Разгадавший тайну ДНК ученый умер от рака

Источник: В мире науки

Так выглядел человек, входивший в число раскрывших тайну генетического кода ученых.

В возрасте 82 лет скончался Маршалл Уоррен Ниренберг, соавтор одного из величайших открытий XX века — тайны генетического кода. В 1968 году за открытие механизма кодирования белка молекулой ДНК ему и его коллегам была присуждена Нобелевская премия.

О смерти ученого агентство AP сообщило 21 января. Со слов сестры исследователя, Джоан Гейгер, Ниренберг скончался почти неделей раньше, 15 января. Причиной смерти ученого стал рак.

Кто и откуда?

Маршлал Ниренберг в молодости. Источник: AP

Родители Ниренберга были выходцами из Российской империи. Его отец, Харри Эдвард Ниренберг, основал в Орландо иудейскую общину и держал там молочную ферму. Его сын Маршалл уже в подростковом возрасте стал проявлять интерес к биологии. В университете Флориды он защитил диплом магистра по, казалось бы, довольно далекой от молекулярной биологии теме — экологии и таксономии ручейников. Биохимиком Маршалл становится уже в аспирантуре, а по окончании ее, в 1957 году, начинает работу в системе Национального института здоровья США (NIH — крупнейшая исследовательская организация).

Личная жизнь

В 1961 году Ниренберг женился на Пероле Зальцман — химике из университета Рио-де-Жанейро. Вместе они прожили 40 лет: Перола умерла в 2001-м; второй раз Ниренберг женился в 2005 году на Мирне Вайссман — профессоре эпидемиологии и психиатрии Колумбийского университета. Детей у ученого нет.

Открытие, сделанное при участии Ниренберга, изменило мир едва ли не больше, чем создание первого ядерного реактора или полет человека на Луну. Совместно с коллегами Ниренберг смог дать ответ на вопрос, как именно сложнейшие молекулы белка закодированы в геноме человека. Так был расшифрован генетический код.

Чертежи в ДНК

Молекула ДНК — это двойная спираль, две навитые друг на друга нити. Каждая нить — цепочка так называемых нуклеотидов, органических молекул попроще. Нуклеотиды в свою очередь бывают четырех типов: аденин, тимин, гуанин и цитозин. Когда в 1952 году Ниренберг получил магистерскую степень по зоологии, ученые еще не знали, как именно клетка синтезирует необходимые ей тысячи белков на основе записанной в ДНК информации. Неясно было даже то, как эта информация там закодирована.

Белок — это тоже цепь, но уже не из нуклеотидов, а аминокислот. Она тоже последовательно собирается из составных частей. Но вот что это за последовательность и как эту последовательность обеспечить? Задачу, стоявшую перед учеными, среди которых был и Ниренберг, можно описать и как сборку рабочими сложной конструкции из тысяч деталей 20 разных типов под руководством инженера, который дает задание в виде инструкций, оформленных как алфавит из четырех букв. Как написать документ, который будет однозначно понят и по которому будет собрано то, что надо?

Ключевое слово из трех букв

В 1954 году ученый-астрофизик Георгий Гамов (о его жизни можно написать отдельную книгу!) показал, что для кодирования аминокислоты достаточно всего трех нуклеотидов.

Один нуклеотид может быть четырех видов,следовательно, больше четырех вариантов им не обозначить. Два нуклеотида — это уже 16 комбинаций, но все равно мало. Три комбинации — это (4х4х4) 64 варианта, что для обозначения 20 аминокислот более чем достаточно, еще и место под «знаки препинания» остается. Одна трехбуквенная комбинация обозначит команду «начало работы», еще 20 разных — то, какую аминокислоту поставить следующей, ну а еще одна комбинация служит для команды конца сборки. В принципе клетке больше ничего и не требуется. Кроме, пожалуй, списка сокращений, какая комбинация нуклеотидов какой аминокислоте соответствует.

Код

А вот с расшифровкой кода все было не так просто. Теоретики предсказали, что каждая группа из трех нуклеотидов обозначает одну аминокислоту. Но какую? Вот, примеру, реальная последовательность:

TCAGTCAGTCAGTCAGTCAGTCAGTCAGTCAGTCAGTCA

Известно, что она кодирует какой-то фрагмент белка. Что с ней делать, как понять значение этого на первый взгляд бессмысленного набора букв? В 1961 году Ниренберг и Генрих Мэттью провели эксперимент, позволивший начать расшифровку генетического кода,— эксперимент, который через семь лет дал им самую престижную награду в мире науки.

Ученые нашли изящное решение проблемы: в пробирке, вне живой клетки, была синтезирована последовательность РНК, состоящая из нуклеотидов одного типа. Далее эту РНК (рибонуклеиновая кислота, в клетке является своего рода слепком с ДНК в виде одной нити вместо двух и с заменой нуклеотида тимина на урацил) перенесли в пробирку с синтезирующими белок рибосомами и посмотрели, что получится.

Получился белок, собранный только из фениланина. «Фениниланин кодируется сочетанием UUU в РНК и, следовательно, ДНК»,— записали исследователи и продолжили перебор комбинаций. На эту кропотливую работу ушли даже не месяцы, а годы. К 1966 году усилиями Ниренберга, Мэттью и позже продолжившего их работу Хара Гобинда Хорана генетический код был расшифрован полностью, а каждая из 64 возможных комбинаций получила свое значение. Что такое UAG? Стоп-слово. Что такое CUC? Слово, кодирующее аминокислоту лейцин. И так далее по всем возможным вариантам.

Послесловие

В 2009 году, спустя 48 лет после расшифровки первого «генетического слова», началась пандемия гриппа. В лаборатории медицинских и научных центров привозили образцы вируса, там из них по уже ставшему рутиной протоколу извлекали генетический материал, и вскоре в базах данных появлялись нуклеотидные последовательности вируса H1N1/09. Сравнивая их, медики могли сразу сказать, чем заражен больной, не мутировал ли вирус по пути из Мексики в Японию, а если и мутировал, что представляет собой мутация.

В том же, 2009 году вышла статья исследователей, нашедших единственную ошибку в ДНК — замену одной аминокислоты на другую. Ошибка была найдена в ДНК клеток, полученных из образцов раковых опухолей,— так ученые узнали о том, поломка в каком месте генома приводит к конкретной разновидности злокачественных опухолей.

На фундаменте, заложенном в 1960-х годах, основана вся молекулярная биология и генно-инженерные технологии современности. Создание новых вакцин, перепрограммирование стволовых клеток, выращивание растений, способных давать повышенные урожаи или расти на солончаках, даже раскрытие тайн миграций народов в прошлом — все это стало возможным благодаря усилиям ученых, среди которых был и Маршалл Уоррен Ниренберг.