Главный вопрос жизни, наследственности: 65 лет назад центрифуга и бактериофаги помогли доказать, что наследственные признаки содержатся в ДНК

Хлебная плесень и «бактериальное скрещивание»

Аспирант Моргана Джордж Бидл задался этой амбициозной целью вместе с биохимиком Эдвардом Тейтемом, но быстро понял, что она невыполнима. Поэтому они нацелились на более простой объект — хлебную плесень Neurospora crassa, у которой, хотя и не было ни глаз, ни лапок, были белки-ферменты, отвечавшие за синтез аминокислот. Под воздействием радиации некоторые плесени Бидла и Тейтема теряли способность синтезировать определенные аминокислоты и росли только на среде, в которую эти аминокислоты уже добавлены. Скрещивая разных мутантов плесени, ученые в 1941 году доказали: за каждый белок-фермент, нужный для синтеза какой-либо из аминокислот, отвечает один ген.

Эдвард Тейтем решил проверить, работает ли та же закономерность (один ген — один фермент) у бактерий. У дрозофил и плесени в клетках есть ядро, а в этом ядре есть хромосомы, влияя на которые можно получать разных мутантов. У бактерий все по-другому: ядра нет, хромосом не видно. Скрестить две особи, чтобы посмотреть на потомков (как любили делать генетики) тоже было невозможно: бактерии размножаются делением, и никакие другие бактерии в этом процессе не участвуют. Однако Тейтем смог провести с E.coli тот же опыт, что и с хлебной плесенью, и получить такие же результаты, хотя оценивал свое открытие очень осторожно, отмечая, что в случае с бактериями понятие «ген» можно использовать только в самом общем смысле.

Альфреду помогала его коллега Марта Чейз родом из Огайо. На тот момент девушка только недавно успела получить степень бакалавра в Вустерском колледже свободных искусств, девиз которого, забавно перекликаясь с самоназванием группы по изучению фагов, гласит: «Наука и религия из одного источника» (или «Scientia et religio ex uno fonte» в оригинале на латыни).

Их эксперимент вошел в историю, и в совокупности с другими заслугами принес Нобелевскую премию Альфреду Херши в 1969 году. Эту высокую награду он разделил с двумя адептами «Церкви фагов», Лурией и Дельбрюком, тоже изучавшими размножение вирусов.

Добавить радиоактивные изотопы и хорошенько перемешать

Херши и Чейз поселили одну группу E.coli на среде, содержащей радиоактивный изотоп серы, а другую — на той, куда был добавлен радиоактивный фосфор. Зная, что сера есть только в белках (точнее, в двух аминокислотах), а фосфор — лишь в ДНК, ученые заразили каждую группу бактерий фагами T2. Поскольку бактериофаги, как и все вирусы, не могут сами создавать себе подобных, а пользуются «машинерией» по сборке белков, заключенной в бактериях, фаги полностью построены из элементов, которые поглотила зараженная ими клетка. Поэтому после такой подготовки Херши и Чейз получили фаги с ДНК, помеченной радиоактивным изотопом фосфора, и фаги с капсидом, содержащим меченные серой белки.

На тот момент уже было известно, что для заражения фагу нужно прикрепиться к оболочке своей жертвы-клетки. Поэтому ученые добавили каждый из видов фагов к уже новым, «чистым» E.coli, дали вирусам время, чтобы присоединиться к бактериям и ввести свое наследственное вещество, а потом поместили в высокоскоростную центрифугу, чтобы разорвать связь между ними.