Ген. Очень личная история - Сиддхартха Мукерджи

попытались сохранить суть прошлой модели, поместив фосфатный остов в центр, а основания – А, Т, Г и Ц – на периферию. Модель угрожающе зашаталась – атомам в ней было слишком тесно. После перерыва на кофе Уотсон сдался и попробовал разместить фосфаты снаружи, а основания – внутри, друг напротив друга. Но решение одной проблемы повлекло за собой другую, еще более серьезную. Когда основания смотрели наружу, не вставало вопроса об их взаимном расположении: они просто закручивались вокруг остова, как ступеньки спиральной лестницы. Но при перемещении внутрь оказалось, что основания нужно как-то удерживать друг напротив друга. Зубчики молнии должны застегиваться. Чтобы оставаться внутри спирали, А, Г, Ц и Т должны как-то взаимодействовать, связываться друг с другом. Но что может объединять одно основание с другим?

Идею, что основания ДНК каким-то образом связаны, до этого настойчиво высказывал один-единственный химик. В 1950 году биохимик австрийского происхождения Эрвин Чаргафф, работавший в Колумбийском университете в Нью-Йорке, обнаружил странную закономерность. Всякий раз, расщепляя ДНК и анализируя химический состав оснований, он видел, что количества А и Т практически совпадают. То же самое с Г и Ц. Нечто загадочное объединяло А и Т, Г и Ц в пары – будто между ними существовала какая-то естественная связь. Хотя Уотсон и Крик знали эту закономерность, они понятия не имели, как ее приложить к итоговой структуре ДНК.

Вторая проблема возникла с размещением оснований внутри спирали: для этого нужно было знать точные параметры внешнего остова. Как именно упакованы основания, зависело от размеров внутреннего пространства, которое этот остов формирует. И снова данные Франклин без ее ведома пришли на помощь. Зимой 1952 года для оценки работы Королевского колледжа была назначена выездная комиссия. Уилкинс и Франклин подготовили отчет о своих последних исследованиях ДНК, включив в него значительную долю ориентировочных результатов измерений. Макс Перуц, будучи членом комиссии, получил копию отчета и передал ее Уотсону и Крику. На отчете не было откровенной пометки «Конфиденциально», но и нигде не значилось, что его можно предоставлять кому угодно, включая конкурентов Франклин.

Намерения Перуца и его напускная наивность касательно научной конкуренции так и остались загадкой (позже в свою защиту он напишет[508]: «Я был неопытен и легкомыслен в административных вопросах и, поскольку отчет не значился конфиденциальным, не видел причин его утаивать»). Так или иначе, дело было сделано: отчет Франклин попал в руки Уотсона и Крика. Выяснив основные параметры и уверившись, что сахарофосфатный остов должен быть снаружи, конструкторы смогли перейти к решающей фазе моделирования. Сначала Уотсон попытался скрепить две спирали так, чтобы А на одной спирали совмещался с А на другой, то есть спарить подобные основания. Но спираль в одних местах некрасиво раздувалась, а в других, наоборот, слишком истончалась – как Бибендум[509] в гидрокостюме. Уотсон стал мять модель, надеясь ее поправить, но она не поддавалась. К следующему утру от нее пришлось отказаться.

Утром 28 февраля 1953 года Уотсон все еще возился с картонными карточками в форме азотистых оснований, вертел их по-всякому, и ему пришло в голову, что во внутренней части спирали друг напротив друга могут стоять неодинаковые основания. Что, если А образует пару с Т, а Ц – с Г? «И вдруг я заметил, что пара аденин – тимин[510], соединенная двумя водородными связями, имеет точно такую же форму, как и пара гуанин – цитозин. <…> Чтобы придать обеим парам одинаковую форму, не приходилось прибегать ни к каким натяжкам»[511].

Он осознал, что в этом случае пары оснований легко помещаются друг над другом и смотрят в центр спирали. Постфактум стал понятен смысл правила Чаргаффа: А и Т, равно как Г и Ц, должны быть в одинаковых количествах, потому что они всегда комплементарны – словно два противоположных зубчика в молнии. Самые важные биологические объекты всегда бывают парными. Уотсон еле дождался прихода Крика. «Явившийся наконец Фрэнсис[512] не успел еще войти, как я объявил, что теперь дело в шляпе»[513].

Один взгляд на противоположные основания убедил Крика. Конкретные детали модели еще требовали доработки: нужно было верно расположить пары А – Т и Г – Ц внутри скелета спирали, – но суть прорывной идеи была ясна. Решение выглядело таким красивым, что просто не могло оказаться неверным. Как вспоминал Уотсон, Крик в обеденный перерыв «принялся рассказывать всем, кто был в „Орле“[514], что мы раскрыли секрет жизни»[515].

Как треугольник Пифагора, как наскальная живопись в пещере Ласко, как пирамиды в Гизе, как вид хрупкой голубой планеты из космоса, двойная спираль ДНК – культовый образ, навсегда врезавшийся в память и историю человечества. Я редко привожу биологические схемы в тексте: внутренний взор обычно видит больше деталей. Но иногда нужно ради исключений нарушать правило.

Спираль содержит две переплетенные нити ДНК. Она «правозакрученная»: заворачивает вверх по правой винтовой линии. На протяжении всей молекулы ее поперечное сечение – 2 нанометра, то есть две миллионные доли миллиметра. Если поставить миллион спиралей бок о бок, они поместятся в одну эту букву: о. Биолог Джон Салстон писал: «Мы рассматриваем ДНК как довольно широкую и короткую двойную спираль[516], потому что редко указывают на ее иное поразительное свойство: она чрезвычайно длинная и тонкая. В каждой клетке вашего тела два метра ДНК; если изобразить ДНК толщиной со швейную нитку, то клетка в том же масштабе будет около 200 километров длиной».

Схема двуспиральной структуры ДНК: одинарная спираль (слева) и двойная, где к одинарной добавляется парная ей спираль (справа). Обратите внимание на комплементарность оснований: А образует пару с Т, а Г – с Ц. Закрученный «остов» ДНК образован цепочками сахаров, связанных с фосфатами.

Каждая цепь ДНК – это, напоминаю, длинная последовательность оснований – А, Т, Г и Ц. Основания связаны друг с другом сахарофосфатным остовом, закрученным в спираль. Основания располагаются внутри, как ступеньки винтовой лестницы. Вторая, парная цепь антипараллельна и содержит парные основания: А в ней соответствует Т первой цепи, а Г – Ц. Таким образом, обе цепочки содержат одинаковую информацию, но пространственно дополняют друг друга: каждая – «отражение», эхо другой (самая подходящая аналогия – структура инь-ян). Молекулярные силы в парах А – T и Г – Ц держат цепи вместе, как половинки молнии. Соответственно, двойную спираль ДНК можно представить как две переплетенные зеркальные шифрограммы, написанные четырьмя буквами: АТГЦЦЦТАЦГГГЦЦ… /…ГГЦЦЦГТАГГГЦАТ.

«По-настоящему увидеть вещь –