Взломавшая код. Дженнифер Даудна, редактирование генома и будущее человечества

Уотсон и Крик следили за работой Полинга благодаря его юному сыну Питеру, который студентом работал в их кембриджской лаборатории. Уотсон находил его приятным и дружелюбным. “Питер всегда был готов обсуждать сравнительные достоинства девушек Англии, прочих европейских стран и Калифорнии”, – вспоминал он. Но однажды в декабре 1952 года юный Полинг вошел в лабораторию, закинул ноги на стол и сообщил новость, которую боялся услышать Уотсон. В руке он держал письмо от отца, в котором тот упоминал, что определил структуру ДНК и собирается опубликовать результаты своей работы.

Статья Лайнуса Полинга пришла в Кембридж в начале февраля. Питер первым получил ее экземпляр и заглянул в лабораторию, где сказал Уотсону и Крику, что модель его отца напоминает ту, которую они проверяли: спираль из трех цепей с остовом в центре. Уотсон выхватил статью, лежавшую у Питера в кармане пальто, и начал читать. “И сразу я почувствовал что-то неладное, хотя ошибку нашел, только когда как следует разглядел рисунки”, – вспоминал он.

Уотсон понял, что некоторые атомные связи в предлагаемой Полингом модели нестабильны. Когда он обсудил это с Криком и другими сотрудниками лаборатории, они пришли к выводу, что Полинг допустил серьезный промах. Обрадовавшись этому, они в тот день закончили работу раньше и отправились в “Орел”. “Мы с Фрэнсисом пошли в «Орел», чтобы выпить за неудачу Полинга, – написал Уотсон. – Я позволил взять мне виски вместо хереса”.

“Секрет жизни”

Они понимали, что нельзя больше терять времени и соблюдать запрет заниматься тем, что делали Уилкинс и Франклин. Уотсон отправился в Лондон, взяв с собой копию еще не опубликованной статьи Полинга. Когда он приехал, Уилкинса не оказалось на месте, поэтому он без приглашения ввалился в лабораторию Франклин, которая, склонившись над световым коробом, проводила измерения по последним из своих все более четких рентгеновских снимков ДНК. Она сердито взглянула на Уотсона, но тот принялся пересказывать ей статью Полинга.

Несколько минут они спорили о том, может ли ДНК иметь спиральную структуру, и Франклин по-прежнему сомневалась в этом. “Я перебил ее, заявив, что спираль – самая простая конфигурация любой регулярной полимерной молекулы, – вспоминал Уотсон. – Рози уже еле сдерживалась и, повысив голос, заявила, что мне сразу стала бы очевидна глупость моих слов, если бы я ознакомился с ее рентгенографическими данными”.

Розалинд Франклин

“Фотография 51”

Атмосфера накалилась, когда Уотсон справедливо, но нетактично отметил, что Франклин – прекрасный экспериментатор, но добилась бы больших успехов, если бы умела сотрудничать с теоретиками. “Внезапно Рози встала из-за стола и направилась ко мне. Опасаясь, что в ярости она может меня ударить, я схватил рукопись Полинга и поспешно отступил к открытой двери”.

Ровно в тот момент, когда конфликт достиг кульминации, проходивший мимо Уилкинс пригласил Уотсона попить чаю и успокоиться. Он сообщил, что Франклин сделала несколько снимков влажной формы ДНК, которые давали новые сведения о структуре молекулы. Затем Уилкинс зашел в соседний кабинет и принес снимок, который вошел в историю под названием “Фотография 51”. Уилкинс получил этот снимок законным путем: он был научным руководителем студента, который помогал Франклин его сделать. Не столь законным было решение показать снимок Уотсону, который записал некоторые ключевые параметры изображения и по возвращении в Кембридж поделился своими заметками с Криком. Снимок подтверждал, что Франклин была права, предположив, что стержневые цепи структуры находятся не внутри, а снаружи молекулы, как опоры винтовой лестницы, но ошибалась, отрицая, что ДНК может иметь спиральную структуру. “Бросавшийся в глаза черный крест мог быть лишь результатом спиральной структуры”, – тотчас отметил Уотсон. Анализ заметок Франклин показывает, что даже после визита Уотсона ей оставался еще долгий путь к открытию структуры ДНК [21] .

21

Rosalind Franklin. “The DNA Riddle: King’s College, London, 1951–1953” // Rosalind Franklin Papers, NIH National Library of Medicine,Nicholas Wade, “Was She or Wasn’t She?” // The Scientist, Apr. 2003; Judson. The Eighth Day. Р. 99; Maddox. Rosalind Franklin. P. 163; Mukherjee. The Gene. P. 149.

Сидя в неотапливаемом вагоне на обратном пути в Кембридж, Уотсон набрасывал идеи на полях газеты The Times. Ему пришлось перелезть через задние ворота колледжа, где он жил, поскольку их уже закрыли на ночь. На следующее утро он пришел в Кавендишскую лабораторию и встретил там сэра Лоуренса Брэгга, который потребовал, чтобы они с Криком держались подальше от ДНК. Однако, услышав, с каким восторгом Уотсон рассказывает о том, что узнал в поездке, и вняв его желанию вернуться к работе с моделями, сэр Лоуренс дал свое согласие. Уотсон мигом спустился по лестнице в мастерскую и попросил сделать новые компоненты для моделей.

Вскоре Уотсон и Крик получили новые данные Франклин. Она представила отчет о своей работе в Британский совет по медицинским исследованиям, и один из его членов поделился им с учеными. Хотя Уотсон и Крик не крали данные Франклин в прямом смысле, они присвоили ее работу без ее разрешения.

К тому времени Уотсон и Крик уже неплохо понимали, как устроена молекула ДНК. В ней были две сахарофосфатные цепи, которые извивались, образуя двойную спираль. Из нее выступали четыре основания ДНК: аденин, тимин, гуанин и цитозин, которые сегодня обычно обозначают буквами A, T, G и C. Ученые пришли к согласию с Франклин насчет того, что остов находился снаружи, а основания выступали внутрь, образуя структуру, напоминающую винтовую лестницу. Позже Уотсон признал, сделав жалкую попытку проявить любезность: “Таким образом, ее прежняя категоричность опиралась на вполне достоверные научные результаты, а вовсе не была тупым упрямством феминистки”.

Сначала они решили, что основания стоят в парах друг с другом, то есть, например, перекладина образуется при связи аденина с аденином. Но однажды Уотсон принялся играть с комбинациями, используя собственноручно вырезанные из картона модели оснований. “И вдруг я заметил, что пара аденин – тимин, соединенная двумя водородными связями, имеет точно такую же форму, как и пара гуанин – цитозин, тоже соединенная по меньшей мере двумя водородными связями”. Ему повезло работать в лаборатории, где трудились ученые разных специальностей, и один из них, специалист по квантовой химии, подтвердил, что аденин привлекает тимин, а гуанин – цитозин.

Такая структура предполагала удивительную вещь: при разделении цепи могли самовоспроизводиться, поскольку каждая половина перекладины привлекала к себе своего естественного партнера. Иными словами, такая структура позволяла молекуле самовоспроизводиться и передавать информацию, зашифрованную в ее последовательностях.

Уотсон вернулся в мастерскую и попросил, чтобы сотрудники поскорее сделали четыре типа оснований для модели. К этому моменту мастера уже заразились его энтузиазмом и через пару часов спаяли сверкающие металлические фрагменты. Теперь у Уотсона было все необходимое, и всего за час он расположил компоненты так, чтобы структура соответствовала данным рентгенографии и законам химической связи.

В “Двойной спирали” Уотсон замечательно описал этот момент, допустив лишь легкое преувеличение: “Фрэнсис принялся рассказывать всем, кто был в «Орле», что мы раскрыли секрет жизни”. Решение казалось слишком красивым, чтобы быть верным. Структура идеально соответствовала функции молекулы. Она умела переносить код, который могла воссоздавать.

Уотсон и Крик завершили работу над своей статьей в последние выходные марта 1953 года. В ней было всего 975 слов, напечатанных на машинке сестрой Уотсона, которая согласилась помочь брату, когда он сказал, что “она тем самым примет участие в, быть может, самом славном событии в биологии со времен книги Дарвина”. Крик хотел добавить в работу развернутый раздел о том, каким образом открытие скажется на изучении наследования, но Уотсон убедил его, что краткая концовка будет более весомой. Так и родилось одно из самых важный предложений в науке: “От нас не укрылось, что представленные пары позволяют предположить, как работает механизм копирования генетического материала”.

Нобелевскую премию в 1962 году вручили Уотсону, Крику и Уилкинсу. Франклин не могла ее получить, поскольку умерла в 1958 году в возрасте тридцати семи лет от рака яичников, который, скорее всего, развился из-за продолжительной работы с рентгеновским излучением. Если бы она осталась жива, Нобелевский комитет столкнулся бы с неловкой ситуацией: премию можно делить не более чем на три части.

В конце 1950-х годов произошли две революции. Математики, включая Клода Шеннона и Алана Тьюринга, показали, что всю информацию можно закодировать двоичными цифрами, называемыми битами. Это привело к цифровой революции, которую питали замкнутые цепи с двухпозиционными переключателями, обрабатывающие информацию. Одновременно Уотсон и Крик открыли, как инструкции для построения каждой клетки в каждой форме жизни кодируются четырехбуквенными последовательностями ДНК. Так началась информационная эпоха, основанная на цифровом (0100110111001…) и генетическом (ACTGGTAGATTACA…) кодировании. Ход истории ускорился при слиянии двух этих рек.