http://www.jig.ru/history/003.html

Фридман Соломон

ВАЖНЕЙШИЕ ОТКРЫТИЯ 20-ГО ВЕКА

20-е столетие прошло под знаком решительного прорыва в двух областях знаний: современных физике и биологии. Что касается физики, то здесь уже все признали основополагающую роль эйнштейновской теории относительности. Прорыв в биологии все связывают с открытием двойной спирали ДНК. Этим, на мой взгляд, и определились приоритеты в науке этого столетия: первая его половина прошла под знаком физики, а вторая - под знаком биологии.

Готовя материалы для книги "Евреи - лауреаты Нобелевской премии", я обратил внимание на феноменальное чутьё этих учёных, на их способность находить передний край науки и становиться первооткрывателями в её важнейших областях.

В генетике же я сперва не нашёл такого первопроходца. Да, и здесь более сорока евреев получили Нобелевскую премию по физиологии и медицине. Но где тот, который должен был быть среди основоположников?

Внимательно прочитав в энциклопедии "Нобелевские лауреаты" статьи о Джеймсе Уотсоне, Френсисе Крике и Морисе Уилкинсе, я нашёл этого человека; и им оказалась "слабая беззащитная женщина" - Розалин Франклин. Во всех трёх статьях о ней говорилось с восхищением. И тут мне помог Самуэль Тулькес, предложивший прочитать небольшую книжонку Джеймса Уотсона "Двойная спираль". В этой книжке на 150 страницах шаг за шагом прослеживается важнейшее открытие в истории человечества, пришедшееся на вторую половину 20-го столетия.

Поразительное явление: трое хорошо обеспеченных парней и одна маленькая девушка, сбежавшая из богатой семьи и жившая в бедности и одиночестве. Освоив небезопасный, по тем временам, для жизни человека вид экспериментальной деятельности - рентгено-структурный анализ, она доказала своим коллегам, что ДНК, это незримое чудо природы, объединяющее собой человека и мушку дрозофилу или червячка-нематоду, представляет собой не одинарную, как на этом настаивал второпях Лайнус Полинг, форму спирали, а двойную.

Уже после опубликования статей об этом открытии Розалин продолжала ещё пять лет работать и открывать всё новые и новые подробности свойств этой двойной спирали, которая со временем привела учёных к открытию генной инженерии, опровержению теории Мальтуса, созданию новых лекарственных препаратов, клонированию человеческих органов и самого человека и, наконец, к продлению жизни человека, связанную, как об этом сообщили буквально на днях, с открытием апоптоза.

Длинная история со счастливым концом

Розалин Франклин (1920 - 1958) была химиком, кристаллографом. По окончании Кембриджа Розалин работала в Королевском колледже Лондонского университета. К тому времени уже было известно, что гены определяют наследование физических свойств живого организма. Уже была открыта нуклеиновая кислота и показано, что она содержится в ядре клетки. Биохимики определили химическую природу нуклеиновых кислот и обнаружили, что гены образованы одной из этих кислот, ДНК. Было доказано, что гены, или ДНК, управляют биосинтезом (или образованием) клеточных белков, названных ферментами, и таким образом контролируют биохимические процессы в клетке. Уже было известно, что ДНК образована молекулами моносахарида группы пентоз, фосфатом и четырьмя азотистыми основаниями - аденином, тимином, гуанином и цитозином.

Франклин, проведя рентгеноструктурные исследования молекул ДНК, выявила A- и B-формы ДНК. Затем она рассчитала функцию Паттерсона и, использовав специальный метод суперпозиции, показала, что фосфатные группы должны располагаться снаружи молекулы ДНК.

Опираясь на эти результаты Д.Уотсон, Ф.Крик, Р.Франклин и М.Уилкинс пришли к выводу, что ДНК имеет форму двойной спирали, напоминающей винтовую лестницу. Крик и Уотсон разработали модель пространственной структуры молекулы ДНК и в 1953 году продемонстрировали научной общественности механизм её действия в процессах биосинтеза.

Согласно этой модели, ДНК представляет собой двойную спираль, состоящую из двух цепей дезоксирибозофосфата, соединённых парами оснований аналогично ступенькам лестницы. Посредством водородных связей аденин соединяется с тимином, а гуанин - с цитозином. С помощью этой модели можно было проследить репликацию самой молекулы ДНК. Открытие химической структуры ДНК было оценено во всём мире как одно из наиболее выдающихся биологических открытий века. Нобелевскую премию (1962) за это открытие получили, однако, только трое: Джеймс Уотсон, Френсис Крик и Морис Уилкинс.

Розалин Франклин, скончавшаяся в 37-лет (за 3 года до выдвижения на Нобелевскую премию) эту самую престижную премию 20-го века, увы, не получила. В соответствии с Нобелевским уставом премия даётся только живым в качестве поощрительного гранта, дающего возможность ученому продолжить свою деятельность.

Беспримерное мужество и цельность натуры Розалин стали всем очевидны, когда она, зная о своей смертельной болезни, связанной с регулярным облучением рентгеновскими лучами, не жалуясь, продолжала работать почти до самой смерти.

Первооткрыватель апоптоза

Сидни Бреннер (1927) - известный генетик, сделавший открытие в области генетической регуляции развития органов и запрограммированной смерти клетки. Считается сейчас одним из столпов молекулярной биологии. Бреннер прославился своими работами по расшифровке генома человека. Он заслуженно считается подлинным пионером в этой области. Именно он практически доказал, что расшифровка генома человека возможна и является делом времени.

Гениальность Бреннера проявилась как в науке, так и в жизни. Достаточно вспомнить, что он, считающийся сейчас одним из столпов молекулярной биологии, начинал работать у самого Френсиса Крика, вместе с Розалиной Франклин и Морисом Уилкинсом. В результате работ Крика и Бреннера была доказана структура аминокислот, которым соответствует набор из трёх смежных соединений в ДНК. Можно сказать, что из рук Крика Бреннер принял эстафету по перспективному изучению транспортной и информационной РНК, за что в 2000 году уже был удостоен весьма престижной премии Альберта Ласкера.

Бреннер и, поделивший с ним впоследствии Нобелевскую премию, сэр Джон Салстон прославились своими работами по расшифровке генома человека. Причём Бреннер стал подлинным пионером в этой области. Именно он практически доказал, что расшифровка генома человека возможна и является делом времени.

Ещё в 70-е годы Бреннер предложил работать на "червячке" - теперь уже весьма знаменитой нематоде Caenorhabditis elegans, а его коллеги продемонстрировали огромные преимущества нового объекта биологических исследований. Дело в том, что эта нематода очень мала, совершенно прозрачна и живёт всего пару недель. Вот почему сравнительно просто удаётся проследить судьбу (онтогенез) каждой из составляющих её 959 клеток - от оплодотворённой яйцеклетки вплоть до взрослой особи. Применив мутаген (метилэтан-сульфонат), Бреннер получил мутации, останавливающие развитие отдельных этапов онтогенеза, и идентифицировал гены, ответственные за них. Джон Салстон обратил внимание на то, что взрослая нематода должна была бы состоять из 1090, а не 959 клеток, то есть 131 клетка исчезает в ходе онтогенеза. Было высказано предположение, что эти клетки погибают, встав на путь запрограммированной смерти (апоптоза). Салстон идентифицировал первый ген клеточного самоубийства - nuc-1, необходимый для деградации ДНК в умирающей клетке. В те же 70-е Роберт Горвиц, удостоенный той же Нобелевской премии, продолжил исследования Бреннера и Салстона на "червячке". В результате большой серии опытов он открыл гены ced-3 и ced-4, необходимые для клеточного самоубийства. Впоследствии Горвиц описал также ген ced-9, удерживающий клетку от этого трагического шага, пока её час не пробил, и нашёл соответствующие гены у высших животных и человека. Здесь аналогами ced-3 и ced-4 оказались гены, кодирующие одну из апоптозных протеаз (каспаз) и фактор 1, активирующий апоптозную протеазу (Apaf-1). Что касается гена ced-9, то его человеческий аналог кодирует антиапоптозный белок Bcl-2.

Работы Бреннера, Горвица и Салстона послужили основой для дальнейших опытов других исследователей, показавших, что способность к запрограммированной смерти есть обязательное и неотъемлемое свойство любой клетки любого многоклеточного существа. Про- и антиапоптические гены имеются в каждой из таких клеток, а роль апоптоза далеко не ограничивается его участием в онтогенетическом развитии. У высших организмов им выбраковываются клетки, где повреждена ДНК или другие жизненно важные системы, клетки иммунной системы, образующие антитела к собственным белкам, и "бездомные" клетки, случайно оказавшиеся вне своей родной ткани.

По крайней мере, на клеточном уровне подтвердилась нашумевшая некогда идея Вейсмана, утверждавшего, что смерть изобретена эволюцией в качестве одного из способов адаптации сообщества организмов к меняющимся внешним условиям. Запрограммированная смерть - один из главных механизмов, защищающих нас от рака и аутоиммунных заболеваний. В то же время этот механизм участвует в развитии инфаркта, инсульта, септического шока и, видимо, старения организма. Научившись управлять этим процессом, можно получить реальный шанс в радикальной борьбе с недугами, которые служат основными причинами смерти людей. В скором времени, в частности, медицина сможет тормозить разрастание раковых опухолей посредством стимулирования смерти раковых клеток.

За "открытие в области генетической регуляции развития органов и запрограммированной смерти клетки" Бреннер (совместно с Горвицем и Салстоном) был удостоен Нобелевской премии по физиологии и медицине за 2002 год.