В центре внимания — эпигенетика

В 70-х и начале 80-х годов на страницах «Химии и жизни» шла интересная дискуссия по проблеме биологической эволюции (перечень публикаций на эту тему приведён в ХиЖ, 1985, № 9, с. 25); принял в ней участие и я — статья «Этюды о биологической памяти» (1984, № 2) <Биол. память>. Многие авторы критиковали господствовавшую в то время синтетическую теорию эволюции (СТЭ), говорили о необходимости синтеза СТЭ и других подходов, в частности допускающих наследование приобретённых признаков (слышал даже, что о ХиЖ говорили, как о вотчине ламаркистов). 

Проблема синтеза по-прежнему стоит на повестке дня. В последние десятилетия произошли важные события, прежде всего, начато широкое исследование эпигенетической памяти (я обсуждал её в своей статье), однако многое тут ещё остаётся неясным. СавиновЭтим вопросам посвящены работы канд. биол. наук, доцента Нижегородского ГУ им. Лобачевского Александра Борисовича Савинова. Так, у него есть статья 2007 года «Проблема новой эволюционной парадигмы (философский, системный и общебиологический аспекты)» :<ЭволСавинов>. Автор пишет:

Неоднозначные толкования эпигенетических явлений и их эволюционной роли обнаруживаются в работах ведущих отечественных генетиков. Своеобразным апогеем противоречивости во взглядах на эпигенетику явилась подборка статей в тематическом выпуске журнала «Генетика» (2006, № 9), целиком посвящённом выяснению предмета, целей, задач эпигенетики и обсуждению результатов эпигенетических исследований, выполненных за последние годы мировым научным сообществом.

Читать далее

Книга М. Ичаса о биокоде

Ровно полвека назад американский биолог литовского происхождения Martynas Yčas (1917—2014) выпустил книгу The ИчасBiological Code (1969), и вскоре появился русский перевод: М. Ичас. «Биологический код»  (М.: Мир, 1971). Автор проследил развитие проблемы генетического кода от её постановки до полного  решения в 60-х годах. Подробно рассмотрел разнообразные гипотезы об эволюционном происхождении кода, в частности, подходы, пытающиеся выявить какое-то стереохимическое соответствие между нуклеиновыми кислотами и протеинами.

Обложка Ичас М. Биологический код. Пер. с англ.Так, в 1954 г. Георгий Гамов предположил, что сама ДНК служит матрицей — в ней образуются ромбовидные полости, «карманы», и в них по принципу «ключ—замок» располагаются определённые аминокислоты, которые затем соединяются в полипептидную цепь. Разных по типу карманов — в зависимости от состава оснований в данном участке — может быть 20, но ведь различных аминокислот столько же! Идея казалась многообещающей, но вскоре было показано, что она ошибочна. Мартинас Ичас и сам участвовал в этих исследованиях, сотрудничая с Гамовым.

Позднее мне попадалось много статей на эту тему. Выдвигались новые идеи, подкрепляемые молекулярным моделированием (используя объёмные пластмассовые детали-атомы или компьютеры). Но ответ так и не был найден.

Расшифровка биологического кода — одно из величайших научных достижений 20-го века. Хочется надеяться, что в текущем столетии будет сделан следующий шаг — выяснено, как сформировался код (вместе с молекулярным аппаратом его реализации). Это приблизило бы нас к раскрытию тайны возникновения жизни.

Полтора века «Nature»

:

Без науки не было научных журналов, но верно ли обратное утверждение? Возможна ли наука без научных журналов? Очевидно, журналы не есть нечто обязательное. Во времена зарождения современной науки их не было, тогда существовали лишь книги. Коперник и Галилей, Ньютон и Декарт публиковали свои взгляды на устройство мира в виде развёрнутых тезисов, написанных на латыни. Эти материалы, переходя из рук в руки, медленно распространялись по Европе и изменяли сознание людей.

Читать далее

М. Ниренберг, Ф. Крик и генокод

Появление модели ДНК в виде двойной спирали прояснило химическую природу генов, которые, судя по всему, определяют последовательность аминокислот в белках. Возникла важнейшая задача — понять, как именно они это делают. Биологи, физики, математики стали выдвигать разные гипотезы. Но прорыв совершили экспериментаторы-биохимики, нашедшие путь к раскрытию кода. О первых успехах в расшифровке текста ДНК стало известно в 1961 г. на Пятом Международном биохимическом конгрессе в Москве, где американец Маршалл У. Ниренберг (1927—2010) сделал сенсационное сообщение.

Вот как об этом пишет участник того конгресса Фрэнсис Крик в своей книге «Безумный поиск» (М.-Ижевск: ИКИ, 2004, с. 137):

Особенно интересной эта московская встреча была потому, что на ней мы узнали о почти неизвестных ранее работах. Нам сообщил о них Маршалл Ниренберг. До меня доходили слухи о его экспериментальных результатах, но без всяких подробностей. На своё счастье, в коридоре я столкнулся с Мэттом Мезельсоном, и он предупредил меня о докладе, который Маршалл должен был прочесть в одной неприметной аудитории.

Читать далее

Памяти первооткрывателя ПЦР

Муллис1На 75-м году жизни умер американский молекулярный биолог Кэри Муллис. В 1993 г. он стал нобелевским лауреатом по химии «за разработку полимеразной цепной реакции» (ПЦР); вторую половину премии получил работавший в Канаде английский биохимик Майкл Смит«за метод направленного мутагенеза». В ХиЖ в рубрике «Новости науки» (1994, № 1) я писал об этом, вот отрывок:

ПЦР позволяет размножить даже единичные молекулы ДНК в необходимом количестве. Метод используют в диагностике заболеваний, в судебной медицине (для генетической идентификации преступников по их ДНК в следах крови, спермы и т.п.), для восстановления генов ископаемых животных. Когда десять лет назад Мюллис предложил этот метод, специалисты корпорации, где он работал, отнеслись к его идее скептически, а в 1991 г. все права на ПЦР были проданы другой компании за 300 млн. долларов.

Про сам метод ПЦР я тогда подробно не рассказывал, т.к. незадолго до этого в журнале была статья «Пути-дороги полимеразной цепной реакции», написанная сотрудником редакции Сергеем Н. Катасоновым (ныне покойный). Сейчас я тоже не буду вдаваться в подробности, ибо в последнем (сентябрьском) номере ХиЖ статья — памяти Кэри Муллиса — Марины Молчановой (есть на сайте журнала), к которой я отсылаю интересующихся.

Потом мне попадалась в журналах информация о скандальных высказываниях и выходках нобелевского лауреата, который проявлял полное неуважение к научному истеблишменту и научным институтам, став настоящим enfant terrible (об этом тоже в статье Молчановой); характерно, что в Nature и Science не появились некрологи. Но открытие ПЦР, которое сделал Kary B. Mullis, совершило революцию в биологических исследованиях, и его имя навсегда останется в анналах науки. 

Новый перевод «Двойной спирали»

В 1968 г. вышла «The Double Helix» by James D. Watson, и уже в следующем году изд-во «Мир» выпустило русский перевод, который сделали М. Брухнов и А. Иорданский. Алексей Дмитриевич Иорданский (покойный) был сотрудником «Химии и жизни», и перевод книги публиковался в этом журнале в 68—69 гг.

ДвСпираль

Теперь, полвека спустя, в изд-ве АСТ вышла «Двойная спираль» в другом переводе, выполненном О. Перфильевым. Как сказано в аннотации, «новый перевод  и тщательная работа научных редакторов русского издания позволили актуализировать эту классическую книгу, дополнив её необходимыми комментариями». Не знаю, какие недостатки прежнего перевода (о них ничего не сказано) побудили перевести заново, а что касается добавленных материалов, то таковых я обнаружил два.

Первый — предисловие некоего Стива Джонса, где обрисовано развитие молекулярной биологии после выхода книжки Уотсона. Оно написано в 1996 г., но ведь с тех пор много чего произошло (один проект «Геном человека» чего стОит); поэтому непонятно, почему не взят более современный обзор.

Второй — факсимиле написанного от руки большого письма Уотсона (от 12 марта 1953 г.) Максу Дельбрюку с изложением их с Криком гипотезы о строении ДНК. К сожалению, не приведена расшифровка (и перевод) текста, а само письмо воспроизведено столь мелко, что вряд ли удастся его прочесть. (Как я отметил в записи от 21.9.19, Дельбрюк в ответном письме от 12 мая 1953 г. сделал резко критические замечания о предложенной Уотсоном и Криком модели.)

Читать далее

В.А. Ратнер о генетике и генетиках

РатнерДоктор биол. наук, профессор Вадим Александрович Ратнер (1932–2002) – известный исследователь и педагог, специалист в области молекулярной генетики. Окончил физфак Ленинградского университета, в 1959 г. переехал в Новосибирск и там, в Институте цитологии и генетики СО АН СССР он проработал почти 42 года. Своими учителями он считал чл.-корр. АН СССР А.А. Ляпунова, доктора биол. наук Н.В. Тимофеева-Ресовского и акад. Д.К. Беляева. Ратнер стал главой научной школы математических генетиков, основывавшихся на понятиях и методах теоретической кибернетики. 

У меня есть изданные в Новосибирске его содержательные монографии «Молекулярно-генетические системы управления» (1975) и «Молекулярная генетика: принципы и механизмы» (1983)РатнеКн2Учёный активно занимался и популяризацией науки. В большой книге «ГЕНЕТИКА, МОЛЕКУЛЯРНАЯ КИБЕРНЕТИКА: личности и проблемы» (Новосибирск: Наука, 2002), вышедшей уже после смерти автора, Ратнер увлекательно рассказывал о выдающихся российских и зарубежных учёных-генетиках, драматической истории этой науки и её ключевых проблемах. В книге три раздела: PERSONALIA — ГЕНЕТИКА — МОЛЕКУЛЯРНАЯ КИБЕРНЕТИКА. 

Вадим Александрович всю жизнь оставался романтиком. В юности он получил музыкальное образование — играл на фортепиано, любил петь; знал поэзию и сам писал стихи. Не забывал и спорт, увлекался баскетболом.

Вот фрагмент из его стихотворения «Точка зрения биолога», посвящённого себе:

Мы — за союз испытателей, 

Эмпириков и мечтателей, 

Физиков и генетиков, 

Матемокибернетиков 

И всяких других еретиков.

М. Дельбрюк о спирали ДНК

Я уже неоднократно писал о Максе Дельбрюке и Джеймсе Уотсоне. Хотя Дельбрюк был физиком по образованию, его считают одним из отцов молекулярной биологии. У него в Калтехе стажировался Уотсон, и когда последний занялся проблемой ДНК в английском Кембридже, они поддерживали контакты. Именно Дельбрюку Джим сразу написал об их с Криком достижении.

И вот 12 мая, то есть вскоре после появления (25 апреля) знаменитой статьи в Nature, Дельбрюк ему ответил: I am willing to bet that the plectonemic coiling of the chains in your structure is radically wrong, because (1) The difficulties of untangling the chains do seem, after all, insuperable to me. (2) The X-ray data suggest only coiling but not specifically your kind of coiling.

DNA Tower in Kings Park, Western Australia

……….DNA Tower in Kings Park,…
………..Western Australia…

Действительно, рентгеновские данные не позволяли однозначно определить структуру полимера: они были получены на волокнах, в которых нет полной упорядоченности молекул.

Ещё раз отмечу высочайшую квалификацию и интуицию Розалинд Фрэнклин. Как писал её близкий коллега Аарон КлугHer notebooks for the winter of 1952—53 show her considering a variety of structures including sheets, rods made of two chains running in opposite directions with interdigitated bases and also a pseudo-helical structure with non-equivalent phosphate groups which looked like a figure of eight in projection. Это были пророческие слова.

Кстати, Уотсон в своей книге «Genes, Girls, and Gamow» (2002) заметил: there was apparently a $5 bet between Crick and Delbrück on the plectonemic nature of the DNA structure. Осталось неизвестным, чем закончилось это пари. Полагаю, что выиграл Дельбрюк: структура должна быть не плектонемической, а паранемической, то есть два тяжа не перекручены (см. запись от  19.4.19).

Г. Стент о молекулярной биологии

Günter Siegmund Stent (Stensch; 1924—2008) — американский учёный, родом из ГерманииСтент: в 1940 г. семья эмигрировала в США. Окончил Иллинойский университет (Урбана), там же получил Ph.D. (1948). Сначала работал в Калтехе, участвовал в деятельности «фаговой группы» (М. Дельбрюк и др.); потом несколько лет провёл в Европе, затем в Калифорнийском университете (Беркли).

Исследовал механизмы репликации генетического материала у бактерий и бактериофагов, а также СтентКнпроцессы транскрипции и трансляции, автор книг на эти темы. В 1971-м и 79-м гг. вышли два издания «Molecular Genetics. An Introductory Narrative», которые переводились на русский. Я в своё время купил 2-е изд.: Г.Стент и Р.Кэлиндер. «Молекулярная генетика» (М.: Мир, 1981) — необычайно информативная и полезная книга. 

Гюнтер Стент уделял большое внимание истории и философии науки. В книге 1969 г. «The Coming of the Golden Age: A View of the End of Progress» он объявил, что молекулярная биология как наука закончилась. То есть все фундаментальные открытия в ней сделаны, остались лишь доделки и практические приложения — так он представлял «грядущий золотой век».

Теперь, по прошествии ровно половины века, можно сказать: действительно, несмотря на огромный прогресс, новых революционных открытий не было. К тому же не исправлена ошибка в основах — в принятой модели ДНК.  А как заметил Чарлз Дарвин (letter to J. Paget, 1880), to kill an error is as good a service as, and sometimes even better than, the establishing a new truth or fact.

Строение ДНК и РНК по В. Зенгеру

В 1987 г. вышла большая книга: В. Зенгер. Принципы структурной организации Зенгернуклеиновых кислот (М.: Мир); авторизованный перевод с английского (оригинал 1984). Prof. Dr. Wolfram Saenger (р. 1939) — известный немецкий учёный, руководивший Институтом кристаллографии до своей отставки в 2011 г. В монографии собраны и систематизированы практически все добытые к тому времени знания о структуре ДНК и РНК (можно сказать, энциклопедия: список литературы занимает 74 стр. и содержит 1377 ссылок); масса отличных рисунков и схем.

Зенгер В. Принципы структурной организации нуклеиновых кислотОписаны разные формы двойных спиралей ДНК (A, B, C, D, Z) и РНК, а также гипотетические (расчётные) спиралевидные структуры. Говорится о сверхспиральной организации ДНК, о структуре нуклеиново-белковых комплексов; охвачены и более высокие уровни организации — нуклеосомы, хроматин, хромосомы.
Одна глава называется «Гипотезы и спекуляции: модель «бок о бок», ДНК с изломами и «вертикальная» двойная спираль»Как видим, автор уделил внимание появившимся в 70-е годы альтернативным моделям ДНК, и он делает вывод (с. 351): «Приведённые примеры показывают, что построить разумную с точки зрения стереохимии модель структуры довольно просто; довольно трудно доказать, что такая модель неверна, но ещё труднее доказать, что она справедлива»

Читать далее