Голодный ген

Мендель обнаружил, что некоторые из признаков — доминантные — проявляются в каждом поколении, а другие — рецессивные, подавленные — обнаруживаются только в том случае, если потомок наследует два таковых — отцовский и материнский. Открытия Менделя были ошеломляющими, но далеко обгоняющими время — и потому научный мир не удостоил их особым вниманием. Как спят до весны зерна озимой пшеницы, так и генетика, по существу, оставалась дремлющей наукой до 1900 г. На исходе XIX века трое ботаников почти одновременно вновь открыли генетические законы, а британский последователь Менделя биолог Уильям Бэтсон (Бейтсон) опубликовал их. Несколько лет спустя английский медик Арчибальд Гаррод предположил, что в каждом гене заложен химический способ создания одного-единственного белка. Он пришел к этому простому, но удивительно мудрому заключению, наблюдая за течением алькаптонурии, редкого заболевания средней тяжести, приводящего к потемнению мочи и развитию артрита. Оно возникает, когда организм не способен самостоятельно избавляться от вещества, называемого гомогентизиновой кислотой. Гаррод убедился, что алькаптонурия передается из поколения в поколение по менделевским правилам наследования рецессивных признаков. Из этого он сделал справедливый вывод: у его пациентов, получивших два рецессивных гена, существует некое наследственное отклонение от нормы, великолепно описанное им как «врожденная ошибка метаболизма». В 1908 г. в ходе знаменитых лекций в Королевском медицинском колледже Гаррод высказал мнение, что причиной алькаптонурии является отсутствие особого фермента, белкового катализатора, который помогает организму разрушать и выводить гомогентизиновую кислоту. Некоторые другие заболевания, такие, например, как альбинизм, могли, по мнению Гаррода, иметь схожий механизм развития. Последовало заключение: между генами и белками существует определенная взаимосвязь, вписывающаяся в рамки теории Менделя.

Этим мыслям предстояло еще сыграть важную роль, но, как и менделевские, они слишком забегали вперед, чтобы быть воспринятыми тогдашней наукой. Только в 1941 г. американцы Джордж Уэлс Бидл и Эдуард Тейтем (Татум) развили догадку Гаррода и сформулировали принцип «один ген — один фермент», объясняющий, каким образом генетическая информация превращается в белки. Еще три года спустя, в 1944 г., после долгих и нередко язвительных дискуссий ученые окончательно сошлись на том, что в основе генов лежат ДНК, необычно простые молекулы, включающие в себя сахар, фосфат и четыре основания нуклеиновых кислот: аденин, цитозин, гуанин и тимин — А, Ц, Г и Т соответственно. Не прошло и десяти лет, как удалось открыть первичную структуру ДНК — иконическую (повторяющуюся) двойную спираль. Благодаря этому открытию Уотсон и Крик смогли уточнить, как молекула передает «указания» из поколения в поколение. Исследователи пришли к выводу, что синтез белков зависит от последовательности нуклеиновых оснований — А, Ц, Г и Т — в ДНК. В человеческом геноме три миллиарда этих букв, которые складываются в извитые, как спагетти, цепочки ДНК, образующие в конечном счете от 30 до 40 тыс. генов. Эти такие хрупкие с виду цепочки ДНК составляют 23 пары хромосом, определяющих совокупность наших индивидуальных свойств.

Геном человека можно сравнить с энциклопедией, состоящей из 23 томов — 23 пар хромосом. Каждый том включает в себя несколько тысяч статей (генов), а каждая статья — множество параграфов, содержащих тысячи слов, которые записаны в виде трехбуквенных «кодонов». В начале 1970-х гг. Дуг Колеман и сотни других пытливых умов пробовали расшифровать смысл многотомного издания. Молекулярные биологи хотели постичь, о каких именно признаках несут информацию те или иные сочетания А, Ц, Г и Т.