Как открывали ДНК

Джеймс Уотсон рос тихим и спокойным мальчиком. Увлекался музыкой и чтением, каждую неделю приносил из библиотеки столько книг, сколько мог унести, и внимательно их читал. Вместе с отцом он любил наблюдать за птицами и собирался стать орнитологом, но в какой-то момент решил выбрать самую важную и перспективную научную тему, и таковой, по его мнению, было исследование структуры ДНК. Уотсон не ошибся: вместе с Фрэнсисом Криком он открыл двойную спираль ДНК.

Важнейший этап своей жизни и поворотный момент в биологии, изменивший взгляд человечества на то, как устроена жизнь, Уотсон помнит до мелочей: какая была погода, чем он и его коллеги занимались помимо цели своего научного поиска, какая была атмосфера в лаборатории и в чем ошиблись другие ученые, которые тоже искали пространственную формулу ДНК.

Своими воспоминаниями Джеймс Уотсон поделился со «Стимулом».

— Расскажите, пожалуйста, как случилось, что вы занялись исследованиями ДНК?

— Моя первая научная задача была связана с тем, каким образом птицы ориентируются во время сезонной миграции. Мой папа был орнитологом-любителем, и второе десятилетие моей жизни было посвящено наблюдениям за птицами, тому, как весной они прилетали с юга на север, хорошо ориентируясь в пространстве. Я надеялся, что со временем я буду изучать именно этот вопрос.

Но, я думаю, мои деды заставили меня идти на передний край науки. Мой пра-прадедушка был золотоискателем в Калифорнии. Он там поселился вместе с любимой женой и понял, что им не прокормиться, если он не найдет золото. В результате он открыл свой магазинчик для таких же золотоискателей, каким был сам, и разбогател.

Уже занимаясь наукой, я понял, что не надо уделять внимание неважным темам. Нужно всегда стремиться выбрать важное, великое занятие, бороться за «золото», а не за «серебро».

Размышляя о том, какая из научных проблем окажется «золотом», я понял, что это будет генетика и ДНК. Этому способствовало важное событие в моей жизни — знакомство с книгой Эрвина Шредингера «Что такое жизнь?». Он пишет, что важным моментом жизни была передача информации, и задается вопросом, как можно было бы информацию копировать. Говорит о каком-то химическом процессе, который кодировал бы информацию о жизни. Когда я прочитал эту книгу, я понял, что это гораздо более интересная проблема, чем миграция птиц. Так я превратился из любителя-натуралиста в человека, озабоченного природой генов. И эту книгу мне не педагог порекомендовал: я случайно увидел ее название в газете и подумал, что эту небольшую книжку мне обязательно нужно прочитать. Ее написал великий физик. Вопрос, что такое жизнь, интересовал всех, и его в том числе.

Тогда я решил: после того как защищу диссертацию, займусь ДНК.

Биология была самой захватывающей областью науки. В ней две принципиальные, большие идеи: одна Чарльза Дарвина об эволюции и вторая — о ДНК. И сейчас идея о ДНК имеет все возрастающее значение в развитии медицины. Нам предстоит пройти в медицине долгий путь, так как самые важные вещи в ней еще не сделаны. 

— Когда вы открыли двойную спираль ДНК, вам было двадцать четыре года. А Нобелевскую премию получили в тридцать четыре. В России вас бы назвали вундеркиндом.

— Я поступил в Чикагский университет в очень юном возрасте, мне было всего пятнадцать лет. Президент университета Роберт Хатчинс считал, что государственное школьное образование никуда не годится, и хотел, чтобы ребята поступали в университет как можно раньше.

Двойная спираль нуклеиновых кислот

Wikipedia

Главное, чему я научился в Чикаго, — это умение думать, понимать, что идеи важнее, чем обладание фактическими знаниями. Нужно уметь из фактов выводить идею, это умение мне и помогло собрать отдельные элементы в логичную структуру. Менделеев занимался именно этим. Из фактов собирал систему. Мне казалось самым важным, чтобы моя жизнь была посвящена идее. Именно это и было положено в основу моей научной карьеры. Но в молодом возрасте идеи появляются редко, потому что база знаний недостаточна. Поэтому надо знакомиться с идеями других людей.

— Лаборатория, где вы с Фрэнсисом Криком открыли двойную спираль ДНК, находится не в Америке, а в Англии, в Кембридже. Как вы там оказались?

— Не сразу. После университета я поступал в аспирантуру и хотел выбрать для этого лучшее учебное заведение. Стремился поступить в Калифорнийский технологический, но провалился, меня не приняли. Хочу сказать, что это было для меня удачей, потому что в итоге я оказался в университете Индианы (Индианский университет в Блумингтоне. — «Стимул»). Там были замечательные преподаватели! Администрация привлекала профессоров из Европы еврейского происхождения. Например, Беркли этого не делал. Так что Индиана была по всем статьям лучше. Мой научный руководитель Сальвадор Лурия (лауреат Нобелевской премии по физиологии и медицине 1969 года совместно с Максом Дельбрюком. — «Стимул») как раз был итальянцем еврейского происхождения. Он не мог получить кафедру, бежал из Италии во Францию, а затем в Америку. В Колумбийский университет его не взяли, и он отправился в Индиану. Мой научный руководитель тоже оказался фанатом книжки Шредингера, как и я!

Я весьма рано начал встречать правильных людей в моей жизни. Мне было девятнадцать, когда я познакомился с Дельбрюком, это было лето 1948 года. Затем я познакомился с великим физиком Силардом (Лео Силард вместе с Энрико Ферми создал первый ядерный реактор. — «Стимул»). Его тоже интересовала биология, у него была удивительная способность размышлять и думать на четыре шага вперед. Большинство людей смогут думать на два шага вперед и считаться умными.

Что было замечательно, они приняли меня как равного, им было не важно, что я гораздо младше. Общаясь со мной, они не смотрели на меня сверху вниз. Во время обучения в университете Индианы я понял, что очень полезно выбирать себе молодого научного руководителя, потому что он, скорее всего, будет работать над какой-то новой темой, а не над чем-то известным. Это дает возможность тоже вставать у истоков нового исследования. Я заметил, что молодых ученых считают немножко наглыми. И я тоже стал немножко наглым, стал говорить, что я думаю, и ничего не мог с этим поделать. А в Америке нельзя говорить дураку, что ты считаешь его дураком. Даже в науке много дураков. Да-да. Конечно, из-за такого поведения есть риск столкнуться с проблемами. Таким поведением, по-видимому, отличался Лев Ландау. Например, Гамов (Георгий Гамов эмигрировал из ССР в США, автор идеи триплетного генетического кода. — «Стимул»). был хорошим другом Ландау. И когда Гамов сказал мне, что я ему напоминаю Ландау, это для меня был величайший комплимент в моей жизни.

Когда я окончательно решил, что буду заниматься исследованием ДНК, я приехал в Европу и провел целый год в Копенгагене, где пытался учить биохимию ДНК. Но у меня не получилось, меня заставляли заниматься не очень новыми и интересными темами. Зато там я познакомился с великим физиком Нильсом Бором, он два раза приглашал меня в гости.

А потом в Лондоне мне попался на глаза рентгеновский снимок ДНК, который подтверждал, что у ДНК есть повторяющаяся структура. Значит, это ген! Поняв его структуру, можно было понять, как он копируется. Я подошел к человеку, который представлял этот снимок, и спросил, могу ли я приехать к нему в лабораторию. Человек был очень вежливый, он не сказал ни «нет», ни «да». И, как мне стало известно, он сказал всем, чтобы, если я приеду в Лондон, мне говорили, что его в Лондоне нет. Я не знаю, чем я ему так не понравился. Возможно, я проявил слишком много энтузиазма.

Фрэнсис Крик. Лауреат Нобелевской премии по физиологии и медицине 1962 года — совместно с Джеймсом Д. Уотсоном и Морисом Х. Ф. Уилкинсом с формулировкой «за открытия, касающиеся молекулярной структуры нуклеиновых кислот и их значения для передачи информации в живых системах»

Wikipedia

И поэтому я отправился в Кембриджский университет, самый красивый в мире. И, что делает его еще лучше, там работают гениальные люди.

— Там вы познакомились с Фрэнсисом Криком?

— Да. Он был одним из самых умных и замечательных людей в Кембридже, его тогда не ценили. Крик был молод, но на двенадцать лет старше меня. Во время войны он работал на британское адмиралтейство, боролся с немецкими подводными лодками. Крик стал очень важным для меня человеком. Когда я приехал в Кембридж, он работал в лаборатории Кавендиша, директором которой был Лоренс Брэгг (австралийский физик, самый молодой лауреат Нобелевской премии по физике за всю историю премии, получивший ее в 1915 году. — «Стимул»). Все, чего Брэгг хотел от Крика, — чтобы тот не разговаривал рядом с ним. Крик разговаривал очень громко и постоянно болтал.

Нас с Криком посадили в особую комнату, чтобы никто за ее пределами не слышал, как Крик разговаривает. Но мне голос Крика очень нравился. Он был таким умным! И относился ко мне как к младшему брату, постоянно давал мне полезные советы, говорил, что мне стоит делать. Мне очень повезло, что я познакомился с Фрэнсисом, на его примере я понял, что в Кембридже собираются очень умные люди. Поэтому очень полезно поступать в хорошие университеты. Это место, где можно встретить умных людей, а попав в какой-нибудь другой университет, вы встретите обычных людей.

— Как шла работа?

— Мы построили свою модель ДНК, которая была полной катастрофой. Мы с Криком толком не знали химию. Я же изначально хотел стать орнитологом и химию вообще не знал, но та работа, которую мы проделали с Криком, оказалась чистой химией. Поэтому возникает вопрос: как же мы открыли структуру ДНК, если мы не химики? А ответ в том, что с нами в комнате сидели химики, которые были умными. И если бы мы с Криком были там одни, ничего бы не получилось. Один из них — Донахью — говорил мне: «У тебя у гуанина и тимина неправильное расположение атомов водорода». Всего одна фраза! Донахью знал химию, а мы с Криком — нет. И через два дня после того, как мы с ним пообщались, мы с Криком получили структуру ДНК.

Эти два дня я ничего не делал. Крик очень сильно переживал, что я ничего не делаю. А я просто ходил играть в теннис. Была замечательная погода, как будто весенняя, а на самом деле на дворе стоял февраль.

Вот, собственно, так и было сделано открытие. Как только мы поняли расположение атомов водорода — все! Структура ДНК была открыта после того, как я разобрался с этой парой оснований (тимин и гуанин — два из пяти азотистых оснований, которые присутствуют во всех живых организмах. — «Стимул»).

Фрэнсис Крик (слева) и Джеймс Уотсон с моделью ДНК

Wikipedia

Это была суббота. Я уже был на работе, Крик по субботам всегда читал журнал Nature и на работу опаздывал. Он пришел в кабинет и сказал, что цепочки ДНК направлены в противоположных направлениях. Мы это поняли благодаря модели. Модель позволила нам сделать предсказания, которые сбылись.

На самом деле мы сделали открытие, по сути, за двадцать минут: мы пересобрали модель, поняли, что мы правы, и пошли пообедать. Когда мы шли на обед, Крик сказал: «Мы раскрыли структуру жизни!» Мы на самом деле так думали, но в Кембридже нельзя было такое говорить, потому что в Кембридже все должны быть скромными. Но скромность — это не про Крика.

— Вы говорите о той самой модели ДНК, которая хранится в Музее науки в Лондоне?

— Нет. Там не оригинальная модель, другая, новая. Ее построили для фильма, который ВВС снимала через десять лет после нашего открытия обо мне и по моей книге «Двойная спираль», которую очень быстро перевели на русский язык.

Три месяца после нашего открытия Крик каждый день водил кого-то в наш кабинет и показывал нашу модель. И мне уже надоело выслушивать, как он в сотый раз описывает ее кому-то. Тогда он мне сказал: «Ты просто не понимаешь всю важность нашего открытия! Мы раскрыли самую важную проблему в биологии».

В августе мы уехали из Кембриджа, а модель так и висела в нашем кабинете. Нам даже не приходило в голову говорить, что ее как-то надо сохранить. И в результате ее никто не сохранил, ее разобрали по частям на сувениры. Части оригинальной модели хранятся у некоторых людей.

— Одновременно с вами над изучением структуры ДНК работали Розалинд Франклин и Лайнус Полинг. Почему результата достигли вы, а не они?

— Эту гонку должна была выиграть Розалинд Франклин. Но у нее была идея, что ДНК — это не спираль. Она, к сожалению, ни с кем не общалась. А это очень важно — обсуждать свои идеи с другими людьми, когда вы развиваете свою идею. Она думала, что она все знает, что у нее есть доказательства того, что ДНК — это не спираль. На самом деле все было наоборот. Она просто не смогла интерпретировать полученные данные.

Она, как и мы, не была химиком, она была кристаллографом. И — мне не следует это говорить — она еще человеком была не очень приятным, я не знаю почему, но с ней никто не хотел общаться, даже члены ее семьи, там всегда были какие-то проблемы. Она родом из богатой английской семьи. Мы не знали, почему она к нам негативно относится, — потому что мы беднее ее или потому что мы, по ее мнению, были неправы… В любом случае нам немного повезло, что у нее не получилось сделать открытие.

Ее конкурентом был Лайнус Полинг. Был забавный момент: его сын учился в Кембридже, и он отправил сына к нам. И вот сын Полинга пришел к нам и сказал, что его отец только что написал статью по поводу ДНК. Мы с Криком начали очень сильно переживать, но потом поняли, что у Полинга не было доступа к фотографиям ДНК. А у Розалинд Франклин он как раз был. На тот момент мы тоже еще не видели ту самую нужную фотографию. Свою статью Полинг отправил директору нашей лаборатории Брэггу. Тот прочитал и решил отстранить Крика от исследований ДНК. Но благодаря сыну Полинга мы прочитали эту статью и тут же поняли, что Полинг был неправ, допустил ошибку.

Розалинд Франклин — английский биофизик и учёная-рентгенограф, занималась изучением структуры ДНК

Wikipedia

Величайший химик того времени допустил ужасающую ошибку в химии! Он предложил такую структуру ДНК, которая в принципе не могла существовать.

— Как так могло получиться?

— Полинг ни с кем не общался, кроме своей жены. А его жена в химии не разбиралась. Зато мы с Криком общались с друг с другом и, что еще важнее, с другими людьми.

— Что было дальше, после вашего звездного часа?

— Я поехал в Калифорнийский технологический институт. Потом я вернулся в Кембридж, чтобы снова поработать с Криком. Мы пытались сделать новое открытие, но ничего не получилось. И мы занялись экспериментами. Через какое-то время Крик забросил тему ДНК. Он провел последние тридцать лет жизни из своих почти девяноста, пытаясь размышлять над тем, как работает мозг. Но так и не смог этого понять, и никто не смог.

Потом я получил работу в Гарварде, и в 1959 году мы изучали, как РНК передает информацию. Мы разобрались наконец со многими вопросами по поводу ДНК и РНК.

После мне стала интересна связь вирусов и рака, я знал, что там замешаны как-то гены, поэтому я тоже несколько отстранился от темы ДНК.

А исследования ДНК продолжались. Большим открытием стало понимание, как можно вырезать, составлять и рекомбинировать ДНК. Еще одно важное событие — секвенирование ДНК, которое стало возможным где-то в семидесятые годы. Мой коллега из Гарварда Уолтер Гилберт придумал способ секвенирования, за что получил Нобелевскую премию. Но идею ему подсказал Андрей Мирзабеков, химик из Москвы, который приезжал к Гилберту, и они обсуждали эту идею. Поэтому замечу: русские ученые сыграли большую роль в разработке технологии секвенирования ДНК.

Я не занимался разработкой секвенирования, но знал, что это будет важным шагом. Поэтому когда в 1969 году Гилберт сказал, что каждая пара азотных оснований будет стоить один доллар, а так как у нас три миллиарда базовых оснований, то нам нужно три миллиарда долларов, чтобы решить проблему секвенирования человеческой ДНК, и, конечно, это займет не один год, а десять или пятнадцать лет, то есть всего лишь по двести миллионов в год. Оставалось только найти деньги, и мы могли бы заняться этой проблемой.

Лайнус Полинг — американский химик, кристаллограф, лауреат двух Нобелевских премий: по химии и премии мира

Wikipedia

Но у меня сформировалась репутация неполиткорректного ученого, и из-за этого меня уволили. На самом деле хорошо, что я потерял работу, у меня появилось много свободного времени, я стал писать книги. И написал десять книг.

Дельбрюк как-то сказал мне, что суть книжки необходимо изложить в первом абзаце. Первый абзац должен зацепить читателя, даже первое предложение должно зацепить читателя. Первое предложение книги «Двойная спираль» я писал целый день. Но к концу недели я уже написал половину главы и весьма быстро закончил всю книжку. Про спираль мне нравилось писать, потому что это хорошая история, неожиданная. Никто не мог предположить, что Розалинд Франклин, имея фотографии, не сможет сделать это открытие. Из этой истории я вывел правило, которому всегда следую: если вам нужна помощь, старайтесь ее найти как можно быстрее, не стесняйтесь просить помощи. Многие, конечно, думают: если ты где-то учился, ты всего должен добиваться сам. Но если вы стоите на передовой, вам нужна помощь. Поэтому ищите помощь как можно быстрее.