Главная » Приколы » Как ученые искали "переносчика" генетической информации

Как ученые искали "переносчика" генетической информации

Судя по реакции на прошлый пост, тему можно продолжить, тем более, что самое интересное произошло после Менделя, а не до.

Но до понимания механизмов наследственности, того, как «факторы» Менделя влияют на форму гороха, было еще очень далеко. Итак, наступил XX век, работы Менделя, наконец, получили заслуженное внимание, ученые даже придумали термин «генетика» для нового направления.

Варфоломея работал врачом Арчибальд Гаррод. В это время (на рубеже веков) в лондонской Больнице св. Но это самого Гаррода не сильно огорчало, потому что он хотел заниматься не клинической практикой, а исследованием редких болезней, причем, не каких угодно, а тех, при которых меняется цвет мочи. Врач он был не самый выдающийся – и во время учебы в Оксфорде не блистал, и пациентов не любил, часто им грубил, а они на него жаловались. Как видите, область научных интересов может выглядеть довольно причудливо.

Как ученые искали "переносчика" генетической информации Генетика, История науки, ДНК, Медицинская генетика, Длиннопост

Альфред Гаррод - человек, доказавший, что не обязательно быть хорошим врачом, чтобы добиться уважения в медицинской среде

Ну и, возможно, сыграло роль, что его отец Альфред Гаррод был еще более уважаемым врачом, автором труда о подагре, считавшимся тогда классическим, и удостоенный рыцарского титула за свои заслуги. Но, благодаря научным результатам, со временем, не очень хороший врач заслуженно стал уважаемым авторитетом в медицинской среде.

Она не смертельна, но в зрелом возрасте может вызывать нарушения опорно-двигательного аппарата, потому, что темные пигменты, окрашивающие мочу, накапливаются в суставах и позвоночнике. Одна из болезней, интересовавших Гаррода – «синдром черных пеленок», или алкаптонурия, (так ее назвали, поскольку у страдающих этим заболеванием детей моча на воздухе темнеет). Врачи того времени считали, что заболевание возникает из-за бактериального заражения.

Черная моча появляется и у новорожденных, которые не имеют своей микрофлоры, заявлял он. Гаррод был с ними категорически не согласен. И видел исток болезни в «сбое метаболизма» организма. Хорошо разбираясь в химии, он знал, что потемнение мочи связано с присутствием в ней гомогентизиновой кислоты.

А тут как раз его друг – Уильям Бэтсон подсунул ему работы Менделя, которые незадолго до этого нашли в архивах. А еще он заметил, что алкаптонурия чаще проявляется у близкородственных пациентов, часто передается по наследству, иногда через поколение. Он предположил, что причиной накопления гомогентизиновой кислоты может быть то, что перестает работать катализатор, участвующий в ее разрушении. Гаррод применил этот же подход к семейным историям своих пациентов и в 1902 году пришел к выводам, которые и обеспечили ему место в истории генетики. Следовательно, наследуемый признак (ген) связан с изъяном всего одного соединения. Катализаторами биохимических реакций выступают ферменты, а именно - белки. Он же дал очень интересное определение гена: «Ген — это пропись приготовления одного химического соединения».

После этого, как и в случае с Менделем, потребовалась некоторая пауза, чтобы наука смогла «переварить» идеи Гаррода и двинутся дальше.

Как ученые искали "переносчика" генетической информации Генетика, История науки, ДНК, Медицинская генетика, Длиннопост

Джордж Бидл - ученый, потративший лучшие годы жизни на мух, но главные успехи получил от работы с плесенью

В 1937 году туда приехал биолог Джордж Бидл. Переместимся через несколько десятилетий и один океан - в Америку, в Стэндфордский университет. Потом – поработать в Институте физико-химической биологии в Париже. Он был к тому времени уже состоявшимся ученым-генетиком, успел поработать сначала с Морганом, изучая дрозофил. И теперь вновь вернуться на американскую землю, в Стэнфорд.

В то же время, но почти в трех тысячах километров от Стэндфорда, в Висконсинском университете (Мадисон) уже несколько лет исследовал бактерий, живущих в молоке Эдуард Тейтем.

Как ученые искали "переносчика" генетической информации Генетика, История науки, ДНК, Медицинская генетика, Длиннопост

Эдуард Тейтем, человек, которого потеряла молочная промышленность, зато обрела микробиология

Висконсин называли «сырным штатом», молочная отрасль там была (а может и остается) развита и талант Тейтема вместе с квалификацией действительно могли обеспечить ему хорошую работу. Исследовал успешно и его научный руководитель убеждал делать карьеру в молочной промышленности, что должно было принести ему кучу денег. Его кошелек от этого проиграл, а наука выиграла. Но он предпочел принять приглашение от Бидла и переехать в Стэнфорд.

Нужен был организм попроще, и они выбрали нейроспору (Neurospora crassa), красно-оранжевую хлебную плесень, встречающейся в тропиках. Бидл и Тейтем хотели исследовать конкретные мутации генов, и быстро поняли, что дрозофила с этой точки зрения – неудобный объект. Очень напоминает сюжет дешевого «ужастика», но в отличие от фильмов плесень не мутировала в монстра, пожиравшего персонал лаборатории. Они облучали ее рентгеновским излучением, а потом смотрели как возникшие из-за этого мутации ее меняют.

Звучит скучновато. Но ученые не расстроились, потому что добивались совсем другого: они искали мутацию, которая помешала бы спорам плесени синтезировать сравнительно крупные молекулы, необходимые им для жизни, собирая их из более простых молекул питательной среды. А теперь представьте объем запланированной работы.

Первая… вторая… пятидесятая… Нужная (та, что гибнет в минимально питательной среде и выживает в полноценной, где не надо синтезировать молекулы, а можно поглощать их в готовом виде) оказалась под номером 299. Бидл и Тейтем облучили около пяти тысяч плесневых культур и стали проверять их одну за другой на предмет, выживут ли они в минимальной питательной среде. Далее требовалось выяснить, какое именно свойство утратили мутанты. Но это был только первый шаг.

Бидл и Тейтем стали добавлять их в минимальную питательную, но 299-я все равно не росла. Может, культура 299 не могла синтезировать незаменимые аминокислоты? Теперь предстояло сужать поле поиска, добавляя витамины по отдельности и проверяя, какой из них стимулирует ее рост. А вот когда туда же сыпанули чуть-чуть витаминов, плесень ожила. «Спасителем бактерии» оказался витамин В6.

В итоге, экспериментаторы предположили, что каждая из открытых ими мутаций блокирует конкретный фермент. Такой путь был проделан еще с некоторыми культурами из эксперимента, где также рост после облучения остановился. В 1941 году они выпустили статью с концепцией «один ген — один фермент», ставшую впоследствие основой биохимической генетики. При этом, поскольку мутации происходят в генах, по-видимому, именно гены отвечают за синтез ферментов.

Но научное сообщество считало, что основными переносчиками генетической информации все же будут признаны белки. К тому времени ДНК уже была не просто обнаружена, стало ясно, что это длинная по размерам молекула, в которой содержится четыре разновидности химических оснований: аденин (А), гуанин (Г), тимин (Т) и цитозин (Ц). Но существовать этой точке зрения оставалось не так уж долго.

Он интересовался пневмонией и изучал ее возбудителя – пневмококк. Еще в 1928 году сотрудник британского Минздрава Фредерик Гриффит поставил свой знаменитый эксперимент. Штаммы различались не только визуально, но и по признаку вирулентности. К тому моменту было известно, что существуют разные штаммы пневмококка, именуемые «гладкими» (S) и «шероховатыми» (R). Причина в том, что клетки S-бактерий имеют оболочку, не позволяющую иммунной защите мыши распознать микробное «вторжение». Если ввести мыши бактерию S-типа, то через несколько дней мышь гибнет, но после инъекции бактерии R-типа остается здоровой. До эксперимента Гриффита бактериологи полагали, что виды неизменны и сохраняют свои свойства из поколения в поколение. У клеток R-бактерий такой оболочки нет, поэтому иммунная система с ними легко справляется.

Как ученые искали "переносчика" генетической информации Генетика, История науки, ДНК, Медицинская генетика, Длиннопост

Хорошего фото Гриффита не нашел, поэтому пусть будет фото объекта его эксперимента

И как-то раз ввел нескольким животным «коктейль» из убитых нагреванием бактерий S-типа и живых R-типа. Он стал изучать, как реагирует организм мышей на разные комбинации штаммов. Но после заражения часть животных погибла. По отдельности обе составляющих для мышей были безопасны. И сделал правильный вывод – бактерии R-типа мутировали, позаимствовав что-то у убитых бактерий. В их организмах Гриффит, к своему удивлению, нашел вполне себе живых представителей S-типа.

Гриффит доказал, что такие изменения действительно происходят, выведя культуру S-бактерий из нескольких поколений мертвых мышей; бактерия размножалась именно по S-типу точно так же, как размножался бы обычный S-штамм пневмококка, то есть с R-бактериями, введенными мышам, происходили генетические изменения.

Отчасти виноват был сам Гриффит. Но что именно одни бактерии позаимствовали у других, он так и не смог выяснить, потому этот эксперимент поначалу почти не заинтересовал научный мир (мы уже привыкаем, что это нормальная ситуация для генетики на первых порах, не так ли). Однажды его практически заставили прочитать лекцию. Он был законченный интраверт, и так сторонился больших собраний, что редко бывал на научных конференциях. Там он монотонно отбарабанил текст, посвященный какому-то унылому аспекту Гриффита усадили в такси и, словно под конвоем, доставили в аудиторию к коллегам.

своих микробиологических исследований, но ни словом не обмолвился о превращениях бактерий.

Но нашлись люди, заинтересовавшиеся его работой – это была группа микробиологов из Рокфеллеровского университета в США, под руководством Освальда Эвери.

Как ученые искали "переносчика" генетической информации Генетика, История науки, ДНК, Медицинская генетика, Длиннопост

Освальд Эвери так и не получил Нобелевскую премию, во многом потому, что его заставили уйти на пенсию

Но выращивали бактерии не в мертвых мышах, а в пробирке, in vitro. Вместе с молодыми коллегами – Колином Маклаудом и Мартином Маккарти он повторил эксперимент Гриффита в 1944 году. По сути, именно эта группа установила факт, что генетическая информация передается через ДНК. В результате тщательно спланированного дизайна исследования, им удалось однозначно продемонстрировать, что в основе бактериальных превращений лежит трансформация ДНК.

В конце концов, ДНК находится в каждой хромосоме – почему бы ей не быть носителем генетической информации? Большинство генетиков согласились с выводами Эвери, Маклеода и Маккарти. Большинство биохимиков, напротив, сомневались, что молекула ДНК обладает достаточной сложностью, чтобы в ней могли храниться такие колоссальные объемы биологической информации.

А его молодые коллеги еще не обладали достаточным авторитетом в научной среде. Ситуацию осложнило то, что на момент публикации статьи (февраль 1944 г) руководство Рокфелеровского института отправило Эвери на пенсию, так как он достиг 65-летнего возраста (ох уж этот звериный оскал капитализма).

Эвери заблокировал шведский специалист по физической химии Эйнар Хаммарстен. Тем не менее, их кандидатуры были поданы в заявке на Нобелевскую премию. Конечно, спустя годы, когда механизм действия ДНК был детально описан, он (да и комитет в целом) изменили свою точку зрения. Хотя Хаммарстен приобрел солидную репутацию в основном за то, что умел готовить беспрецедентно чистые препараты ДНК, он все равно был убежден, что гены – это белки, относящиеся к какому-то еще не известному ученым классу. А посмертно, как известно, Нобелем не награждают. Но Эвери до этого времени не дожил, скончавшись в 1955 г.

И международным днем ДНК стал день публикации их статей. Так и получилось, что эту награду за исследование ДНК (расшифровку ее структуры) получили Фрэнсис Крик, Джеймс Уотсон и Морис Уилкинс. А уж сколько всего интересного произошло в генетике после… Но, как видите, этому предшествовало немало интересных научных событий.





Оставить комментарий

Ваш email нигде не будет показанОбязательные для заполнения поля помечены *

*