Кто открыл ДНК

 Далёкий 1869 год  ДНК. Мишер.

 С молекулой ДНК связывают имена английских биологов Дж. Уотсона и Ф. Крика, открывших в 1953 году структуру этой молекулы. Однако само соединение было открыто не ими.

 Открыл дезоксирибонуклеиновую кислоту молодой швейцарский врач Фридрих Мишер, работавший тогда в Германии.

 В 1869 году 25-летний швейцарский биохимик открыл новое вещество в клетках, назвав его нуклеином. Именно это вещество теперь известно как ДНК. Биохимик практически забыт.

 Иоганн Фридрих Мишер родился в 1844 году в Базеле, Швейцария. Его дядя, Вильгельм Гис и его отец, Фридрих Мишер-старший, были известными врачами, преподававшими в Базельском университете. После окончания обучения на медицинском факультете Мишер присоединился к знаменитой «Schlosslaboratorium» Феликса Хоппе-Зейлера в Тюбингене, Германия. Хоппе-Зейлер известен своими работами по гемоглобину и считается отцом-основателем «физиологической химии», дисциплины, которая со временем трансформировалась в биохимию. Его ученик Мишер был полон решимости узнать об основных свойствах всех живых организмов и выбрал для работы собственную тему: химический состав ядра.

 Условия работы были далеки от оптимальных, что требовало творческих решений.
 Мишер собирал ядра из клеток гноя в использованных больничных бинтах. Гной содержит много лимфоцитов.
 Кроме этого, Мишер работал также с веществами, извлеченного из молок лосося.

 Из больничных бинтов Мишер переварил лимфоциты протеазами, встряхнул их над раствором эфира/воды, промыл их теплым спиртом, обработал щелочным раствором и осадил вещество, которое он получил. Это вещество было новым на основе его состава элементов. Мишер пришел к выводу, что это вещество находится в ядрах клеток и определил, что это вещество не является белком; это было новое вещество, с высокой концентрацией фосфора. Он был убеждён, что его изолят был до сих пор неизвестен и назвал вещество «нуклеином», поскольку оно было получено только из ядер.

 Прошло 2 года, прежде чем открытие Мишера было опубликовано в 1871 году. Его наставник Хоппе-Зейлером согласился опубликовать результаты в своем журнале Medicinisch-Chemische Untersuchungen , но только после того, как двое других его студентов повторили и проверили их. Пал Плош и Николай Любавин провели тщательные эксперименты, следуя протоколу Мишера, и обнаружили нуклеиноподобные вещества в казеине и крови. Оба сначала обработали свои субстраты протеазами, а затем провели экстракцию, получив вещество, которое не растворялось в кислотах, но растворялось в щелочи.
 
 Хоппе-Зейлер отказался опубликовать предположения Мишера о том, почему разные исследователи обнаружили (немного) разные химические составы нуклеина. Отказ, как мы увидим, способствовал укреплению недоверия к открытию Мишера.

 Как оказалось, настоящей причиной задержки с 1869 по 1871 год было то, что Хоппе-Зейлер хотел избежать повторения более раннего скандала. За несколько лет до Мишера Отто Либрайх, другой ученик Хоппе-Зейлера, заявил, что выделил из мозговой ткани новое вещество, которое он назвал «протагон». И хотя Хоппе-Зейлер продолжал признавать открытие своего ученика, реальность этого вещества была поставлена под сомнение британским хирургом и биохимиком Тудихумом, что вызвало дебаты в Великобритании, которые заставили исследователей с подозрением относиться к «новым» веществам, особенно Хоппе-Зейлеровского происхождения.
 После того, как Хоппе-Зейлер и его ученики по отдельности осадили нуклеин из разных веществ, Хоппе-Зейлер был готов к публикации; однако франко-прусская война еще больше задержала публикацию.

 После окончательной публикации Мишер стал профессором в Базеле в возрасте 28 лет, в 1872 году.
 Он был неутомимым работником: ученик Мишера Фриц Сутер рассказывает, как его босс не появился на собственную свадьбу, его бросились искать и нашли в лаборатории. В другой раз, когда в лаборатории закончилась стеклянная посуда для экспериментов, Мишер использовал свою собственную, очень дорогую фарфоровую севрскую посуду.

 Но Мишер вскоре переключился с нуклеина на другие темы, включая развитие яйцеклетки и спермы, дыхание и кровообращение, а также питание заключенных в Швейцарии (задача, которую ему поручили). Он закончил свою карьеру, опубликовав всего несколько научных работ, среди которых были две статьи о таинственных обитателях ядер клеток.

 В последующие десятилетия разгорелись споры о том, является ли нуклеин действительно новым веществом.

  Одновременно с дебатами о валидности нуклеина Мишер сделал второе открытие. Поняв, что нуклеин обычно обнаруживается в сочетании с другими веществами, он пришел к выводу, что такие так называемые «загрязнители» на самом деле являются белками. Мишер определил химический состав этих загрязнений и придумал недавно открытый белок «Протамин». Определив, что нуклеин является кислотным, в 1871 году он придумал ассоциацию двух веществ, «нуклеин-кислый протамин» [опубликовано в Miescher (1874)].

 Но термин Мишера не прижился. Мишер был химиком, тогда как цитологи, которых он пренебрежительно называл «гильдией красильщиков», считали себя экспертами в том, что находится внутри клеток. Окрашивая клетки анилином, немецкий цитолог Вальтер Флемминг впоследствии идентифицировал структуру в ядре, которая поглощала базофильные красители, спустя целое десятилетие после открытия Мишера, назвав ее хроматином в 1882 году ( Flemming 1882 ).

 Термин «хромосома» был введен 6 лет спустя, в 1888 году, коллегой Флемминга по Кильскому университету Вильгельмом Готфридом фон Вальдейером для обозначения петель хроматина, которые он наблюдал ( Waldeyer 1888 ). Хотя было известно, что они играют роль в делении клеток, точное значение этих образований для генетики оставалось неясным.


 Конец XIX века. ЭТО БЫЛО ВРЕМЯ КРУПНЫХ ДОСТИЖЕНИЙ В БИОЛОГИИ.
 
 В 1875 году братья Оскар и Ричард Гертвиги прояснили оплодотворение.
 В 1881 году молодой ботаник Эдуард Захариас показал с помощью окрашивания, что нуклеин колокализован с хроматином ( Zacharias 1881 ). Захариас использовал метод экстракции Мишера и объединил его с окрашиванием.
 В своей новаторской книге 1882 года "Целевое вещество и ядро " Вальтер Флемминг ввел понятие хроматина.

 Во второй половине XIX века интерес исследователей к ядру резко возрос. После публикации работы Чарльза Дарвина «О происхождении видов» в 1859 году ( Darwin 1859 ) Эрнст Геккель еще в 1866 году предположил, что ядро ;;является домом для факторов, ответственных за передачу наследственных признаков ( Hackel 1866 ).
 После того, как Флемминг сам ввел термины «хроматин» ( Flemming 1882 ) и «митоз» ( Flemming 1879 ), в конце 1880-х годов Теодор Бовери предположил, что отдельные хромосомы на самом деле несут в себе различные части наследственного набора, причем каждая хромосома представляет собой уникальное хранилище признаков предыдущего поколения ( Boveri 1888 , 1892 ).
 
 В это время Мишер убедился, что присутствие нуклеина делает ядро уникальным и отличным от цитоплазмы, даже предположив что ядра следует определять по наличию нуклеина, а не по морфологическим свойствам, поскольку нуклеин участвует в их физиологической функции (1870). Он прояснил эту связь в большей степени во второй публикации в 1874 году, в которой он выразил свои собственные идеи о наследственности, устанавливая связь нуклеина и протамина. В статье Мишер заявил:

 "Если мы хотим предположить, что одно вещество… является специфической причиной оплодотворения, то нужно без сомнения рассмотреть нуклеин. Нуклеин постоянно доказывал, что является основным компонентом" ( 1874 ).

 Под термином «главный компонент» Мишер подразумевал тот факт, что нуклеин повсеместно присутствует в головках сперматозоидов (1874).

 Как расстались Мишер и ДНК

 Мишер был недоволен приемом нуклеина. Уже в 1872 году он написал своему наставнику Феликсу Хоппе-Зейлеру, что ему никогда не следовало публиковать о нуклеине, тем самым выставляя его напоказ «толпе» ( His 1897a ).
 Хотя его коллеги-химики спорили о том, является ли нуклеин подлинным веществом, интерес "ГИЛЬДИИ КРАСИЛЬЩИКОВ" раздражал Мишера всё больше. Даже с их лучшими линзами они не могли обнаружить структуры, которые он описывал с помощью химического анализа. Утверждение цитологов, что «нет ничего, кроме хроматина», раздражало его ( His 1897a ), не в последнюю очередь из-за того, что они даже не уловили его терминологию, различающую нуклеин, протамин и нуклеин-кислый протамин. Таким образом, Мишер был осведомлен о цитологических открытиях, подтверждающих роль ядра в наследственности, но не вступал в контакт с цитологическим сообществом из-за своих методологических наклонностей, пренебрежения к микроскопу и того факта, что цитологи отказывались принимать его терминологию.

 Отношения между недавно возникшей биологической химией и цитологией в то время были сложными.

 «Цех красильщиков» был не единственным, кто расстраивал Мишера за то, что тот не придерживался его терминологии. Немецкий патолог и гистолог Рихард Альтман (1852–1900) утверждал в 1889 году, что нуклеин всегда должен относиться к смеси нуклеиновой кислоты и белка, а термин нуклеиновая кислота должен обозначать вещество, очищенное от всех белков.


 Рассматривая с точки зрения исследования нуклеиновых кислот, первый нуклеин Мишера понимался как нечистая ДНК; примеси нужно было преодолеть, чтобы избежать путаницы.
 Поскольку эта история стала стандартной в 20 веке, имя Мишера и его открытие нуклеина сохранились, но только как сноска к разъяснению ДНК последующими исследователями.

 Мишер был первым, кто работал над разделением химических компонентов ядра. Он  использовал свои идеи относительно связи протамина и нуклеина для разработки метода экстракции: Мишер использовал протамин для осаждения нуклеина в ряде зондов ( His 1897b ).

 Различие между работами по нуклеину и хроматину отражает использование разных методологий, а также дисциплинарные границы, когда цитология, биохимия и генетика соперничали за превосходство.

 В 1965 году, через 3 года после того, как Уотсон и Крик были награждены Нобелевской премией, генетик Бентли Гласс утверждал, что «Мишер пользовался уважением своих коллег-химиков… но растущая армия цитологов и генетиков, которым больше всего нужно было поучиться на работах Мишера, обошла его стороной» ( Glass 1965 ).

 Нет единой причины, по которой Мишера почти забыли.

 Мысли Мишера относительно роли нуклеина в наследственности пользовалась популярностью до тех пор, пока в начале 20-го века не был введен количественный анализ посредством гидролиза. Известные химики, такие Рихард Альтман и лауреат Нобелевской премии Альбрехт Коссель (который также был одним из учеников Хоппе-Зейлера), внесли лишь небольшие изменения в метод экстракции Мишера.

 В молекулярной биологии мы часто становимся свидетелями того, как изобретатели известных методов либо не известны, либо остаются непризнанными теми, кто использует эти методы ( например , Фишер 2015 ).


 «Кодекс» до Кодекса
В годы, последовавшие за первой публикацией о нуклеине, была введена ключевая химическая идея, которую Мишер, химик в душе, быстро применил к своим предположениям о роли нуклеина в наследственности.
 Стереохимия берет начало в наблюдениях Луи Пастера об оптических свойствах органических соединений, сделанных в 1848 году, за несколько лет до открытия Мишером нуклеина.
 Но ключевые разработки были сделаны в 1874 году, когда Жозеф Ахилл Ле Бель во Франции и Якобус Генрикус Вант-Гофф в Голландии независимо друг от друга предложили теории трехмерной структуры органических молекул. Вант-Гофф определил понятие асимметричного углерода ( asymmetrisch koolstof-atoom ), идея, которая привлекла внимание Мишера.

 В 1892 году, всего за 3 года до своей смерти и спустя десятилетие после смерти Чарльза Дарвина, Мишер высказал новые предположения о роли макромолекул в наследственности в частном письме своему дяде, выдающемуся анатому Вильгельму Хису. Ссылаясь на «предварительную гипотезу», выдвинутую Дарвином в 1868 году для объяснения того, как признаки могут передаваться от одного поколения к другому, Мишер писал:

 "Для меня ключ к проблеме полового размножения следует искать в области стереохимии. Геммулы дарвиновского пангенезиса эквивалентны многообразным асимметричным атомам углерода в организованных веществах. Эти атомы углерода могут изменять свою стереохимию посредством малейшей причины или внешнего стимула, посредством которого начинают происходить ошибки в их организации. Сексуальность является мерой исправления этих неизбежных стереохимических ошибок в структуре органических веществ. Левосторонние спирали восстанавливаются правосторонними спирали, и равновесие восстанавливается. В огромных молекулах белковых соединений или в еще более сложных молекулах гемоглобина и т. д . многочисленные асимметричные атомы углерода обеспечивают колоссальное количество стереоизомерии. Существует большое количество возможных асимметричных атомов углерода и, следовательно, также стереоизомеров, поэтому все богатство и разнообразие наследственной передачи могут быть выражены эквивалентно также, как могут быть выражены все слова и термины всех языков в 24–30 буквах алфавита. Поэтому совершенно излишне делать яйцеклетку и сперматозоид хранилищем бесчисленных химических веществ, каждое из которых несет особое наследственное качество (пангенезис де Фриза). Мои собственные исследования убедили меня, что протоплазма и ядро, далекие от того, чтобы состоять из бесчисленных химических веществ, содержат довольно небольшое число химических индивидуумов (соединений), которые, вероятно, имеют сложнейшую химическую структуру ( His 1897a ).

 Говоря современным языком, Мишер предполагал, что макромолекулы могут хранить наследственные вариации посредством стереохимии. Можно предположить, что когда Мишер связывал «колоссальное количество стереоизомерии», с одной стороны, с выражением «всего богатства и разнообразия наследственной передачи», с другой, он фактически предлагал, что наследственность надо рассматривать с точки зрения хранения и передачи информации.

 Частные мысли Мишера о роли стереохимии в наследственности никогда не были включены в опубликованную статью, и историки биологии часто относились к ним пренебрежительно, по сути как к незначительной заметке на полях ( Olby 1969 , 1974 ; Mirsky 1968 ).

 Социальные историки науки в последующие годы утверждали, что метафора «информации» станет возможной в биологии только после наступления «информационного века», с приходом Bell Labs и транзистора, а также первых компьютеров, разработанных IBM ( Kay 1995 , 2000 ). Как и Олби и Майр до них, они тоже переписали историческую память, оставив мало места для Мишера.

     Заключение

 Мишер умер от туберкулеза в 1895 году в возрасте 51 года. В последние 2 года жизни он не мог продолжать свою работу, пытался вылечиться от болезни в санатории в Давосе. Он был женат и имел троих детей, все из которых умерли в молодом возрасте, не оставив прямых потомков.

 История науки слишком часто выделяет «суперзвездных» ученых, которые имеют блестящую карьеру, преодолевая большие препятствия и сопротивление новым идеям, что приводит к общественному оправданию, иногда сопровождаемому Нобелевской премией.

 История Мишера иная. В его случае не было признания, однако его открытие оказалось основополагающим для всей современной биологии. Раскопки таких историй, как его и включение их в историю генетики помогают нам изображать процесс науки более реалистично.

 Действительно, помнят ли его как первооткрывателя ДНК или хроматина, вероятно, не так уж и важно. Более важными являются способы, которыми его история одновременно иллюстрирует и оспаривает тезис о социальном построении науки и ее истории ( Fleck 1935 ). То, что Мишера практически вычеркнули из истории генетики, учит нас, что история о молекулярном представлении наследственной информации началась более чем на полвека позже, чем это было на самом деле.

 Формирование исторической памяти соответствует формированию самой науки, часто потому, что история науки пишется ее практиками. 

 Тем не менее, с помощью Фридриха Мишера и его открытия мы можем лучше понять, что история генетики состоит из двух нитей: ДНК и хроматина; информации и физиологии, переплетенных, обвивающих друг друга, с 1869 года и до настоящего времени.
 
 Действительно, в стандартной истории генетики, закостеневшей во время расцвета ДНК и генетического кода, Мендель был представлен как отцовская фигура, а понимание клеточного цикла цитологией было отнесено к второстепенной истории, а хроматин снова стал актуальным для генетики только десятилетия спустя. Но представление Мишера о стереоизомерах как о составляющих своего рода алфавит, в неопубликованном письме к его дяде Вильгельму Хису, приводит доводы в пользу размышлений о хранении, передаче и кодировании информации задолго до того, как такие термины появились в более широкой культуре, в которой находится наука.

 Мишер был вычеркнут из истории генетики из-за столкновений между дисциплинами, но он придумал понятие наследственности, невероятно близкое к нашему собственному, более чем за два поколения до рассвета «века информации».
 
 Поэтому стало возможным представить себе наследственный алфавит, основанный на стереохимии. И удивительным образом опередить время, дав толчок к новым открытиям в биологии.
  Вспомним ещё раз, что он сделал открытие в 1869 году.