История ее исследования заслуживает всеобщего внимания. В нем переплетались интересы биологов, химиков, физиков, медиков, генетиков. Как в зеркале, сейчас видны сложные процессы познания живой молекулы и удивительные нагромождения событий, приведших в конце концов к установлению структуры и функции ДНК.
Шестидесятые годы прошлого столетия оказались, например, чрезвычайно богатыми на такие «переплетения» и события. Именно в это время Г. Мендель делает свое гениальное открытие, а Ф. Гальтон предлагает близнецовый метод для изучения наследственности человека, В. М. Флоринский пишет книгу «Усовершенствование и вырождение рода человеческого»; Ф. Мишер, 25-летний сын врача из Тюбингена, изучая химию белых кровяных клеток, открывает неизвестное прежде органическое соединение, именуемое сегодня во всем мире дезоксирибонуклеиновой кислотой. Правда, сам Ф. Мишер назвал выделенное вещество нуклеином, потому что выделил его из материала, собранного с послеоперационных повязок, то есть, по сути дела, из лейкоцитарной массы, богатой ядрами.
История расшифровки химических основ наследственности ведет нас в разные страны и к разным специалистам. Так, в России в последнем десятилетии XIX века химик А. А. Колли сформулировал представление о химических основах передачи наследственных признаков, сопоставив размеры сперматозоида, содержащего всю генетическую информацию, с белковыми молекулами. По достоинству оценить данную работу можно, пожалуй, лишь в наши дни. А в 20–30-е годы творческую силу подобного рода предположений могли понять лишь такие гиганты, как наш соотечественник Николай Константинович Кольцов.
Кстати, следующим звеном в изучении химических основ наследственности была гипотеза самого Н. Н. Кольцова о наследственных молекулах. Уже в 20-х годах ученый теоретически обосновывает принцип редупликации (удвоения) наследственных молекул как материальной основы воспроизведения наследственности в поколениях.
Несмотря на то, что в 20–30-х годах экспериментальная генетика проделала большой путь, а ее достижения стали уже частично реализовываться в практике, представления о химической основе генов были самые неопределенные. Более того, именно в эти времена фундаментальную генетику называли не иначе, как формальной, поскольку она оперировала абстрактным понятием «ген», хотя и наполненным конкретным содержанием о закономерностях поведения этих, пока что гипотетических, единиц.
Прогресс в науке ни на секунду не останавливается. И коль скоро в 20-х годах ген стал объектом номер один в биологии, то «долбить» этот крепкий орешек стали с разных сторон.
Что же старались понять генетики в первую очередь? Они хотели выяснить, как сочетаются в гене его три свойства: способность мутировать (изменяться), способность к рекомбинации и способность выполнять определенную функцию. Больше всего их интересовало, всегда ли эти три свойства существуют в гене вместе или они могут комбинироваться по-разному. Другими словами, они искали ответ на вопрос: дробим ли ген? Ведь длительное время он считался «монолитом» природы.
Впервые на его целостность посягнули в 1927 году советские ученые во главе с выдающимся генетиком Александром Сергеевичем Серебровским. В изящных экспериментах на плодовой мушке дрозофиле исследователи показали, что ген, отвечающий за развитие у насекомого щетинок, может изменяться частями. А через 20 с лишним лет этот факт частичного изменения гена, а не в целом, был подтвержден многократно. К этому времени уже не дрозофила, а микробы были излюбленными объектами экспериментальной генетики. И всякие попытки проникновения в структуру и функцию генов замыкались уже на анализ химических основ наследственности. Такая потребность приближала период решительного наступления на химическую природу гена.
Принципиальным звеном в разработке этого направления считаются работы английских ученых Ф. Гриффита и О. Эвери по превращению микробов-пневмококков (вызывают воспаление легких) из невирулентных, в вирулентные (от лат. «вирулентный» — ядовитый; вирулентность — степень болезнетворности микроорганизма). Эти два типа микроорганизмов хорошо различаются по внешнему виду. Невирулентные штаммы пневмококков образуют шероховатые колонии на чашках с агаром, а вирулентные — гладкие.
Ф. Гриффит, нагревая сосуд с микробами, тем самым убивал вирулентные бактерии. Затем он вводил их мышам, которые оставались живыми. Прогретые микробы теряли способность убивать мышей. Однако стоило «смешать» эти убитые нагреванием бактерии с живыми невирулентными, как введение их в организм мышей оказывалось смертельным. Тщательно исследовав бактерии, извлеченные из погибших мышей, Ф. Гриффит обнаружил, что они имеют внешний вид вирулентных бактерий, (гладкий), хотя вводил он живые невирулентные бактерии, дающие шероховатые колонии. А это могло означать единственное: живые невирулентные бактерии трансформировались в вирулентные.