Идея, что нуклеиновые кислоты держат ключ к наследственности, постепенно начала преобладать в конце 1940-х и в начале 1950-х, когда были поставлены другие успешные эксперименты по трансформации – например, было показано, что РНК из вируса табачной мозаики сама по себе заразна. И все же признание, что ДНК – это наследственный материал, приходило медленно. Истинное значение экспериментов Эвери, Маклеода и Маккарти стало ясно только в следующем десятилетии, когда накопилось достаточно данных. Один из ключевых для данной гипотезы фактов был получен в 1952 году, когда Альфред Херши и Марта Коулз Чейз продемонстрировали, что ДНК – это генетический материал вируса, известного как бактериофаг Т2, способный заражать бактерии{51}. Значительно лучше стали понимать, что ДНК – это генетический материал, в 1953 году, когда ее структура была выявлена Уотсоном и Криком во время работы в Кембридже (Англия). Предыдущие исследования установили, что ДНК состоит из кирпичиков, называемых нуклеотидами. Каждый нуклеотид состоит из сахара-дезоксирибозы, фосфатной группы и одного из четырех азотистых оснований – аденина (А), тимина (Т), гуанина (Г) и цитозина (Ц). Фосфаты и сахара соседних нуклеотидов сцепляются и образуют длинный полимер. Уотсон и Крик установили, как эти детали соединяются вместе в элегантную трехмерную структуру.
Чтобы достичь этого, они использовали критически важные данные, полученные другими учеными. От Эрвина Чаргаффа они узнали, что четыре разных химических основания в ДНК обнаруживаются парами, что чрезвычайно важно, когда дело доходит до понимания «ступенек», из которых состоит лестница жизни. (В мою коллекцию по истории науки в моем бесприбыльном Институте Крейга Вентера входит лабораторный блокнот Крика того времени, где записаны неудачные попытки повторить эксперимент Чаргаффа.) Они получили ключ к решению от Мориса Уилкинса, который первым поразил Уотсона своими новаторскими рентгеновскими исследованиями ДНК, и Розалинд Франклин. На фото № 51 (также экспонат коллекции в Институте Вентера), сделанном Рэймондом Гослингом в мае 1952 года, видны черные перекрещенные отражения, которые оказались ключом к молекулярной структуре ДНК, выявляющие, что это двойная спираль, в которой буквы текста ДНК соответствуют перекладинам{52}.
25 апреля 1953 года статья Уотсона и Крика «Молекулярная структура нуклеиновых кислот: структура дезоксирибонуклеиновой кислоты»{53} вышла в Nature. Спиральная структура ДНК стала прозрением, «намного красивее, чем мы ожидали», пояснил Уотсон, потому что комплементарная природа букв – то есть составляющих ее нуклеотидов – ДНК (буква А всегда стоит в паре с Т, а Ц с Г) сразу же показала, как копируются гены при делении клетки. Хотя это был давно искомый механизм наследственности, реакция на статью Уотсона и Крика была далека от немедленной. Но признание в конце концов пришло, и через девять лет Уотсон, Крик и Уилкинс поделили Нобелевскую премию по физиологии и медицине 1962 года «за их открытия молекулярной структуры нуклеиновых кислот и ее значения для передачи информации в живой материи».
Однако двое ученых, предоставивших важнейшие данные, не были включены в число лауреатов: Эрвин Чаргафф (и он был обижен и озлоблен до конца своих дней){54}, и Розалинд Франклин, умершая в 1958-м, в 37 лет от рака яичников. Освальд Эвери несколько раз номинировался на Нобелевскую премию, но он умер в 1955 году, до того, как признание его достижений стало достаточным, чтобы его наградить. Эрлинг Норрби приводит слова Горана Лильестранда, секретаря Нобелевского комитета Каролинского института, из его обзора 1970 года по Нобелевским премиям по физиологии и медицине: «Открытие Эвери в 1944 году роли ДНК как носителя наследственности представляет собой одно из самых важных достижений в генетике, и достойно сожаления, что он не получил Нобелевской премии. К тому времени, как утихли голоса несогласных, он уже умер»{55}.
История Эвери иллюстрирует, что даже в академической среде, где должен господствовать рациональный, основанный на доказательствах научный взгляд, вера в конкретную теорию или гипотезу может ослеплять ученых годами и даже десятилетиями. Эксперименты Эвери, Маклеода и Маккарти были так просты и элегантны, что их легко можно было повторить; для меня остается загадкой, почему этого не сделали раньше. Наука отличается от других областей приложения усилий тем, что старые идеи отпадают, когда набирается достаточно много противоречащих им данных. Но, к несчастью, этот процесс занимает время.
Жизнь клетки на самом деле зависит от двух типов нуклеиновых кислот: дезоксирибонуклеиновой (ДНК) и рибонуклеиновой (РНК). Современная теория считает, что жизнь началась в мире РНК, потому что она более универсальна, чем ДНК. РНК играет двойную роль – как носителя информации, так и фермента (рибозим), способного катализировать химические реакции. Как и ДНК, РНК состоит из линейной последовательности химических букв. Три из этих букв – А, Ц и Г – те же, что и в ДНК, а вместо тимина (Т) в РНК входит урацил (У). Ц всегда связывается с Г; А связывается только с Т или У. Так же как в ДНК, одиночная цепочка РНК может соединиться с другой цепочкой, состоящей из комплементарных букв. Уотсон и Крик предположили, что РНК – это копия записи ДНК в хромосоме, переносящая эту запись в рибосому, где производятся белки. Программа ДНК транскрибируется, т. е. переписывается в виде молекулы информационной (матричной) РНК (мРНК). В цитоплазме текст мРНК транслируется (т. е. «переводится») в белки.
Только в 1960-х ДНК была наконец широко признана «главным» генетическим материалом, но потребовались работы Маршалла Уоррена Ниренберга (1927–2010) в Национальных институтах здравоохранения (НИЗ) в Бетесде (Мэриленд) и уроженца Индии Хара Гобинда Кораны (1922–2011) в Университете Висконсина в Мэдисоне, чтобы действительно расшифровать генетический код, используя синтетические нуклеиновые кислоты. Они обнаружили, что ДНК использует свои четыре разных типа оснований наборами по три – так называемыми кодонами, чтобы обозначить каждую из двадцати разных аминокислот, используемых клетками для производства белков. Этот триплетный код, таким образом, дает шестьдесят четыре возможных кодона, часть которых служит знаками препинания (стоп-кодоны), обозначающими конец белковой последовательности. Роберт Холли (1922–1993) из Корнелла выяснил структуру другого вида РНК, называемого транспортной (тРНК), которая переносит определенные аминокислоты к великолепной молекулярной машине – рибосоме, где они собираются в белки. За эти многое прояснившие работы Ниренберг, Корана и Холли в 1968 году поделили Нобелевскую премию.
Мне повезло в разное время встречаться со всеми троими, но, работая в Национальных институтах здравоохранения, я особенно хорошо знал Маршалла Ниренберга. Его лаборатория и офис были этажом ниже моих в строении 36 обширного кампуса НИЗ, и я часто заходил к нему, когда только начинал заниматься секвенированием ДНК и геномикой. Открытый, доброжелательный человек, глубоко интересовавшийся всеми областями науки, он всегда увлекался новыми технологиями – до самой своей