ИНТИМНАЯ ЖИЗНЬ МОЛЕКУЛ

Мы привыкли грустить по поводу того, что украинская генетика, будучи наукой репрессированной, отстала в развитии от западной лет на 50. Однако открытие ученых Института молекулярной биологии и генетики НАН Украины очень сокращает этот разрыв.

И ВСЕ-ТАКИ ОНИ... "ВЕРТЯТСЯ"!

Сегодня о ДНК знает каждый: взял кровь -- и установил по ней отцовство или предрасположенность к хроническим заболеваниям. До сих пор на слуху ДНК-экспертиза, определившая личность Георгия Гонгадзе. Но для ученых не все так ясно.

Когда 50 лет назад Вотсон и Крик впервые заявили миру, что дезоксирибонуклеиновая кислота -- ДНК -- имеет форму спирали и определили, ставшие классическими, связи всех элементов в ней, то казалось, что добавить к этому уже нечего. И стабильность, неподвижность аминогрупп оснований, связывающих звенья спирали ДНК, была одним из главных постулатов.

-- Однако мы знаем, что жизнь -- это движение и ничто не может стоять на месте, -- рассказывает замдиректора Института и руководитель творческой группы генетиков, работавших над открытием, Дмитрий Говорун. -- Тем более, в ДНК -- единственной молекуле, способной к самопроизводству и кодированию генетической информации. Поэтому мы заявляем: в тот момент, когда аминогруппа поворачивается, она может стабилизироваться не одной, а двумя водородными связями!

Дмитрий Николаевич сказал это с большим задором, полагая, что я сейчас же все пойму и воскликну: "Эврика!" Но прошло еще пару часов прежде, чем я поняла: а ведь действительно -- эврика!

ДНК -- "молекула жизни" -- устроена очень просто: две "ленточки" спирали интимно прижимаются, протягивая друг к другу "руки" -- основания, содержащие аминогруппы. А чтобы "объятия" были крепче, они удерживаются водородными связями (см. рисунок 1 и 2) Хотя "живут" основания и вчетвером, но связи их не беспорядочны: аденин соединяется только с тимином, а гуанин предан цитозину. Раньше считали, что аминогруппы остаются при этом неподвижными. Но какой "интим" без движения? Значит, великие ученые чего-то не разглядели.

-- Сложные квантово-химические расчеты подтвердили наши предположения, -- говорит Дмитрий Николаевич. -- Аминогруппы, которые нельзя ни увидеть, ни пощупать, и которые по своей обязанности вроде бы должны что есть силы "сцепиться" и удерживать в правильном положении звенья ДНК, чтобы мы шли по жизни здоровыми и веселыми, именно эти аминогруппы в какие-то моменты вдруг поворачиваются. Сделать им это сложно: чтобы "крутнуться", нужно покинуть удобные "постельки" и "перепрыгнуть" энергетический барьер, для чего иметь большой запас энергии. Они поступают иначе -- на малых энергиях проходят сквозь преграду, как привидения сквозь стену. Но зачем?

Чтобы понять это, пришлось углубиться в интимную жизнь "молекулы жизни". И оказалось, что гены могут между собой... разговаривать.

ХОТЕЛИ СДЕЛАТЬ СОБАЧКУ С ГОЛУБЕНЬКИМИ ГЛАЗКАМИ, А У НЕЕ ЗАОДНО И ХВОСТ ОТПАЛ

Поворачиваясь, аминогруппы создают ту самую вибрацию, волны, несущие информацию вдоль цепочки ДНК. С помощью их гены сообщают друг другу о своем "здоровье" и о продвижении "своих" и "чужих" белков. И это еще одно доказательство того, что теория "один ген отвечает за один признак" -- не верна. Мол, "вырезал" больной ген и вылечил человека. "Хотели сделать собачку с голубенькими глазками, а у нее заодно и хвост отпал", -- шутят генетики по поводу такого упрощенческого взгляда на их науку.

Ученые научились размножать ДНК "в пробирке": нагревают до 90 градусов и у нее разрушаются водородные связи, спираль "распадается" на две "ленточки", каждая сворачивается в клубок и... начинает "достраивать" на себя недостающую часть. Но понять механизмы "расплетания" ДНК в природе не удавалось.

-- Мы считаем, что это делают именно начинающие поворачиваться аминогруппы, -- говорит Дмитрий Николаевич. -- Если нам удастся в лабораторных условиях "раскачать" такое их движение, подтолкнуть к поворотам, то может начаться "расплетание" ДНК, а после -- удвоение и синтез при обычной температуре. Новые связи прольют свет и на другие необычные возможности пока все еще таинственной спирали.

Проводились такие эксперименты: молекулу механическим путем растягивали, почти удваивая длину, при этом она не теряла двухспиральности и продолжала жить. Наверное, природа предусмотрела это для тех случаев, когда белок "отклоняется от курса" и останавливается, не "доходя" до своего гена. Тогда, чтобы, ген мог дотянуться до него, часть спирали сжимается в гармошку, "проезжает" вдоль ДНК и "подставляет" его под белок. Иначе она не сможет "прочитать" пришедшее к ней "послание".

-- До нас ученые уже обнаруживали одно расхождение с классическим построением ДНК, -- рассказывает Дмитрий Николаевич. -- Новая пара оснований, открытая индийскими учеными, получила имя "Калькутта". По аналогии своему открытию мы хотим дать украинское имя.

-- Например, "украинские связи в ДНК", -- смеюсь я.

-- А почему нет? Впрочем, изобретем что-то покрасивее, -- улыбается Дмитрий Николаевич.

"НАСТУПИЛИ НА ГРАБЛИ" -- ИЗОБРЕЛИ СУПЕРРАСТВОРИТЕЛЬ

За изобретениями дело не стало. Чтобы проверить квантовые расчеты, ученым нужно было провести эксперимент. Самым чувствительным методом является колебательная спектроскопия, способная "засечь" предполагаемые колебания, создающиеся предполагаемыми поворотами. Класть пробу в растворе -- нельзя. Ведь вода, которой наполнены все клетки организма, служит еще и для того, чтобы защитить ее от электромагнитных колебаний. Как сломать этот барьер защиты? Да нанести пробу ДНК тонкой пленкой на пластину! Лучше всего -- германиевую.

Ученые разработали методику нанесения ДНК на эту пластину, провели эксперимент, получили свой потрясающий результат один раз и... больше не смогли повторить опыт. Пленка не смывалась с пластины.

-- Это уже потом, "взрыв" весь Интернет и не найдя информации об экспериментах на германиевой пластине, мы поняли: многие ученые попробовали делать это, а когда не смогли смыть пленку, то не сообщили коллегам, -- рассказывает Андрей Степанюгин, проводивший опыты. -- А мы на эти "грабли" наступили. Было так жаль испорченной дорогой пластины! Я сел и проштудировал рецептурный справочник растворителей -- ни один рецепт не сработал. Ничего не оставалось, как вступить в союз с биохимиком института Еленой Мартыненко и придумать свой состав.

Методикам этим обрадовались... "чистые" физики и биоэлектронщики. "Даже метод покрытия металла пленкой ДНК имеет меньшее значение, чем растворитель , -- сказали они. -- Мы до сих пор не можем смыть ее с деталей биокомпьютеров, в которых ДНК -- рабочий элемент. Сейчас же патентуйте свою "алхимию" и давайте нам". Так ученые и сделали.

БУДУЩЕЕ ОТКРЫТИЯ: МУТАЦИИ НА СЛУЖБЕ ЧЕЛОВЕКА

Уже многое известно о точечных мутациях, когда по каким-то причинам случаются "измены" -- неправильные спаривания оснований. И рядом, скажем, с гуанином становится не цитозин, а что-то другое. Раньше считалось: если смешать все элементы ДНК, то каждый из них безошибочно найдет свою пару. Оказывается, это вовсе не обязательно. Еще в "младенчестве", когда ДНК "плавала" в первобытной атмосфере, она, очевидно, перепробовала множество разных связей. Но чтобы тогда образовались наилучшие пары и чтобы сейчас эволюция нуклеиновых кислот шла дальше, в ДНК продолжают происходить мутации -- случайные связи "ужа и ежа", оснований, которые, по идее, вместе быть не должны, но им очень хочется. Темп таких ошибок -- и есть эволюционный темп.

После открытия наших ученых не исключено, что люди смогут поправлять свое здоровье, управляя... самой эволюцией. Возможно, "подтолкнув" аминогруппы к частым поворотам, можно значительно увеличить темп мутаций клетки и... умертвить ее. Это уже не просто теория. Так, если клетка вышла из-под контроля и развивается в раковую опухоль, можно было бы увеличить темп ее точечных мутаций, чем заставить умереть. Даже предположительная возможность этого свидетельствует о значении работы украинских ученых.

К ним уже обратились коллеги из Института экспериментальной патологии, онкологии и радиобиологии им.Кавецкого, работающие над ранней оптической диагностикой рака -- по ДНК его легче определить. Узнав об открытии, они предложили сотрудничать и в области лечения.

И все же, говоря о том, как использовать "вертящиеся" аминогруппы с их дополнительными водородными связями в "мирных целях", Андрей Степанюгин пожал плечами и привел слова древнего математика. Когда того спросили какая польза от его открытия, он ответил сказал: "А какая польза от новорожденного? Пока не знаю".

КОГДА ВЕРСТАЛСЯ НОМЕР

Позвонил Дмитрий Говорун и сообщил, что Кабинет министров Украины наградил трудовой коллектив Института "Почетной грамотой" Кабмина за весомый вклад в развитие научных исследований в области генной инженерии и терапии, создание и внедрение новейший биотехнологий и лекарственных препаратов.