МиК. Глава 3. Муравьи

Было бы с моей стороны невежливо и легкомысленно не рассказать о выдающемся соотечественнике, заложившем если и не краеугольный камень, но существенное основание в знание о строении нуклеиновых кислот.

Фишель (Федор, а часто просто Федя) Аронович Левин родился в многочисленной еврейской семье в одном из местечек той части бывшего царства Польского, которая входила на момент его рождения в состав Российской империи. Ему повезло* учиться в Императорской Военно-медицинской академии в городе Санкт-Петербурге (ныне Военно-медицинская академия имени С. М. Кирова).

Антисемитизм в Российской империи – не новость.
 
1 марта (по старому стилю) 1881 года польский дворянин Игнатий Иоахимович Гриневицкий** бросил бомбу прямо под ноги императора Александра Николаевича. Убийство царя тщательно подготовила террористическая организация «Народная воля», во главе которой на тот момент точно евреев не было. В народе кто-то распустил слух, что в убийстве «хорошего» царя виноваты жиды. По стране начались погромы.

Масла в огонь подлил оказавшийся на престоле в том же году Александр Александрович Романов, никогда не питавший любви к евреям. В 1882 году появляются «Майские правила», ограничивающие свободу евреев, «при действии которых, – как заметил государственный секретарь Е.А.Перетц, – евреям остается только одно – выселиться из России». А в 1891 году руками своего младшего брата великого князя Сергея Александровича выселяет евреев из Москвы.

С 1881 года начинается «великий» исход евреев из Российской империи в США. В 1891 году семья Левиных эмигрирует в США.

В США Федор Аронович Левин берет себе новое имя – Phoebus Aaron Theodore Levene (Фебус Теодор Аарон Левен).

В 1905 году ему предлагают возглавить одну из лабораторий Рокфеллеровского института. Левина интересуют нуклеиновые кислоты. На тот момент ни о РНК, ни о ДНК понятия не имели. Годы упорного труда и Левину удалось установить из каких кирпичиков состоит нуклеиновая кислота. А главное строение каждого кирпичика – нуклеотида. В условном центре кирпичика, как мы уже с вами знаем, лежит пятиатомный сахар рибоза или дезоксирибоза, к которому прикрепляется с одной стороны пуриновое (аденин, гуанин) или пиримидиновое (тимин, цитозин, урацил) основание, с другой фосфорная кислота. Нуклеиновая кислота в основе которой лежит сахар рибоза была названа РНК, а в основе которой дезоксирибоза – ДНК. Вот это все и установил Федор Левин. Рибозу он открыл в 1909 году, а дезоксирибозу только в 1929, через 20 лет.  Левин решил, что каждая разновидность нуклеиновой кислоты состоит всего из четырех «кирпичиков», соединенных между собой цепочкой и замкнутой в кольцо. Так родилась гипотеза тетрануклеотида. Понятно, что подобная молекула хоть и находится в хромосоме, но не может быть носителем наследственности, а скорее выполняет какую-то структурную функцию.

Нью-Йорк в определенных кругах зовется столицей мира. Так это или нет для моего рассказа не имеет особого значения. На сегодняшний день в Нью-Йорке 46 высших медицинских образовательных учреждений.  Первый в рейтинге и старейший – Колумбийский университет (Columbia University in the City of New York). Четвертый – Рокфеллеровский университет (The Rockefeller University), обосновавшийся в Верхнем Ист-Сайде Манхэттена.

Освальд Теодор Эвери-младший (Oswald Theodore Avery Jr.) получил диплом врача в Колумбийском университете в 1904 году. Но практическая работа с пациентами его не привлекла, он решил заниматься научными исследованиями. И в 1913 году Эвери оказался в Рокфеллеровском институте медицинских исследований,  в 1965 году преобразованном в университет. Сферой его научных интересов стало изучение возбудителя пневмонии – пневмококка с целью разработки эффективной вакцины для лечения этого недуга.

Джозеф Артур Аркрайт (Joseph Arthur Arkwright) забросил врачебную практику и увлекся бактериологией. Он изучал Шигеллы (Shigella) – палочковидные бактерии, вызывающие у человека дизентерию. При диагностике или с целью исследования бактерии принято выращивать на питательных средах, твердых или жидких. Аркрайт обратил внимание, что на питательной твердой среде в чашках Петри шигеллы образуют два вида колоний. Одни правильной округлой формы с резко очерченными границами с гладкой блестящей поверхностью. Другие тусклые, шероховатые, плоские и с изломанными границами. Первые он назвал S-формой, от английского smooth – гладкий, а вторые R-формой от английского rough – шероховатый, шершавый. Если их попытаться вырастить на жидкой питательной среде, в пробирке, разница также заметна: шигеллы S-формы вызывают помутнение питательной среды, а R-формы выпадают в осадок, собираясь на дне пробирки. Самое интересное: если шигеллами из колоний S-формы накормить человека, разовьется дизентерия во всей красе, а наевшись шигелл R-формы, человек этого никак не заметит.   О чем Аркрайт и доложил мировой научной общественности в 1921 году.
 
Еще один бывший врач Фредерик Гриффит (Frederick Griffith) изучал различные бактерии семейства Стрептококков. Вызывающий пневмонию пневмококк относится к этому семейству и правильно называется Streptococcus pneumoniae. Гриффит обнаружил, что и эта бактерия, выращиваемая на твердой питательной среде, образует две формы S и R.

Пневмококки, как, впрочем, и многие другие бактерии,  способны покрывать себя специальной капсулой, сформированной из сложных полисахаридов. Самый известный полисахарид – крахмал. Конечно, бактерия на покрывает себя крахмалом, ее капсулу формируют другие довольно сложные полисахариды. Зачем бактерии капсула?

Варианты строение капсулы влияют на вирулентность пневмококка, т.е. способности к заражению и поражению организма. Капсула предохраняет бактерию от действия защитных сил организма – иммунной системы. И защитного механизма – фагоцитоза. Это когда специальные клетки крови фагоциты «проглатывают» внедрившуюся бактерию. По-видимому, бактерия, покрытая капсулой, невкусная. А вот если подобной полисахаридной капсулы у бактерии нет, то она практически безвредна для организма.

Именно капсулированные пневмококки при выращивании образуют S-формы, и соответственно некапсулированные R-формы, что и установил Гриффит.
 
Но самое главное его  достижение – он обнаружил удивительный факт. Если живому существу (в эксперименте Гриффит использовал мышей) ввести убитые, например нагреванием, бактерии  S-формы, ничего не произойдет. Животное не заболеет и не погибнет. Если живые бактерии R-формы, то тоже ничего страшного. А вот если смешать убитые бактерии S-формы и живые R-формы и ввести живому существу, разовьется заболевание. И это удивительно. Ведь по отдельности они совершенно безопасны. Что же произошло?

Явление приобретения вирулентности живыми бактериями R-формы в присутствии убитых бактерий S-формы Гриффит назвал «трансформацией». И предположил существование «трансформирующего фактора», природу которого установить не смог. О своем эксперименте Гриффит сообщил научной общественности в 1928 году. Но ни на кого особенного впечатления «эксперимент Гриффита» не произвел. Он сам больше не возвращался к этому вопросу, а в ночь на 17 апреля 1941 года погиб во время немецкой бомбардировки Лондона.

Освальда Эвери, изучающего пневмококк, заинтересовал «эксперимент Гриффита». Говорят, Эвери был буквально шокирован результатами исследований Гриффита. И он решает выяснить природу «трансформирующего фактора». Ему помогают Колин Манро Маклауд (Colin Munro MacLeod) и Маклин Маккарти (Maclyn McCarty). К 1943 году им становится ясно, что «трансформирующий фактор» Гриффита не что иное как дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК). В февральском номере «Журнала экспериментальной медицины» (Journal of Experimental Medicine) за 1944 они публикуют статью с неудобоваримым названием***, в которой утверждают, что на самом деле ДНК, а не белки являются тем самым химическим соединением, определяющим наследственность у бактерий.

И вы думаете научная общественность была в восторге? В целом статью встретили холодным молчанием.

Альфред Эзра Мирски (Alfred Ezra Mirsky) был на тот момент самым большим авторитетом по ДНК, по крайней мере в Рокфеллеровском институте. Он был совершенно убежден, что именно белок является генетическим материалом, а ДНК всего лишь «вешалка для рубашки, подрамник для шедевра Рембранта».
 
А тут какой-то престарелый**** выскочка с нелепыми своими «открытиями». Влияние Мирски в генетических кругах было бесконечно, и у него просто стало смыслом жизни в тот период «похоронить» работу Эвери. Рассказывают, что Эвери даже выдвигали на Нобелевскую премию, так Мирски использовал все свое влияние, чтобы этого не допустить.

А Освальд Эвери был не боец. У него был непростой характер.
 
«Поведение Эвери было довольно неоднозначным. Он страдал от перепадов настроения, особенно когда оставался один в лаборатории, и нередко чувствовал себя удрученным неудачами… Он часто не отвечал на письма и отказывался от помощи секретаря. Эвери не просматривал и не поддерживал никаких научных работ, в создании которых он не принимал участия… Эвери старательно избегал… даже малейшего вмешательства в частную жизнь, которую он посвятил своему младшему брату Рою и осиротевшей двоюродной сестре… Он никогда не выражал недовольства критикой своих работ, даже если она была неоправданной… Его преданность исследованиям все чаще сопровождалась замкнутостью на грани затворничества» (Frank Ryan. The Mysterious World of the Human Genome. В русском переводе «Таинственный геном человека»).

Только в 1952 году будущий нобелевский лауреат американский микробиолог и генетик Алфред Херши (Alfred Day Hershey) и его молодая ассистентка Марта Чейз (Martha Cowles Chase) доказали, что Эвери был прав – генетическим материалом является именно ДНК, а не белок.

Журнальная статья Освальда Эвери произвела впечатление на биохимика Эрвина Чаргаффа (Erwin Chargaff). Еврей родом из Черновцов Австро-Венгерского герцогства Буковина (ныне Черновцы Украина) Чаргафф бежал от нацистского режима в США. В конце концов, он стал ассистентом профессора кафедры биохимии Колумбийского университета в Нью-Йорке.

Впечатлившись результатами Эвери Чаргафф свернул практически всю работу своей лаборатории и взялся конкретно за ДНК. Очень кратко обрисую его достижения, которые точно заслуживали Нобелевской премии, которую он так никогда и не получил.

Чаргафф установил, что ДНК содержит немалое количество оснований (аденин, тимин, гуанин и цитозин), т.о. «похоронив» тетронуклеотидную гипотезу Левина, на тот момент господствующую в научном мире.

Кроме того, в ДНК сумма пуриновых оснований (аденин и гуанин) точно равна сумме пиримидиновых оснований (тимин и цитозин). А+G=T+C.

Количество аденина равно количеству тимина, а количество гуанина равно количеству цитозина. A=T  G=C.

Какое объяснение этим удивительным закономерностям? Аденин расположен напротив Тимина, а Гуанин напротив Цитозина, т.е. пуриновое основание напротив пиримидинового. И таким образом в ДНК две цепочки. Но это с высоты знания сегодняшнего дня так просто. А Эрвин Чаргафф ничего не понял. В 1952 году в Кембридже он обсуждал свои находки с Криком и Уотсоном. И нужно отметить эти два парня Чаргаффу сильно пришлись не по душе. Крик произвел на него впечатление «болтуна», а Уотсон «пустого места».

«Они обладали огромными амбициями и агрессивностью в сочетании с почти полным невежеством в области химии и презрением к ней…» - так охарактеризовал будущих нобелевских лауреатов Чаргафф в своей книге «воспоминаний» (Гераклитов огонь).


* Согласно циркуляру Кабинета министров, с 1886 года доля евреев от общего количества учащихся не должна была превы¬шать 10 % в черте оседлости, 5 % вне черты и 3 % в столицах.

** Активный член «Народной воли». За дружелюбие, приветливость и мягкий характер получил прозвище «Котик».  Скончался от полученных травм вечером того же дня.

*** Studies on the Chemical Nature of the Substance Inducing Transformation of Pneumococcal Types: Induction of Transformation by a Desoxyribonucleic Acid Fraction Isolated from Pneumococcus Type III. «Исследование химической природы вещества, индуцирующего трансформацию типов пневмококков. Индуцирование трансформации фракцией дезоксирибонуклеиновой кислоты, выделенной из пневмококка типа III».

**** Освальду Эвери на момент публикации статьи в 1944 году было 66 лет.