Само по себе это еще не великое достижение, поскольку привести нервную клетку в активное состояние можно и с помощью электрического тока. Самым волнующим было бы добиться того, чтобы встраиваемый ген обеспечивал нужную реакцию на свет со стороны лишь нейрона определенного типа. В данной связи исследователям необходим «промоутер» (promouter) – специфический фрагмент ДНК, которым можно маркировать ген для контроля над тем, используется он с заданной целью или нет.
И вот что проделали ученые. Они встроили чувствительный к свету ген в структуру вирусов и ввели некоторое количество таких вирусов в мозг, заразив один или два кубических миллиметра мозговой ткани. То есть в каждом без исключения нейроне на данном участке мозга поселился новый ген. Звучит устрашающе, поскольку обычно вирусы – вредоносные маленькие существа. В дикой природе вирусы вводят свою ДНК в пораженные ими клетки, заставляя последние производить новые порции вирусов до тех пор, пока эти клетки полностью не истощатся и не погибнут. Однако вирус можно видоизменять таким образом, чтобы он встраивал в клетку-мишень лишь небольшой фрагмент своей ДНК. Тот соединяется с клеточной ДНК, которая начинает производить только белок с определенными свойствами, а не множество новых вирусов. «Инфицирование» подобного рода не приносит вреда.
Благодаря своему «промоутеру», встраиваемый ген проявляется лишь в нейронах определенного типа, а все другие – игнорируются. Понять, в чем тут дело, поможет следующая аналогия. Вообразите, что возможность ловить мяч в игре имеют только левши. Как вы этого добьетесь? Раздадите всем без исключения игрокам лишь по левой перчатке. Правшам тогда останется стоять без дела, волнуясь и взывая о помощи. А левши будут действовать без ограничений. Точно так же, как они отмечены («tagged») наличием одной только левой перчатки и поэтому могут действовать строго определенным образом, нейрон заданного типа отмечен («tagged») тем, что в него встроен ген, который будет использоваться так, как задумано экспериментаторами. Вот они, искомые итог и награда! Теперь в одном кубическом миллиметре мозговой ткани можно стимулировать исключительно нейроны определенного типа – не затрагивая ничего вокруг. Иными словами, исследователи могут воздействовать только на те нейроны, которые, например, продуцируют допамин или ацетилхолин, или GABA (ГАБА, гамма-аминомасляная кислота. –
Тсьен знал, что эта методика будет работать. Однако совмещение генов растений с животными клетками имело дальний прицел. Смогут ли чувствительные к свету гены хламидомонады проявить свои свойства в чужой для них клеточной среде? Сможет ли молекула белка открывать и закрывать поры в мембране с той быстротой, которая нужна для мгновенного получения десятками нейронов импульса возбуждения? Если бы в то время у биологов спросили, ждет ли Тсьена успех, большинство из них, вероятно, ответили бы отрицательно.
Однако Тсьен все равно пытался добиться своего. Он попросил Хагеманна выслать ему чувствительный к свету ген хламидомонады. Тот не был уверен, какой именно требуется, и поэтому выслал два варианта. Тсьен и его студенты-выпускники должным образом встроили в нейроны, с которыми тогда работали, оба. Однако ни один из них не отреагировал на облучение светом. Тсьен повторил попытку, используя теперь лишь один ген. С тем же результатом. «Получив два сокрушительных удара подобного рода, вы должны признать, – говорил он впоследствии, – что находитесь на ложном пути и вам следует попробовать нечто иное». Так он и переключился на другое направление исследований, а четвертый ген нетронутым положил на хранение в холодильник, стоявший в его лаборатории.
Прошло не менее трех лет, прежде чем Хагеманн и его сотрудники в конце концов обнаружили нужный ген. Они встроили его в яйцеклетку лягушки, подали на него луч света и – вуаля! Электрический ток заструился по мембране лягушачьей яйцеклетки.
Как только Тсьену на глаза попалась написанная Хагеманном и его коллегами научная статья, он сразу понял, какой ген ему нужен. Разумеется, тот самый, что был когда-то отложен. Очень похоже на то, как вы покупаете четыре лотерейных билета, обнаруживаете, что три из них пустые, и раздраженно отбрасываете четвертый. После чего видите, как кто-то другой подбирает этот билет и выигрывает по нему 10 миллионов. «Мы ошиблись не в том, – оглядываясь назад, признавался с натянутой улыбкой Тсьен, – что положили его в холодильник, а в том, что упустили время извлечь обратно». Однако такова природа науки: «Порой вы выигрываете, порой – проигрываете». (Дело закончилось тем, что Тсьен кое-что выиграл. Нобелевскую премию 2008 года – за свои новые исследования, посвященные тому, как с помощью генной инженерии заставить светиться клетки определенного типа).
