Реабилитация ДНК

Мы многое узнали о клетке. Выяснилось, что в клеточной плазме на больших поверхностях тончайших пластин лежат ультрамикроскопические частицы — микросомы. Эти частицы, видимые только в электронный микроскоп, оказались своего рода фабриками белка. Мы узнали много нового и об относительно больших палочковидных структурах клетки — митохондриях, этих своего рода фабриках энергии. Наконец, мы узнали очень много о строении клеточного ядра, и, главное, были получены очень веские доказательства того, что нуклеиновые кислоты, входящие в структуры клеточных ядер, — хромосомы — хранят и передают наследственную информацию. Точные биохимические и биофизические опыты подтвердили более ранние представления о том, что со структурами ядра клетки и связаны главным образом механизмы наследственности. Вот почему клеточное ядро стало одним из главных объектов многих исследований, а «ядерная» биохимия — одним из важнейших направлений атак ученых.

В лаборатории одного из основателей современной биохимии клетки, профессора Альберта Мирского, в Рокфеллеровском институте в Нью-Йорке был применен метод, который позволил получить ядра, свободные от протоплазмы, но вместе с тем сохраняющие ряд своих важных жизненных свойств. Такие изолированные ядра стали замечательным объектом исследования. Они помогали вплотную приблизиться к скрытым в них механизмам наследственности; теперь уже можно было искать продукты деятельности ядра, несущие наследственную информацию в протоплазму и организующие там синтез индивидуальных белков.

Оказалось, что в этих изолированных ядрах идет синтез белков и нуклеиновых кислот, что они «дышат» — потребляют кислород. В ходе исследований ученым удалось установить, что синтез белков в ядрах управляется дезоксирибонуклеиновой кислотой — ДНК. Достаточно было повредить целостность этого полимера специфическим ферментом — дезоксирибонеклеазой (ДНК-азой), чтобы синтез ядерных белков резко снизился. Однако, добавив к изолированным ядрам новую ДНК, можно было почти полностью восстановить синтез.

В то же время мы установили, что синтез ядерных белков можно подавить действием не только фермента, но и рентгеновых лучей. А добавлением ДНК снова восстановить синтез.

На основании этих опытов казалось логичным допустить, что добавляемая ДНК входит в ядро вместо ДНК, поврежденной ферментом или лучами, принимает на себя ее функции и обеспечивает вновь нормальный синтез белков. И такое допущение было сделано американскими исследователями.

Но уже следующие опыты спутали все карты, которые до этого казались так стройно разложенными. Нам удалось восстановить синтез белков в ядрах, добавляя не собственную ДНК, а чужеродную. Это было «неожиданно». Ведь если в ядро можно ввести «чужую» ДНК, то, вероятно, можно ввести таким образом новую наследственную информацию, получить невиданные сочетания наследственных признаков и в конечном счете новые организмы. Эти соображения взволновали ученую общественность.

Но и этой гипотезе не суждено было долго прожить. Произошли удивительные события, которые вызвали уже просто замешательство в рядах биологов. Олфри и Мирский показали, что восстановить синтез белка в изолированных клеточных ядрах можно не только добавлением чужеродной ДНК, но и введением РНК и, наконец, просто добавлением любого полимера, несущего, подобно нуклеиновым кислотам, отрицательный заряд на своей поверхности. (Такие полимеры называют полианионами) Причем синтез белка восстанавливался и природными полимерами и синтетическими. Это уж было совсем непонятно. Что же получалось; знаменитую хваленую ДНК — уникальную, специфичную — можно заменить любым сходным по заряду полимером.

Ведь, как известно, ДНК — это длинные молекулы нерегулярных полимеров, составленных из 4 сортов «кирпичей» — нуклеотидов; перестановкой тысяч таких «кирпичей» — а в цепи ДНК их не меньше — можно передать огромную по объему информацию, так же как бесконечное количество информации может обеспечить перестановка букв и слов. А в опытах Олфри и Мирского для замены ДНК были использованы монотонные регулярные полианионы — длиннейшие «слова», построенные всего из одной «буквы», повторенной тысячи раз. Что же могли они выразить! И, тем не менее, эти примитивные полимеры каким-то образом заменили ДНК и восстановили синтез специфических ядерных белков.

Это была сенсация; она облетела научный мир и широко обсуждалась на международных съездах, симпозиумах, в литературе. Работа Мирского невольно стала знаменем для тех, кто сомневался в уникальности и значительности ДНК.

И все же выводы, сделанные из этой работы, казались нам несколько преждевременными. Они были сделаны на основании косвенных данных: к ядрам добавляли полимер, и белки начинали синтезироваться. А что происходит между началом и концом опыта? Входят ли полимеры в ядра? Прямо или косвенно они влияют на синтез белков? Эти вопросы оставались невыясненными. А не выяснив их, нельзя было определенно говорить о замене ДНК полианионами — о замене сложной структуры примитивным протезом.

Путь был только один — эксперимент. Мы поставили его. И вот что выяснилось. Оказывается, когда к ядрам добавляют ДНК, РНК или регулярные полианионы, в ядрах увеличивается содержание… самой ДНК. Значит… значит, полианионы не заменяют ДНК, как считалось, а всего лишь стимулируют ее синтез; а увеличение содержания самой ДНК обеспечивает восстановление синтеза белков.

С чужеродной ДНК происходят еще более интересные вещи. Оказалось, что она вообще не может принимать непосредственного участия в синтезе белка. Она просто-напросто расщепляется ядрами, разламывается на отдельные «кирпичи», а из этих «кирпичей» ядро строит свою собственную ДНК. Восстановленная таким образом собственная ДНК участвует в синтезе специфического белка.

Следовательно, ДНК все-таки не может быть заменена любым полимером с отрицательным зарядом. Это специфическая уникальная молекула, участвующая в передаче наследственной информации. И чтобы понять механизм передачи этой информации и научиться им управлять, нужно иметь дело с единственным в своем роде веществом — дезоксирибонуклеиновой кислотой.

Автор: Р. Салганик.