Все записи
19:55  /  3.10.18

2756просмотров

Ностальгическая Нобелевка

+T -
Поделиться:
Иллюстрация: David Mack / Getty Images
Иллюстрация: David Mack / Getty Images

Присуждение Нобелевской премии 2018 года по химии всколыхнуло в моей душе чувства. Объект этих чувств — один из нобелиатов, а именно Джордж П. Смит. А возможно, эти чувства шире и направлены на всю молекулярную биологию 1980-х, золотой век этой науки, который никогда не повторится. Тогда наука практически ничего не знала и не умела; отсуствие инструментария компенсировалось в соответствии с поговоркой «голь на выдумки хитра». И вот как раз Джордж Смит был ярким представителем той самой голи, выдумкам которой, по моему мнению, мы и обязаны всем нынешним ошеломляющим прогрессом. Что придумал доктор Смит?

Чтобы исследовать ген — или вообще какой-то кусочек ДНК — его надо для начала выделить в чистом виде, желательно в большом числе копий. Синтезировать ген искусственно или амплифицировать его из генома в те годы толком не умели. Чтобы выделить ген, его «клонировали». Делается это так: мелко рубленую ДНК смешивают с бактериальными клетками, так что в каждую клетку проникает не больше одного кусочка ДНК. Потом бактерии сеют на чашки. Фрагменты ДНК размножаются вместе с клетками. Из каждой клетки вырастает колония, и в одной из таких колоний уже присутствуют миллиарды копий нужного нам гена.

Вместо бактерий можно взять и бактериофаг — бактериальный вирус. Тогда вместо отдельных колоний на чашке у нас будет сплошной бактериальный газон с отдельными прозрачными пятнышками: там злой вирус заразил бактерий и растворил их. Опять же в каждом пятнышке ищем свой фрагмент ДНК, заблаговременно засунутый нами в вирусные частицы.

Вопрос в том, как найти нужную колонию или пятнышко. Если мы знаем последовательность нужной нам ДНК, это можно сделать, например, так: искусственно синтезировать короткий фрагмент ДНК, комплиментарный нужному гену, и пометить его радиоактивным изотопом. Обрабатываем этим «зондом» колонии, потом накладываем рентгеновскую пленку, а наутро находим на ней темное пятнышко: ту самую колонию или фаговую бляшку, где угнездился тот ген, который мы ищем.

Но что если последовательность гена мы не знаем? Вот пример научной задачи: вы приняли аспирин, и у вас упала температура (или приняли виагру, и у вас ничего не упало, а наоборот). Вы думает: не иначе как аспирин или виагра связался с каким-то человеческим белком. Как найти этот белок, или хотя бы его ген, если про него только-то и известно, что белок умеет связывать молекулу аспирина*?

Вот тут как раз пригодилась выдумка Джорджа Смита. Придумал он следующее: не пихать фрагменты ДНК, в которой мы ищем нужный ген, куда попало, а зашить их в вирусную хромосому, прямо в середину того вирусного гена, который кодирует белок оболочки вируса (то есть бактериофага). Вирусный ген будет работать, выдавать копии белка, и в каждой молекуле белка будет присутствовать небольшой фрагмент, кодируемый человеческой ДНК. И если где-то в нашем геноме есть ген, кодирующий белок, который прилипает к аспирину — будьте уверены, что одна из фаговых колоний будет набита нужными фрагментами этого белка в триллионах копий — они будут торчать наружу из фаговых частиц, и аспирин на них налипнет. А внутри этих частиц вы найдете ген, который вы искали. Это и есть «фаговый дисплей», упомянутый в нобелевской формулировке. Вам надо просто найти фагов, к которым липнет аспирин, виагра или что вы там исследовали, и выковырять из них то, что вы ищете.

При всем немыслимом изяществе замысла, метод был не слишком эффективен в большинстве практических задач. В частности, аспирин мы тут упомянули для наглядности, с аспирином этот фокус не сработал бы по техническим причинам (см. примечание). Другой нобелиат, сэр Грегори Уинтер, позже нашел применение, в котором метод работал очень успешно: для селекции гена, кодирующего антитела (то есть белка, который прилипает к другому строго определенному белку). Это прекрасно и заслуживает всяческих похвал, но я хочу вернуться к Джорджу Смиту. Он-то вообще не очень интересовался медицинскими применениями: сфера его тогдашних интересов — бактериофаги и разные штуки, которые с ними можно проделывать. Он представляет ту эпоху в молекулярной биологии, про которую скоро перестанут даже рассказывать на лекциях студентам: зачем им знать, как бриться топором? Сейчас, при наличии совсем других ресурсов, принято подходить к задачам в лоб. Отличный пример такого подхода, кстати — метод направленной эволюции, за который наградили Франсис Арнольд. При всем уважении к даме-нобелиату, этот метод трудоемок и прямолинеен, а потому нежно любим исследовательскими отделами всевозможных биотехнологических компаний. Нам же больше по душе ловкие фокусы для лентяев, наподобие того, который изобрел Джордж Смит в далеком 1985 году.

Джорджа Смита было нелегко найти в интернете, и не только потому, что он уже второй нобелевский лауреат с таким именем и фамилией. Профессор Смит не увенчан особыми регалиями и сейчас занимает почетный пост в не слишком знаменитом университете. К старости он слегка дезориентировался на почве либеральных ценностей, борется с сионизмом и зачем-то желает гибели государству Израиль. По сравнению с почтенной Франсис Арнольд, удостоенной места в Национальном зале славы изобретателей США, или сэром Грегори, главой кембриджского Тринити-колледжа, его жизненные достижения не слишком впечатляют (если не считать Нобелевской премии, конечно). Но именно про него хотелось упомянуть особо. Если никто не будет придумывать такие прикольные штуки, как «фаговый дисплей», то и наукой заниматься не стоит, и уж точно незачем писать про нее научно-популярные заметки. Хорошо, что хоть Нобелевский комитет еще помнит, как тогда оно все было, в ХХ веке.

______

*Примечание: Аспирин, или ацетилсалициловая кислота, связывается с белком циклооксигеназой. В человеческом организме есть целых два гена, COX1 и COX2, кодирующих циклооксигеназы. Именно их мы бы и поймали в нашем воображаемом опыте... если бы этому не помешал целый ряд технических сложностей. В тексте есть и другие грубые упрощения, — задача автора была в том, чтобы воздать должное открытию Джорджа Смита, а не учить читателей молекулярной биологии.