Живое и неживое. В поисках определения жизни - читать онлайн книгу. Автор: Карл Циммер cтр.№ 64

А что, если вместо одного основания попытаться протащить целый отрезок ДНК? Будет ли вместо одного пика наблюдаться ряд небольших? У каждого из четырех оснований ДНК свои размер и форма. Что, если пики будут отличаться? Что, если он сможет расшифровать последовательность отрезка ДНК, протянув ее сквозь канал?

Внезапно прямо посреди Каскадных гор Димер осознал, что размышления о происхождении жизни привели его к чему-то совсем неожиданному. Оказывается, он обдумывал метод прочтения ДНК.

Для 1989 г. идея быстрого чтения последовательностей ДНК представлялась чуть ли не волшебством. Стандартные методы того времени работали так медленно, что ученым удавалось прочесть лишь несколько сотен оснований в день. В таком темпе им потребовалось бы 100 000 лет на секвенирование генома одного-единственного человека. Некоторые ученые мечтали ускорить этот процесс, и теперь Димер стал одним из таких мечтателей. Ему виделось, как ДНК пробивается сквозь канал, распевая свою последовательность в виде электрической арии.

_______

По окончании орегонской поездки 1989 г. Димер взял красную ручку и изобразил свое видение в блокноте. Он нарисовал ДНК, проскальзывающую по каналу. Набросал воображаемый график скачков напряжения, которые в его представлении вызывались каждым из оснований. «Канал должен быть в сечении соизмеримым с ДНК» ^[326], – написал исследователь.

Димер заручился поддержкой других ученых, чтобы те помогли ему с реализацией этой идеи. Для начала – с целью создания дорожной пробки из ДНК и других молекул-участниц – требовалось подобрать канал нужного размера и формы. В 1993 г. Дэвид узнал о канале, способном справиться с этой задачей, – это гемолизин, который вырабатывают бактерии. Он отправился в лабораторию специалиста по гемолизину Джона Касьяновича из Национального института стандартов и технологии в Мэриленде. С собой он вез нити РНК, чтобы вдеть их в молекулярную иголку.

Объединив усилия, Димер и Касьянович создали липидную мембрану, закрывающую круглое отверстие. В середину мембраны они внедрили гемолизиновый канал. Когда исследователи включили электрическое поле, им удалось по этому каналу протащить кусочки РНК. И они увидели ряд пиков. Их число совпало с числом оснований в этих кусочках.

Результатов успешного эксперимента хватило для статьи, и она была опубликована в 1996 г. ^[327] Но до прибора, читающего ДНК, было еще далеко. Еще предстояло определить, как различать между собой четыре основания. Димеру и Касьяновичу представлялось что-то вроде вымаранных предложений в отредактированном правительственном документе. Можно было сосчитать количество букв в них, но ученые понятия не имели, какие слова были записаны этими буквами.

Один из бывших студентов Димера, Марк Эйксон, вернулся в Калифорнию, чтобы возглавить посвященный этому проект. Его целью было научиться распознавать замаскированные буквы. Эйксон и его коллеги настроили свою электронику так, чтобы различать еще более тонкие колебания силы тока, одновременно понизив чувствительность приборов к окружающим шумам. Они воспользовались тем, что молекулы двух из четырех оснований ДНК – аденина и гуанина – намного крупнее, чем цитозин и тимин. Эйксон и его коллеги доказали, что большие основания дают значительные спады силы тока, а малые – менее значительные ^[328].

Димеру еще не удавалось различать язык генов отчетливо. Но теперь, по крайней мере, он мог отличить гласные от согласных.

_______

С Дэвидом Димером я познакомился в 1995 г. ^[329] Я приехал в Санта-Круз, куда исследователь перебрался после того, как женился на Оулёв Эйнарсдоттир – она преподавала в местном отделении Калифорнийского университета, размещавшемся на северной окраине города. Димер променял сельские равнины Дейвиса на мрачные красоты побережья, где на пляжах возлежали морские слоны, а на них со склонов холмов взирали сосны и секвойи. В первый же вечер в Санта-Крузе я пошел гулять в центр города.

Там все еще были видны последствия землетрясения Лома-Приета, случившегося шестью годами ранее. Я проходил мимо безмолвных заброшенных зданий, по открытым ранам темных, запустелых улиц. Утром я отправился в лабораторию Димера.

«Хотите понюхать космос?» – спросил исследователь. И сунул мне под нос образец липидов Мерчисонского метеорита. Повеяло чердаком. «Хотите услышать инсулин?» – снова спросил он. Несколько лет назад Димер перевел генную последовательность в буквенную музыкальную нотацию: аденину соответствовала буква A, гуанину – G, цитозину – C, а тимин, за неимением буквы T в нотном ряду, стал E ^[330]. Ученый стал пропевать мне вполголоса последовательность букв в гене инсулина, отдаленно это напоминало песню.

Тогда Димеру было 56 лет. Минуло десятилетие с тех пор, как он получил липосомы из метеорита, и за эти годы исследователь разработал подробный сценарий происхождения жизни, опираясь как на собственные труды, так и на достижения других ученых. Выдвинутая еще Холдейном и некоторыми исследователями в 1960-е гг. идея, что первичная жизнь основывалась на РНК, с годами набрала немало сторонников. РНК оказалась удивительно многофункциональной молекулой – возможно, ее функций было достаточно, чтобы поддерживать жизнь на древней Земле. Так, в Колорадском университете биохимик Томас Чех открыл у пресноводного простейшего тетрахимены необычную молекулу РНК. Эта молекулярная цепочка могла самопроизвольно изгибаться и вырезать из себя кусок, словно сама себе фермент. Вскоре исследователи обнаружили и другие молекулы РНК, способные вести себя подобно ферментам, – они получили название рибозимов.

Рибозимы продемонстрировали, что РНК способна выполнять две функции одновременно: хранить генетическую информацию, как ДНК, и осуществлять ферментные реакции, как белки. В 1986 г. гарвардский биохимик Уолтер Гилберт с учетом этого открытия усовершенствовал гипотезы Холдейна и других о происхождении жизни. Он назвал свою теорию «мир РНК» ^[331].

Гилберт предположил, что жизнь с самого начала использовала только РНК – задолго до того, как вообще появились ДНК и белки. Этой форме жизни был придан набор молекул РНК, каждая из которых выполняла худо-бедно определенную функцию. Одни могли хранить и передавать генетическую информацию, а другие – захватывать химические соединения для синтеза новых молекул РНК. Жизнь, основанная на РНК, была способна эволюционировать, так как в ходе копирования генов совершались и ошибки.

Впоследствии, предполагал Гилберт, у РНК-жизни сформировались белки и ДНК. Возможно, молекулы РНК приобрели способность соединять аминокислоты в совсем коротенькие белковые цепочки. Эти новые молекулы способствовали выживанию клеток, а когда белковые молекулы стали длиннее, то, вероятно, оказались эффективнее молекул РНК. Гены РНК, судя по всему, эволюционировали в двухцепочечную форму ДНК, которая оказалась более надежным способом кодирования наследственности.