Увы, ничего вразумительного на его вопросы я ответить не мог. Ибо воображение уже себя исчерпало, а стройных обобщений о генетических механизмах синтеза белков тогда еще не существовало. Они появятся позже, после того, как биохимики добудут в своих лабораториях новую информацию.
Вообще-то, процесс познания закономерностей природы не такой уж линейный и последовательный, как это хотелось бы изложить в книге. Вопрос, на котором мы остановились выше, можно сформулировать следующим образом: как функционирует ген?
Представьте себе, что вопрос этот не раз подвергался анализу с самого зарождения генетики как науки. Так и хочется сказать, что новое — это не что иное, как хорошо забытое старое.
В 1902–1908 годах английский врач Арчибальд Гаррод изучал одну из наследственных болезней человека, так называемую алкаптонурию. Диагностирование этой болезни не представляет труда, поскольку моча больного человека со временем темнеет. Клинические же проявления болезни начинаются в сорокалетнем возрасте, а иногда и старше. А выражаются они в поражении органов, богатых соединительной тканью (суставы, позвоночник, клапаны сердца).
А. Гаррод, наблюдавший больных алкаптонурией, высказал мнение, что это заболевание наследуется по законам Менделя (с которыми врач был знаком) и обусловлено нарушением какой-то ступени обмена веществ. «Повинен» в этом фермент. На основании обследования больных и логических рассуждений он сформулировал понятие о «врожденных ошибках обмена веществ».
Алкаптонурия — это действительно нарушение обмена аминокислоты тирозина, вызванного отсутствием соответствующего фермента. А фермент не вырабатывается в результате изменения гена. А. Гаррод не был одинок в своих наблюдениях: примеры влияния наследственности на биохимические процессы накапливались на протяжении трех десятилетий, но они не подвергались до поры до времени обобщению. Работу эту завершали американские ученые Джордж Бидл и Эдуард Татум. Они доказали, что ген отвечает за синтез фермента, и выразили сформулированное ими положение в образной краткой форме — «один ген — один фермент». Этот этап в понимании функции гена был ключевым в дальнейшем развитии генетики. За его разработку Дж. Бидл и Э. Татум были удостоены Нобелевской премии.
Интересно с современных позиций взглянуть на ход самого процесса открытия взаимосвязи между функцией гена и синтезом фермента. Чтобы понять этот процесс, была сформулирована рабочая идея, и Дж. Бидл приступил к изучению биосинтеза ферментов. Он взял в эксперименты несколько мутантных линий дрозофилы. Линии мух отличались друг от друга тем, что ген, отвечающий за синтез фермента, начинал свое действие у разных линий в разные периоды развития дрозофилы. Следовательно, экспериментатор (в данном случае Дж. Бидл) как бы прослеживал поэтапно синтез фермента, а на этой основе реконструировал этапы его генетического контроля.
Работа продвигалась медленно из-за чрезвычайной трудоемкости экспериментов. Представьте себе мельчайшие личинки дрозофилы, а у них надо «отобрать» еще более мельчайшие зачатки органов, а из них выделить фермент и т. д. Но настоящий ученый всегда старается получить ответ на поставленный вопрос наиболее «экономичным» путем. Так было и у Дж. Бидла. Ускорение в его работе наступило только после того, как ученый изменил подход к экспериментальной проверке гипотезы. Сам Бидл об этом вспоминает так: «Неожиданно мне пришло в голову, что можно перевернуть ход исследований и вместо того, чтобы пытаться разобраться в химии известных генетических повреждений, нам следует отобрать мутантов, у которых блокированы известные химические реакции. Нейроспора была подходящим объектом для такого подхода, так как ее можно было вырастить в культуральной среде известного химического состава».
Таким образом, в период интенсивного внимания к изучению ДНК (50-е годы) было уже ясно, что, во-первых, гены отвечают за синтез фермента или белка и, во-вторых, аминокислоты в белке расположены в определенной последовательности (первичная структура белка). После выяснения строения ДНК сам собой напрашивался вопрос: если белковая молекула состоит из строгой последовательности аминокислот, а ДНК — из строгого чередования нуклеотидов, то нельзя ли экстраполировать структуру ДНК на структуру белка?
Оказалось — можно. И новая блестящая глава была вписана в генетику: это расшифровка генетического кода, или молекулярная азбука наследственности. Над этой задачей трудились такие известные ученые, как Г. Гамов, С. Очоа, А. Корнберг, Ф. Крик, М. Ниренберг и другие. Изложение истории этого раздела (он не только интересный, но и во многом поучительный) заняло бы много места. Основной вывод по генетическому коду предельно ясный: три нуклеотида (триплет ДНК) в определенном сочетании отвечают за присоединение конкретной аминокислоты при синтезе белка. Сочетания нуклеотидов для всех аминокислот теперь хорошо известны, так же, как и общие характеристики генетического кода (универсальность, вырожденность и т. п.).