брату Рою, который был бактериологом^{36}. Однако идея, что не белок, а ДНК несет наследственную информацию, была настолько шокирующей, что она далеко не сразу получила широкое признание среди биологов. Большинство из них по-прежнему были убеждены, что молекула ДНК слишком проста, чтобы выполнять эту функцию; по мнению многих, скоропалительно было утверждать, что ДНК является активным участником настоящих генетических процессов, только исходя из того, что ДНК отвечает за трансформацию клеток. К тому же новости в то время распространялись достаточно медленно, в том числе и потому, что шла Вторая мировая война. Но, несмотря на сомнения мирового научного сообщества, исследования Эвери, Маклауда и Маккарти вдохновили американских биохимиков продолжить работу в этом направлении. Так появилась наука молекулярная генетика. Но прошло еще несколько лет, прежде чем накопилось достаточно информации о генетическом материале и чаша весов окончательно склонилась в пользу ДНК благодаря другому блестящему эксперименту. Тем временем еще одним из главных героев рассказа о ДНК был разработан новый метод исследования биомолекул.

Эта новая идея была детищем американского химика Лайнуса Полинга (1901–1994), и она пришла ему в голову в 1948 г., когда он изучал дифракционные картины, которые возникали при рентгеновском облучении кристаллов определенных белков.

Мы уже упоминали один тип белков — глобулярные молекулы, которые выполняют всю работу в организме, — вроде белка гемоглобина, который переносит кислород в крови. Но существуют и другие белки, тоже состоящие из длинных цепочек, которые называются полипептидами. В таких фибриллярных белках молекулы не сворачиваются в клубки, а в основном выглядят как тонкая вытянутая цепочка. Они являются важными строительными материалами организма — из них, например, состоят волосы, перья, мышцы, шелковые волокна и рога.

Первые снимки рентгеновской дифракции на фибриллярном белке были получены в 1930-х гг. Уильямом Астбери (1898–1961) из Лидского университета. Этот ученик Уильяма Брэгга изучал кератин — компонент шерсти, волос и ногтей. Снимки были недостаточно четкими для того, чтобы можно было определить точное строение кератина, но на них был виден повторяющийся мотив, из чего было понятно, что строение этого белка является простым. На самом деле он обнаружил два мотива: первый, в ненатянутых волокнах, Астбери назвал альфа-формой; второй, в натянутых волокнах, он назвал бета-формой.

Лайнус Полинг первым вывел правила квантовой химии и подробно описал их в своей эпохальной книге