Уотсон и Крик с моделью ДНК, 1953 год

Сначала ученые полагали, что носителями генов выступают белки. В конце концов, белки выполняют большинство важных задач в организмах. Но позже ученые установили, что рабочими лошадками наследственности выступают другие распространенные в живых клетках вещества – нуклеиновые кислоты. Эти молекулы состоят из сахара, фосфатов и четырех веществ, называемых основаниями, которые связаны в цепи. Они бывают двух типов: рибонуклеиновая кислота (РНК) и похожая молекула, в которой недостает одного атома кислорода, в связи с чем она называется дезоксирибонуклеиновой кислотой (ДНК). С точки зрения эволюции как простейший коронавирус, так и сложнейший человек, по сути, представляют собой упакованные белками модули, содержащие генетический материал, закодированный в нуклеиновых кислотах, и стремящиеся к его воспроизводству.

Первое открытие, позволившее разглядеть в ДНК репозиторий генетической информации, было сделано в 1944 году биохимиком Освальдом Эвери и его коллегами из Рокфеллеровского университета в Нью-Йорке. Они выделили ДНК из штамма бактерии, смешали ее с другим штаммом и продемонстрировали, что ДНК выступает носителем наследуемых изменений.

Чтобы сделать следующий шаг к решению загадки жизни, необходимо было понять, каким образом ДНК переносит информацию. Для этого пришлось найти признак, фундаментальный для всех тайн природы. Изучив структуру ДНК – то, как атомы связываются друг с другом и молекула какой формы получается в результате, – можно было понять, как она работает. Решение этой задачи потребовало объединения трех научных дисциплин, появившихся в XX веке: генетики, биохимии и структурной биологии.

Джеймс Уотсон, выросший в Чикаго, в семье представителей среднего класса, без труда учился в государственной школе и отличался дьявольским умом и хитростью. Этим объяснялась его интеллектуальная дерзость, которая впоследствии служила ему добрую службу в научной работе, но затрудняла для него общественную деятельность. Всю жизнь он скороговоркой выдавал обрывки фраз, демонстрируя свою нетерпеливость и неспособность фильтровать импульсивные суждения. Позже он сказал, что родители преподали ему важнейший урок: “Лицемерие в стремлении к общественному одобрению подрывает уважение к себе”. Он прекрасно это усвоил. С детства и до глубокой старости он всегда оставался категоричен, даже когда был неправ, и из-за этого его поведение порой казалось обществу неприемлемым, но зато у него не возникало проблем с уважением к себе [16] .

В детстве он обожал наблюдать за птицами и, выиграв три военных облигации на радиопередаче Quiz Kids, он купил на них бинокль фирмы Bausch & Lomb. Он поднимался до рассвета, чтобы отправиться с отцом в Джексон-парк, где два часа искал редких пеночек, а затем на трамвае уезжал в Лабораторную школу при Чикагском университете, где училось множество одаренных детей.

В пятнадцать лет он поступил в Чикагский университет, где планировал поставить на свою любовь к птицам, избежав нелюбимой им химии, и стать орнитологом. Однако на последнем году обучения он прочитал книгу “Что такое жизнь?”, в которой специалист по квантовой физике Эрвин Шредингер обращался к биологии, утверждая, что открытие молекулярной структуры гена покажет, как именно он передает наследственную информацию из поколения в поколение. На следующее утро Уотсон взял книгу в библиотеке и с тех пор был одержим стремлением постичь ген.

Его оценки оставляли желать лучшего, поэтому его не приняли в аспирантуру Калтеха, а Гарвард не дал ему стипендию [17] . Он поступил в Индианский университет, руководство которого – отчасти благодаря привлечению евреев, с трудом получавших постоянные должности на Восточном побережье, – сформировало одну из лучших в стране кафедр генетики, где работали будущий нобелевский лауреат Герман Мёллер и итальянский эмигрант Сальвадор Лурия.

Под руководством Лурии в аспирантуре Уотсон изучал вирусы. Сами по себе эти крошечные носители генетического материала, по сути, безжизненны, но, вторгаясь в живую клетку, они захватывают ее механизм и начинают размножаться. Проще всего изучать вирусы, которые атакуют бактерии. Такие вирусы называются “фагами” или “бактериофагами”, то есть пожирателями бактерий (запомните этот термин, поскольку он встретится нам снова, когда речь пойдет об открытии CRISPR).

Уотсон вошел в созданную Лурией международную группу биологов – “фаговую группу”. “Лурия определенно сторонился большинства химиков, особенно честолюбивых выходцев из джунглей Нью-Йорка”, – вспоминал Уотсон. Но вскоре Лурия понял, что изучение фагов предполагает обращение к химии, и потому помог Уотсону найти постдокторскую позицию для изучения химии в Копенгагене.

Весной 1951 года, утомленный неразборчивым бормотанием химика, который руководил его обучением, Уотсон отправился из Копенгагена на устроенную в Неаполе конференцию о молекулах, обнаруживаемых в живых клетках. Большинство выступлений он пропустил мимо ушей, но заинтересовался лекцией биохимика Мориса Уилкинса из Королевского колледжа Лондона.

Уилкинс был специалистом по кристаллографии и рассеянию рентгеновских лучей. Иными словами, он брал жидкость, насыщенную молекулами, позволял ей охладиться и очищал формировавшиеся в ней кристаллы. Затем он изучал их структуру. Если освещать предмет под разными углами, можно определить его строение по теням, которые он отбрасывает. Специалисты по рентгеновской кристаллографии прибегают к подобному методу: они просвечивают кристалл рентгеновскими лучами со множества разных углов и фиксируют возникающие тени и дифракционные картины. На слайде, который Уилкинс показал в заключительной части своего выступления в Неаполе, описывалось применение этой техники к ДНК.

“И вдруг меня заинтересовала химия, – вспоминал Уотсон. – Я знал, что гены могут кристаллизоваться, а следовательно, должны обладать правильной структурой, изучить которую можно было нехитрым способом”. Следующие пару дней Уотсон пытался поймать Уилкинса, надеясь выпросить у него приглашение работать в его лаборатории, но у него ничего не вышло.

Вместо этого осенью 1951 года Уотсон занял постдокторскую позицию в Кавендишской лаборатории Кембриджского университета, которую возглавлял ведущий специалист по кристаллографии сэр Лоуренс Брэгг. К тому моменту прошло уже более тридцати лет с тех пор, как Брэгг стал самым молодым лауреатом Нобелевской премии в научных номинациях (которым он и остается по сей день) [18] . Они с отцом разделили премию, открыв основополагающий математический закон, в соответствии с которым кристаллы преломляют рентгеновские лучи.