Реабілітація ДНК

Ми багато дізналися про клітину. З’ясувалося, що в клітинній плазмі на великих поверхнях найтонших пластин лежать ультрамікроскопічні частинки – мікросоми. Ці частинки, видимі тільки в електронний мікроскоп, виявилися свого роду фабриками білка. Ми дізналися багато нового і про відносно великі паличковидні структури клітини – мітохондрії, ці свого роду фабрики енергії. Нарешті, ми дізналися дуже багато про будову клітинного ядра, і, головне, були отримані дуже вагомі докази того, що нуклеїнові кислоти, що входять в структури клітинних ядер, – хромосоми – зберігають і передають спадкову інформацію. Точні біохімічні та біофізичні досліди підтвердили більш ранні уявлення про те, що зі структурами ядра клітини і пов’язані головним чином механізми спадковості. Ось чому клітинне ядро стало одним з головних об’єктів багатьох досліджень, а «ядерна» біохімія – одним з найважливіших напрямків атак вчених.

У лабораторії одного із засновників сучасної біохімії клітини, професора Альберта Мирського, в Рокфеллерівському інституті в Нью-Йорку був застосований метод, який дозволив отримати ядра, вільні від протоплазми, але разом з тим що зберігають ряд своїх важливих життєвих властивостей. Такі ізольовані ядра стали чудовим об’єктом дослідження. Вони допомагали впритул наблизитися до прихованих в них механізмів спадковості; тепер вже можна було шукати продукти діяльності ядра, що несуть спадкову інформацію в протоплазму і організують там синтез індивідуальних білків.

Виявилося, що в цих ізольованих ядрах йде синтез білків і нуклеїнових кислот, що вони «дихають» – споживають кисень. У ході досліджень вченим вдалося встановити, що синтез білків в ядрах управляється дезоксирибонуклеїновою кислотою – ДНК. Досить було пошкодити цілісність цього полімеру специфічним ферментом – дезоксирибонеклеазою (ДНК-азою), щоб синтез ядерних білків різко знизився. Однак, додавши до ізольованих ядер нову ДНК, можна було майже повністю відновити синтез.

У той же час ми встановили, що синтез ядерних білків можна придушити дією не тільки ферменту, а й рентгенових променів. А додаванням ДНК знову відновити синтез.

На підставі цих дослідів здавалося логічним припустити, що додане ДНК входить в ядро замість ДНК, пошкодженої ферментом або променями, приймає на себе її функції і забезпечує знову нормальний синтез білків. І таке допущення було зроблено американськими дослідниками.

Але вже наступні досліди сплутали всі карти, які до цього здавалися так струнко розкладеними. Нам вдалося відновити синтез білків в ядрах, додаючи не власне ДНК, а чужорідне. Це було «несподівано». Адже якщо в ядро можна ввести «чужу» ДНК, то, ймовірно, можна ввести таким чином нову спадкову інформацію, отримати небачені поєднання спадкових ознак і в кінцевому рахунку нові організми. Ці міркування схвилювали вчену громадськість.

Але й цій гіпотезі не судилося довго прожити. Відбулися дивні події, які викликали вже просто замішання в рядах біологів. Олфрі і Мирський показали, що відновити синтез білка в ізольованих клітинних ядрах можна не тільки додаванням чужорідної ДНК, але і введенням РНК і, нарешті, просто додаванням будь-якого полімеру, що несе, подібно нуклеїновим кислотам, негативний заряд на своїй поверхні. (Такі полімери називають Поліаніонні). Причому синтез білка відновлювався і природними полімерами і синтетичними.

Це вже було зовсім незрозуміло. Що ж виходило; знамениту хвалену ДНК – унікальну, специфічну – можна замінити будь-яким подібним по заряду полімером.

Адже, як відомо, ДНК – це довгі молекули нерегулярних полімерів, складених з 4 сортів «цегли» – нуклеотидів; перестановкою тисяч таких «цеглин» – а в ланцюзі ДНК їх не менше – можна передати величезну за обсягом інформацію, так само як нескінченну кількість інформації може забезпечити перестановка букв і слів. А в дослідах Олфрі і Мирського для заміни ДНК були використані монотонні регулярні Поліаніонни – довжелезні «слова», побудовані всього з однієї «букви», повтореної тисячі разів. Що ж могли вони висловити! І, тим не менше, ці примітивні полімери якимось чином замінили ДНК і відновили синтез специфічних ядерних білків.

Це була сенсація; вона облетіла науковий світ і широко обговорювалася на міжнародних з’їздах, симпозіумах, в літературі. Робота Мирського мимоволі стала прапором для тих, хто сумнівався в унікальності і значущості ДНК.

І все ж висновки, зроблені з цієї роботи, здавалися нам дещо передчасними. Вони були зроблені на підставі непрямих даних: до ядер додавали полімер, і білки починали синтезуватися. А що відбувається між початком і кінцем досліду? Чи входять полімери в ядра? Прямо чи опосередковано вони впливають на синтез білків? Ці питання залишалися нез’ясованими. А не з’ясувавши їх, не можна було виразно говорити про заміну ДНК Поліаніонна – про заміну складної структури примітивним протезом.

Шлях був тільки один – експеримент. Ми поставили його. І ось що з’ясувалося. Виявляється, коли до ядер додають ДНК, РНК або регулярні Поліаніонни, в ядрах збільшується вміст … самої ДНК. Значить … значить, Поліаніонни не замінюють ДНК, як вважалося, а всього лише стимулюють його синтез; а збільшення змісту самої ДНК забезпечує відновлення синтезу білків.

З чужорідної ДНК відбуваються ще цікавіші речі. Виявилося, що вона взагалі не може брати безпосередньої участі у синтезі білка. Вона просто-напросто розщеплюється ядрами, розламується на окремі «цеглини», а з цих «цеглин» ядро будує свою власну ДНК. Відновлена таким чином власна ДНК бере участь у синтезі специфічного білка.

Отже, ДНК-таки не може бути замінене будь-яким полімером з негативним зарядом. Це специфічна унікальна молекула, що бере участь у передачі спадкової інформації. І щоб зрозуміти механізм передачі цієї інформації та навчитися ними керувати, треба мати справу з єдиною у своєму роді речовиною – дезоксирибонуклеїновою кислотою.

Автор: Р. Салганик.