Ген. Очень личная история полностью

Технологии манипулирования, клонирования и секвенирования ДНК изначально были разработаны для переноса генов между бактериями, вирусами и клетками млекопитающих (как это делали Берг, Бойер и Коэн), но затем их влияние охватило всю биологию организмов. Словосочетания «клонирование генов» и «молекулярное клонирование» придумали для обозначения наработки идентичных молекул ДНК («клонов») внутри бактерий. Однако вскоре они превратились в условные названия всей палитры техник, позволяющих выделять ДНК из организмов, что-то творить с ней в пробирках, создавать гибридные молекулы ДНК и размножать их в живых клетках (в конце концов, клонировать ген без комбинации всех этих техник и не удастся). «Освоив экспериментальное управление генами[644], – сказал Берг, – можно научиться экспериментально управлять организмами. Должным образом сочетая инструменты для манипуляций с генами и секвенирования генов, ученый может осваивать не только генетику организмов, но и всю биологическую вселенную с такой экспериментальной дерзостью, какую раньше нельзя было и вообразить».

Предположим, ученый вознамерился разгадать фундаментальную загадку иммунологии – понять, как Т-лимфоциты узнают и уничтожают чужие клетки в теле человека. Десятки лет было известно, что Т-лимфоцит распознает вторгшиеся клетки[645] и клетки, зараженные вирусом, с помощью сенсора на его поверхности. Этот сенсор, называемый Т-клеточным рецептором (ТКР), состоит из белков, которые производят только Т-лимфоциты. Рецептор опознает короткие чужеродные белки на поверхности другой клетки и связывается с ними. Это связывание, в свою очередь, запускает сигнальные системы, работающие на уничтожение инородной клетки, и, соответственно, служит защитным механизмом для организма.

Но что именно представляет собой Т-клеточный рецептор? Биохимики подходили к этому вопросу с их типичной склонностью к разрушению и редукции: содержимое добытых Т-лимфоцитов они превращали с помощью мыла и детергентов в серый пенящийся клеточный бульон, затем отделяли мембраны со всеми липидами и постепенно очищали полученный материал, переходя ко все более мелким частицам, чтобы выследить нужный белок. Но рецептор, растворенный где-то в этом адском вареве, постоянно ускользал.

Молекулярное клонирование могло бы предложить другую тактику. Предположим на секунду, что главная отличительная черта ТКР заключается в способности синтезироваться только в Т-лимфоцитах, а не в нейронах, яичниках или печени. Ген ТКР должен быть в каждой клетке человека – даже в нервной или печеночной, раз у всех клеток геномы идентичны, – а вот его мРНК образуется только в Т-лимфоцитах. Так нельзя ли тогда сравнить «каталоги РНК» двух разных клеток, выбрать по ним и клонировать функционально подходящий ген? Подход биохимиков вращается вокруг концентрации: найти белок там, где он предположительно концентрируется, и выделить его из смеси. Подход генетиков опирается на информацию: найти ген, исходя из различий в «базах данных» близкородственных клеток, и клонированием размножить ген в бактериях. Биохимики вычленяют и очищают структуры – генетики умножают информацию.

В 1970-м вирусологи Дэвид Балтимор и Говард Темин[646] совершили прорывное открытие, позволившее в том числе и сравнивать клеточные ассортименты РНК. Независимо друг от друга эти ученые обнаружили фермент, который содержался в ретровирусах и мог строить ДНК по матрице РНК. Фермент назвали обратной транскриптазой – «обратной» потому, что она обращала стандартное направление информационного потока: переводила записанное языком РНК на язык ДНК, что противоречило принятой версии «центральной догмы», которая допускала движение генетической информации только от гена к РНК-посланию, но никак не наоборот.

Вооружившись таким инструментом, как обратная транскриптаза, любую клеточную РНК биологи могли использовать в качестве матрицы для синтеза ее гена. Это давало возможность составлять каталоги всех активных генов клетки – что-то вроде библиотек, где книги рассортированы по темам. Могли появиться отдельные библиотеки активных генов Т-лимфоцита, эритроцита, нейрона сетчатки, инсулин-секретирующей клетки поджелудочной железы, и так далее[647]. Сравнивая каталоги двух клеток – скажем, Т-лимфоцита и поджелудочной, – иммунолог мог отловить гены, активные в одной из них и выключенные в другой (например, гены ТКР и инсулина). После идентификации эти гены можно было размножить в бактериях, получив миллионы их копий, секвенировать, определить последовательность соответствующих РНК и белков, найти регуляторные области, изменить ген и ввести его в другую клетку, чтобы установить его функции. В 1984 году этот методический арсенал применили[648] к гену Т-клеточного рецептора. Его клонирование стало одним из ключевых достижений для иммунологии.