Расшифрованная жизнь. Мой геном, моя жизнь Вентер Крейг

Моя дилетантское произведение и тот факт, что только я принял его вызов, произвели на Кэмерона благоприятное впечатление. Так началась наша дружба, и вскоре я стал частенько ужинать вместе с ним и его женой Пэт. Брюс был мне и другом, и наставником, он развивал мой интеллект и призывал не останавливаться на достигнутом. С каждым днем я писал все лучше и лучше, обретая уверенность в себе. Удивительное дело – я преуспевал не только в английском, но и в тех предметах, в которых раньше был совершеннейшим профаном, например в математике.

Одна лишь химия вызывала у меня ужас. Этот предмет был чрезвычайно важен для моей будущей медицинской карьеры, но после школы уже только мысль об атомах и молекулах вызывала у меня аллергию. Однако моя учительница Кейт Мурасигэ, недавно защитившая докторскую диссертацию, преподавала химию с таким увлечением, что мне даже понравилось заниматься химическими «расследованиями» с применением почти детективных методов для обнаружения неизвестных соединений. Сегодня Кейт уже не химик – она давно поменяла профессию и стала юристом по патентному праву, но, вспоминая те далекие времена, она уверяет, что я был похож тогда на отличника, которого обязательно в будущем ждет успех.

Постепенно занятия стали доставлять мне удовольствие, что отразилось и на оценках – я получал круглые пятерки, даже работая каждый вечер на полную ставку в больнице. Я планировал закончить первые два года обучения в колледже за восемнадцать месяцев, а затем попытаться перевестись в Калифорнийский университет. (Учеба в Стэнфорде мне была не по карману.)

Однажды, во время занятий по французскому языку (надо сказать, я испытывал определенную неловкость в присутствии однокурсников, которые не только свободно говорили по-французски, но и копировали присущие французам свободные манеры), в аудиторию вдруг ворвался один из наших студентов. Глубоко взволнованный, он сообщил нам о кровавом подавлении митинга студентов в Кентском университете. Ричард Никсон, к тому времени уже ставший президентом, пообещал закончить войну во Вьетнаме, однако вместо этого военные действия распространились и на Камбоджу. Пацифисты горячо откликнулись на эскалацию конфликта, и по всей стране в университетских кампусах вспыхнули протестные акции с требованием прекратить войну. В понедельник 4 мая 1970 года четверо студентов Кентского университета были расстреляны войсками национальной гвардии, а девять получили ранения.

Я хорошо понимал глубокое отвращение демонстрантов к политике правительства, ведь я своими глазами видел бессмысленные убийства и жестокость американских солдат во Вьетнаме. Но также остро я сочувствовал и тем, кто до сих пор служил во Вьетнаме. Большинство из них попали туда по призыву, как я, или добровольно – чтобы убежать от мрачного быта, или просто в поисках приключений. Но было и множество патриотов своей страны. Протестующие не учитывали этого. Каковы бы ни были причины, по которым солдат оказался во Вьетнаме, для них он был просто еще одним «убийцей ребенка», живым напоминанием о массовом убийстве мирных жителей в Сонгми – кровавой бойне, устроенной США, в которой погибли сотни безоружных людей и среди них – старики, женщины и дети. Ирония судьбы – многие из «свиней», гвардейцев, стрелявших в студентов Кентского университета, пошли в армию из-за нежелания оказаться во Вьетнаме.

Мои антивоенные настроения в тот день достигли предела, и я верил, что мой опыт работы санитаром во Вьетнаме тоже может повлиять на общественное мнение. Необходимо закрыть колледж и выйти на демонстрацию в знак протеста против убийства, призывал я своих сокурсников. К нашему стихийному митингу присоединились тысячи учащихся. Один за другим к микрофону подходили протестующие студенты и обращались к толпе, а когда очередь дошла до меня, я предложил устроить мирный марш в Сан-Матео. На следующий день местная газета напечатала на первой полосе мою фотографию с подписью: «Это наш колледж, возьмем его в свои руки!».

В результате я организовал демонстрацию, а президент университета и его помощники связались со мной для обсуждения возможности мирного разрешения конфликта. Осознав мой миролюбивый настрой, они явно успокоились и даже выразили неофициальную поддержку марша протеста против расстрела студентов. На марш пришло более 10 тысяч человек. Я шел во главе демонстрантов, а следом несли символический гроб.

Из-за адреналинового накала страстей я помню все события тех дней как в тумане, кроме одной яркой детали. Белый фургон медленно едет вслед за нами, его раздвижные двери открыты, и видно, как находящиеся внутри без устали фотографируют меня и других студенческих лидеров. Я думал, это журналисты, но потом узнал в них полицейских и агентов ФБР. Шествие закончилось мирно. Бойня в Кентском университете привела к единственной в истории общенациональной забастовке студентов, в которой приняли участие 4 миллиона студентов, а более 9 сотен американских колледжей и университетов прекратили работу. На фоне всего этого шума, слезоточивого газа и полицейских с дубинками, перед моими глазами до сих пор стоит одна картина: газетная фотография студента Калифорнийского университета в Сан-Диего, который поджег себя в знак протеста.

Между тем я с удвоенной силой возобновил учебу. Мне оставалось сдать Брюсу два задания – рецензии на две книги, которые во многом отражали перемены и в моей жизни. Мой первый выбор пал на книгу Фрэнсиса Чичестера «В пустыне волн и небес», увлекательную историю об одиночном кругосветном плавании, совершенном автором (в 65 лет!) в 1966 году. Чичестер, этот настоящий герой, за свои достижения был посвящен в рыцари. В книге он рассказал о девятимесячном путешествии на яхте «Джипси Мот IV», о том, как сумел преодолеть болезнь, ранения и опасности, едва не погибнув в бурных волнах.

Второй книгой я выбрал «Двойную спираль» нобелевского лауреата Джеймса Уотсона – об одном из величайших открытий в молекулярной биологии. Первоначально Уотсон озаглавил ее «Честный Джим» (отсылка к роману Кингсли Эмиса «Счастливчик Джим»), отчасти из-за чудовищного промаха, который допустил на пути к своему триумфальному открытию, а может, потому, что просто с обезоруживающей искренностью хотел поведать, как его подозревали в присвоении чужих результатов, приведших к величайшему открытию{6}. (Он даже подумывал о том, чтобы написать статью под заголовком «Хроника одного преступления».)

Здесь я хотел бы сделать небольшое отступление, чтобы рассказать об Уотсоне – этот человек и его исследования сыграли важную роль в моей жизни. С огромным интересом читая его книгу, я узнавал, как он и Фрэнсис Крик открыли структуру ДНК, как они внесли «глоток свежего генетического воздуха» в затхлый мир британской биологии. Открыв структуру молекулы ДНК, Крик тут же побежал хвастаться в пивной бар «Орел». Такое поведение было вполне типичным для этой пары. Как сказал Уотсон, «мы поспешили заявить об этом во всеуслышание, уверенные, что если будем медлить, обязательно найдется кто-нибудь еще, кто найдет правильное решение, и нам придется делиться с ним славой»{7}. Они смаковали неудачи конкурентов и отказывались играть по их правилам. Использовали ли они разумные, традиционные методы или гнались за эффектом и экстравагантностью, главное – они во что бы то ни стало хотели получить ответ как можно скорее. Крик сам признавал, что они «вели себя по-юношески высокомерно, порой жестоко… сочетая нетерпеливость с нарочитой небрежностью»{8}.

В их открытии огромную роль сыграл Морис Уилкинс, который первым пробудил интерес Уотсона к рентгенографическим исследованиями ДНК. Уилкинс работал вместе с другой ключевой фигурой в истории двойной спирали – Розалинд Франклин. Уотсон изображал «Рози» замкнутой и раздражительной интеллектуалкой – она делала невыносимой жизнь Уилкинса и относилась к мужчинам, как к неразумным школьникам. В ключевой сцене книги Уотсона действие происходит в начале 1953 года: Уилкинс торжественно вплывает в лабораторию Франклин и заявляет, что она не имеет ни малейшего представления о том, что на самом деле означают полученные ею результаты. Франклин так разозлилась, что выскочила из-за стола, и Уотсон даже отпрянул в страхе, что она может его ударить.

Пятясь, он наткнулся на Уилкинса, который показал ему лучший рентгенографический снимок ДНК, сделанный Франклин. Этот снимок под номером 51 был получен в мае 1952 года{9}. На нем были видны рефлексы в виде черного креста, что и стало ключом к пониманию структуры двойной спирали.

«От удивления у меня открылся рот, и мой пульс резко участился», – вспоминает Уотсон{10}. Он был уверен, что видит спираль и они с Криком на правильном пути. Уилкинс говорил ему об этом еще в 1951 году, и Крик еще тогда теоретически предсказал, как будет выглядеть картина дифракции рентгеновских лучей на спирали. Структура ДНК явилась как озарение, она была «гораздо красивее, чем мы могли предположить», – сказал Уотсон. Комплементарность оснований ДНК («буква» А всегда образует пару с Т, а С – пару с G) показала, как происходит копирование генов при делении клетки{11}. Самое раннее письменное упоминание об этом можно найти в замечательном письме Крика сыну Майклу от 17 марта 1953 года{12}. «Теперь ты видишь, как природа копирует гены. Если две связанные цепочки распадаются на две отдельные цепочки, и если затем каждая из них соединяется с другой, то поскольку А всегда соединяется с Т, а G с С, мы получаем две копии вместо одной молекулы, имевшейся у нас ранее. Похоже, мы нашли основной механизм копирования, с помощью которого одна жизнь происходит из другой…».

Полвека спустя в своей книге «Страсть к ДНК» Уотсон признавался: «Некоторые полагали, что мы с Фрэнсисом не имели права думать о результатах, полученных другими учеными, и в действительности украли двойную спираль у Мориса Уилкинса и Розалинд Франклин»{13}.

Мое усердие приносило свои плоды. Я получал круглые пятерки по всем предметам, как и Барбара. Узнав, что мы приняты в Калифорнийский университет в Сан-Диего, мы праздновали всю ночь. Однако оставалась финансовая проблема. Плата за обучение в размере 900 долларов в квартал может показаться небольшой по сегодняшним меркам, но моя стипендии от штата Калифорния ее не покрывала. Мне нужно было придумать, на что мы с Барбарой будем жить, если будем учиться на дневном отделении. Как женатые студенты, мы имели право на студенческий кредит, но мой отец согласился одолжить нам эти деньги без процентов – при условии, что я дам ему расписку. Его очевидное недоверие было мне неприятно, но я был благодарен ему за помощь.

Мой геном и мой брат

Купаясь с младшим братом в океане вблизи Сан-Диего, однажды я увидел на расстоянии менее 20 м от нас здоровенный плавник. Хотя мы легко могли бы избежать встречи с акулой, я запаниковал – у Кейта было врожденное поражение слухового нерва, и он пользовался слуховым аппаратом, который вынул, пойдя в воду, и теперь не мог слышать ни моих криков, ни криков людей в соседней лодке. У меня не было иного выбора, кроме как подплыть к нему и рукой показать на акулу, стараясь привлечь его внимание. Наверное, мы были похожи на героев мультфильмов, когда практически выпрыгнули в лодку из воды.

В 50-х и 60-х годах прошлого века общество часто относилось недоброжелательно к людям с физическими недостатками, и Кейту в школе пришлось нелегко. Он был самым младшим ребенком в семье, и мы очень заботились о нем. Есть ли в моем собственном геноме какие-то намеки на то, почему Кейт родился глухим? Все-таки половина наших генов – общая. Ряд исследований связывает глухоту с изменениями в генах. После исследования одной большой костариканской семьи ученые связали потерю слуха с геном DIAPHI, а другой ген TMIE – с глухотой у мышей и у членов нескольких индийских и пакистанских семей. У меня, к счастью, нет ни одной из этих мутаций.

Другим возможным виновником глухоты Кейта является ген CDH23, который, по-видимому, играет определенную роль в формировании волосковых сенсорных клеток во внутренней части уха. Названные волосковыми из-за сходства с волосовидными отростками на их поверхности, волосковые клетки образуют ленту из датчиков вибрации по всей длине передней части ушного лабиринта – спиралевидную, похожую на улитку структуру во внутреннем ухе, которая распознает звук. Я проверял наличие у себя этого гена и хотел узнать, все ли там в порядке, но и здесь ничего не прояснилось. Очевидно, мне придется проанализировать геном Кейта и выяснить, действительно ли гены несут ответственность за его пониженный слух.

Мы переехали в городок Дель-Мар и сняли небольшую квартирку на 15-й улице с видом на океан. Свой девятнадцатифутовый парусник я держал в соседнем заливе Мишн, соорудив швартовочную бочку из пивного бочонка и засунув в него старый мотор. Океан продолжал много значить в моей жизни. До хорошего пляжа в Дель-Мар, где можно заниматься серфингом, и до Блэк-Бич, длинного участка песчаного пляжа, где можно купаться нагишом, было рукой подать. Мой брат Кейт начал учиться неподалеку в Университете Сан-Диего, и мы часто ходили плавать, готовясь к «Ла-Хойя Майл» – соревнованиям на открытой воде.

Если я не валялся на пляже или не ходил на паруснике в океан, то посещал занятия. Среди моих учителей был Гордон Сато, невысокий американец японского происхождения, попавший во время Второй мировой войны в лагерь для интернированных, потом вступивший в американскую армию и после демобилизации вернувшийся в Калифорнию для изучения биохимии. В лаборатории Сато всегда было полно красивых женщин, которые якобы хотели «обучить его новым языкам», а он был внешне вполне доброжелателен, но на самом деле довольно безразличен к своим студентам. Тем не менее я преуспел в его предмете, и он был готов меня поддерживать.

Я увлекся разработанной им методикой культивирования клеток, которая позволяла с помощью ферментов растворять ткани для получения одиночных живых клеток, которые затем можно было выращивать в пластиковых кюветах. Сато понимал, что я способен на большее, чем просто медицина, и однажды, когда мы болтали на солнышке, он спросил, интересуют ли меня фундаментальные исследования. А у меня и в самом деле возникла идея продолжить эксперименты с клетками сердца куриного эмбриона.

Через несколько дней Сато сказал мне, что выдающийся энзимолог Натан Каплан хочет встретиться со мной, в том числе из-за моей необычной биографии. Хотя я был всего лишь студентом-старшекурсником, Каплан убедил меня выбрать какую-нибудь тему для исследования, которая бы его заинтриговала. Недолго думая, я нашел такую тему – реакция организма на стресс по типу «бей или беги», инициированная адреналином. Вскоре наступил важный скачок в моей эволюции от простого студента медицинского факультета к ученому-исследователю. Это произошло, когда я задал вопрос о том, каким образом адреналин заставляет клетки биться быстрее. Я предполагал, что кто-то знает ответ на этот вопрос, но, на удивление, таких людей не оказалось, хотя этот механизм имеет решающее значение для выживания человека. В течение нескольких следующих дней я погрузился в специальную литературу.

Я начал читать о рецепторах, о белках в клетке, с которыми поначалу взаимодействуют лекарства и гормоны. По одной популярной тогда в Англии теории, адреналин работал внутри клетки, а согласно широко распространенной в Америке точке зрения, – где-то на поверхности клетки. Я предложил Каплану положить конец этому спору, используя слои согласованно сокращающихся клеток сердца. Ему понравилась моя идея, и он даже предоставил мне небольшую лабораторию. К тому времени на Каплана работало более сорока ученых. Они ютились в нескольких лабораторных комнатах и мечтали о собственном рабочем месте, а потому были далеко не в восторге, узнав, что единственная свободная комната досталась какому-то студентику без всякого опыта работы.

А я, не обращая внимания ни на что, увлеченно экспериментировал – с двенадцатидневными оплодотворенными куриными эмбрионами: делал отверстие в верхней части скорлупы, а затем выливал содержимое яйца в чашку Петри. Эмбрионы были полупрозрачные, с огромными глазами. Красные, бьющиеся сердечки просвечивали сквозь кожу. Я вырезал их хирургическими ножницами, измельчал, а затем использовал фермент для разложения коллагена, который склеивал клетки сердца. Затем в течение суток я инкубировал клетки при температуре тела в питательной среде, содержащей сахар, аминокислоты и витамины, после чего изучал их под микроскопом. И тут я стал свидетелем настоящего чуда.

Крошечные клетки, которые я извлек из цыплят, прилепились к пластиковой поверхности чашки и как бы распластались. Каждая из них сокращалась, как тысячи крошечных сердец. Я наблюдал за ними несколько часов, а затем на моих глазах происходило второе чудо: по мере того как клетки сердца делились и начинали касаться друг друга, их биение становилось все более и более синхронным, пока, наконец, превратившись в единый плотный слой клеток, они не начинали сокращаться как единое целое.

И я, и Каплан и другие наши коллеги взволнованно следили за тем, как в чашке Петри неустанно трудятся клетки куриного сердца. Я вспрыснул в чашку небольшое количество адреналина, и эффект стал поистине магическим: клетки тут же забились еще быстрее. Смываю адреналин – и они замедляют ритм и возвращаются к нормальной скорости биения. Добавляю адреналин, и они снова начинают неистово сокращаться. При обсуждении с Капланом полученных результатов мы придумали принципиально новый способ разгадывания секрета действия адреналина. Поисками ответа на вопрос, где именно в клетке действует адреналин, я буду заниматься ближайшие 10 лет.

А в это время на восточном побережье США, в одном из Национальных институтов здоровья (НИЗ), в лаборатории лауреата Нобелевской премии по химии Кристиана Анфинсена молодой ученый по имени Педро Куатрекасас присоединил инсулин к крошечным бусинкам сахара (сефа розе) и обнаружил, что из-за большого размера полученных гранул инсулин не может проникнуть внутрь липидных клеток. Тем не менее он продолжает работать в качестве гормона и стимулирует жировые клетки, которые, в свою очередь, преобразуют глюкозу в триглицериды. Этот простой и элегантный эксперимент доказывал, что инсулин воздействует на поверхностные рецепторы жировых клеток.

Я мог бы сделать нечто подобное и выяснить, где именно действует адреналин, с использованием возможностей лаборатории Каплана. В его лаборатории Джек Диксон изучал активность ферментов, присоединяя крупные молекулы белка к стеклянным бусинкам размером с песчинку. Каплан предложил мне поработать вместе с Джеком, чтобы найти способ химически присоединить молекулы адреналина к бусинкам, но без снижения биологического воздействия на клетки сердца.

Это потребовало определенных усилий. Мы придумали длинную «молекулярную руку», которая химическим путем присоединялась к стеклу бусинки, а другим концом одновременно удерживала молекулу адреналина достаточно далеко от нее, чтобы она все-таки могла дотянуться до гипотетических рецепторов адреналина на поверхности клетки. Мы изготовили первую партию адреналиново-стеклянных бусинок, и после тщательной промывки – чтобы полностью избавиться от свободного адреналина – они были готовы к экспериментам.

С помощью микроманипулятора для перемещения объектов на крошечные расстояния я положил несколько стеклянных бусин рядом с клетками сердца. Ничего не произошло, и это было хорошим знаком – адреналин не смывался с поверхности бусин. Слегка поворачивая ручку микроманипулятора, я постепенно придвигал бусины вплотную к клеткам сердца (чтобы они практически «поцеловались»), и те сразу же ускорили ритм биения. От восторга – причем по той же самой причине, из-за адреналина – затрепетало и мое собственное сердце. Я отодвинул бусины в сторону, и клетки возобновили свой нормальный ритм. Я повторил эксперимент с необработанными адреналином стеклянными бусинами – и ничего не происходило. Каплан встретил мои результаты с восторгом. Он хватал коллег, учеников и друзей, буквально всех, кто попадался под руку, и тащил взглянуть на небольшой телевизионный экран, подсоединенный к микроскопу, чтобы посмотреть, как я то придвигал бусинки к клеткам сердца, то отодвигал их обратно.

Каплан предложил мне спуститься на два этажа вниз и узнать у Стивена Мейера, заведующего фармакологической лабораторией, считает ли он возможным опубликовать наши результаты. Это было мое первое знакомство с политическими аспектами науки. Майер согласился меня принять, но вначале был довольно холоден – ведь открытие в его собственной области исследований было сделано в чужой лаборатории! Однако любопытство пересилило и, в конце концов, он предложил провести еще несколько контрольных экспериментов для проверки наших результатов, используя лекарственные препараты типа бета-блокатора пропранолола, специфически блокирующие действие адреналина.

Теоретически эксперимент казался несложным. Легко заметить, что клетки сердца бьются сильнее и быстрее при наличии бусин, а бета-блокатор замедляет этот процесс. Труднее количественно измерить эффект. Адреналин стимулирует два вида реакций клеток сердца: увеличивает скорость их биения и силу их сокращения. Чтобы придумать, как измерить интенсивность биения, я проконсультировался с Джоном Россом-младшим, заведующим кардиологическим отделением, который отослал меня к Питеру Мароко, симпатичному и много знающему кардиологу, изучавшему на собаках причины сердечных приступов. Мы решили поместить стеклянные бусы на различные участки поверхности сердца собаки и посмотреть, будет ли какой-нибудь эффект. Мой опыт кардиореанимации во время службы в ВМС произвел благоприятное впечатление на хирургов отделения, и ко мне сразу стали хорошо относиться.

Результаты оказались впечатляющими. Когда адреналиновые стеклянные бусины размещались на большей части сердца собаки, ничего не происходило. Однако когда мы коснулись синусно-предсердного узла, сердце тут же забилось быстрее. А когда мы удалили бусины, сердечный ритм замедлился и пришел в норму. Вместо секундомера для моих примитивных измерений у нас теперь были стопки бумаги для снятия электрокардиограмм и специальные датчики, фиксировавшие действие адреналина во всех деталях.

Росс позвонил Каплану и сообщил, что весьма впечатлен результатами эксперимента. Каплана тогда только что избрали членом Национальной Академии наук, и он решил, что это как раз та работа, ради которой он мог бы воспользоваться одной из своих новых привилегий – вместе со мной, Джеком Диксоном и Питером Мароко написать статью о нашем открытии и опубликовать ее в престижном журнале «Труды Национальной Академии наук» (PNAS). Я был в приподнятом настроении. После Вьетнама прошло всего три года, а я, еще студент, уже печатаю статью о настоящем открытии!{14} Я очень гордился собой – преодолев недостатки своего образования, я успешно работал с представителями настоящей научной элиты.

К тому времени я уже делал все, чтобы попасть на медицинский факультет. Раз в неделю, иногда и в выходные, я садился в свой «фольксваген» и ехал в клинику для бедных в мексиканском городе Тихуана, где лечил людей с тяжелыми генетическими нарушениями и делал всевозможные операции – от ампутации лишних пальцев у больных полидактилией до удаления доброкачественной опухоли размером с баскетбольный мяч у молодой девушки, чьи родственники были уверены, что она беременна. Но в глубине души я понимал: мое истинное призвание – исследовательская работа. Сато считал, что я помогу гораздо большему количеству людей своими научными открытиями, чем леча отдельных больных. Однако научная карьера отнюдь не исключала необходимости учиться в институте.

Пора было принимать решение, и это произошло в один прекрасный летний день, когда воздух казался раскаленным от зноя. Я прибыл на собеседование в Университет Южной Калифорнии, и спустя два часа его сотрудник, беседовавший со мной в обшарпанном мрачном офисе медицинского факультета, пришел к выводу, что принимая во внимание мой интерес к исследовательской работе, программа клинических испытаний мне вряд ли подойдет. Поскольку я просто терпеть не мог находиться в замкнутом пространстве, мне показалось это убедительным. Помимо всего прочего, мне показалось, что мой интервьюер не случайно оказался проктологом. Тем же вечером, плавая в море у берегов Ла-Хойя и смывая пот и грязь этого отвратительного дня, я принял решение продолжить исследования у Каплана, к которому испытывал большую симпатию.

На следующее утро я сообщил ему о своем решении. Он обрадовался и позвонил Палмеру Тейлору, чья лабораторная комната была напротив нашей. Палмер ответил, что с удовольствием примет меня осенью. Единственное, что мне оставалось сделать, это получить подтверждение об окончании Калифорнийского университета. Я уже сдал все зачеты, да еще мне зачли самостоятельные исследования, проведенные в лаборатории Каплана. Однако было еще одно обстоятельство, из-за которого меня мучили кошмары.

В Колледже Джона Мьюира Калифорнийского университета в Сан-Диего необходимым условием для выпускников было владение иностранным языком. Я знал немножко испанский и французский, но этого было явно недостаточно для сдачи устного экзамена. Я предложил альтернативный вариант, который мог бы оказаться полезным колледжу: перевести статью о культивируемых клетках сердца, недавно опубликованную во французском научном журнале. Декан согласился и дал неделю на перевод статьи. Работа оказалась гораздо сложнее, чем я ожидал, – меня удивило большое количество сленга и профессионального жаргона. Тем не менее экзаменатору понравился мой перевод и его зачли как сданный экзамен. В июне 1972 года я получил диплом с отличием по биохимии – через три с небольшим года после того, как я с большой опаской приступил к учебе в колледже Сан-Матео.

Университетская жизнь в начале 1970-х годов была совершенно не похожа на сегодняшнюю. В употреблении наркотиков не было ничего предосудительного, и это считалось относительно безопасным. Сегодня в это трудно поверить, но впервые попробовать кокаин мне предложил студент фармакологического факультета, пообещав, что я буду поражен эффектом. А в соседней лаборатории один студент-химик весьма творчески подошел к решению проблемы оплаты обучения на медицинском факультете – по вечерам он синтезировал ЛСД.

В те дни, в эпоху до эпидемии СПИДа, и отношение к сексу было достаточно непринужденным. В кабинетах профессоров приемной комиссии медицинского факультета постоянно толпились хорошенькие студентки. Подрабатывавшая лаборанткой в нашей лаборатории девушка ходила без лифчика, как и многие женщины в те годы. К тому же она обожала прозрачные блузки – неудивительно, что множество сотрудников мужского пола постоянно находили всевозможные причины для визита в нашу лабораторию.

Моя исследовательская карьера началась в сентябре 1972 года, сразу после окончания университета. Мне было очень приятно, что результаты моих экспериментов во шли в учебную программу изучения воздействия адреналина на поверхностные клетки. Тем временем я продолжал работать в лаборатории по несколько часов в день, чтобы детальнее разобраться в действии этого гормона на работу сердца. Джон Росс и еще один кардиолог, Джим Ковелл, предложили мне исследовать сосочковые мышцы кошек – цилиндрические мышцы около миллиметра в поперечнике и полсантиметра длиной, которые при сердцебиении обеспечивают закрытие сердечных клапанов в нужный момент.

Многие ученые считают эти мышцы удобным объектом для изучения механических свойств сердечной мышцы. Трудность задачи состоит в необходимости быстро удалить сердце и извлечь мышцу, прежде чем наступит ухудшение работы органа, а это происходит почти мгновенно. Как и большинству других ученых, мне не нравится использовать животных в научных целях, хотя я знаю, что вводя большую дозу нембутала, я обеспечиваю им более гуманную смерть, чем в приютах для животных, откуда мы их и получаем.

Привязав с одной стороны к мышце кусочек кетгута, мы закрепляли ее в ванне с раствором соли, через который пропускался кислород. Свободный конец мышцы был зажат в крошечном тензиометре – для точного измерения силы сердечных сокращений при стимуляции адреналином. Результат был еще более поразительным, чем в эксперименте с клетками сердца: для получения четко выраженного эффекта нужна была лишь одна теплая стеклянная бусина.

Это устройство позволило провести очень точные измерения действия различных лекарств и гормонов на сердечную мышцу и таким образом разобраться в механизме действия адреналина.

Среди экспериментов, предложенных Стивом Мейером, было изучение воздействия кокаина на адреналиново-стеклянные бусины. Известно, что одним из возможных эффектов при добавлении кокаина является блокирование распространения адреналина по нервным окончаниям. Майер хранил некоторое количество кокаина (да и других наркотиков) в сейфе у себя в кабинете. Мы обнаружили, что кокаин усиливает действие адреналина на бусины (вот почему препарат может вызывать боль в груди при его злоупотреблении), и пришли к выводу, что кокаин, вероятнее всего, дополнительно воздействует на какие-то другие участки мембран клеток сердца.

Хотя у меня была полная учебная нагрузка, мне пришлось написать еще одну статью для журнала PNAS – она была опубликована в начале 1973 года. Но в результате оценки моих аспирантских экзаменов оказались ниже среднего балла на медицинском факультете. Едва начавшись, моя карьера снова была под угрозой.

Бывало, из-за посредственных оценок студентов отчисляли из аспирантуры, но мне дали поблажку, поскольку за первый год в аспирантуре я опубликовал больше статей в серьезных журналах, чем средний аспирант за целых пять лет, но с условием, что я сдам устный экзамен специальной комиссии. Я справился, и они даже предложили изменить мой «неуд» на «отлично», но потом сошлись на «хорошо» и меня не отчислили. За последующие два года, параллельно с выполнением аспирантских обязанностей ассистента на кафедре, среди которых были операции на открытом сердце у собак, я написал еще 11 достаточно серьезных статей.

Между тем я начал размышлять о новых способах использования иммобилизованных лекарственных препаратов и ферментов. Одна идея пришла мне в голову во время лекции Дж. Эдвина Сигмиллера о подагре, известной как «болезнь королей» из-за связи со злоупотреблением жирной пищей и алкоголем. Подагра – это накопление в крови мочевой кислоты и отложение ее кристаллов в суставах и других тканях. В результате человек испытывает сильные боли, развивается артрит. Подагра связана с метаболизмом пуринов – азотсодержащих соединений, которые входят в состав молекулы ДНК. За исключением человека, все млекопитающие обладают ферментом под названием уриказа, расщепляющим пурины и превращающим их в растворимые соединения. Больных подагрой лечат путем введения уриказы из печени свиньи, но у пациентов часто развиваются иммунные реакции – организм атакует чужеродный свиной фермент, и эффект лечения падает.

У вот у меня возникла некая бредовая идея: почему бы не пропускать кровь по экстракорпоральному шунту с иммобилизованной уриказой, и таким образом осуществить циркуляцию крови обходным путем, тем самым предотвратив формирование иммунной реакции? Каплана заинтересовала эта идея, и Сигмиллер тоже сказал, что стоит попробовать. И тут я столкнулся с десятками чисто технических проблем. Как присоединить уриказу к стеклянным бусинам? Как проверить идею, если для этого варианта терапии невозможно использовать больных людей? Насколько велик риск шунтирования? Каплан, как и ранее, поддержал меня и заметил, что большинство ученых сами отговаривают себя от проведения экспериментов из-за боязни всяких осечек, но «если ты уверен в необходимости эксперимента – просто делай его!»

С помощью Джека Диксона мы присоединили фермент к бусинам, при этом сохранив его активность. К всеобщему удивлению и моему восторгу, он стал даже активнее, чем нативный фермент. Я разработал уникальный способ пропускать кровь через бусины с уриказой с помощью кардиотомного резервуара – пластикового пузыря размером с футбольный мяч, снабженного ниппелями для инфузии в артерию или вену. Обычно кровь поступает в центральную камеру, покрытую мелкой сеткой для предотвращения попадания сгустков крови. Я поместил в камеру бусины с ферментом, расположив их прямо на этом фильтре.

Теперь задача состояла в том, как испытать мой «ферментный реактор» и на каких биологических объектах. Сигмиллер отметил, что собаки далматинской породы имеют патологию обмена веществ: уровень мочевой кислоты у них возрастает из-за высокопуриновой диеты, что нетрудно спровоцировать, так как мясо богато пуринами. Мы посадили одного нашего далматинца исключительно на мясную диету, и уровень мочевой кислоты у него резко возрос. Спустя четыре часа после перфузии его крови через реактор с иммобилизованным ферментом уровень мочевой кислоты опустился до нормы, и собака практически ожила.

Но это не убедило моих критиков. Возможно, говорили они, уровень мочевой кислоты у собаки был гораздо ниже, чем у больных подагрой, а потому никаких выводов делать нельзя. Ситуация осложнялась еще и тем, что в организме собак всегда присутствует небольшое количество уриказы.

Сигмиллер предложил в качестве объекта исследования взять какую-нибудь птицу. У птиц нет уриказы, отсюда белый цвет (как у мочевой кислоты) птичьего помета. Учитывая размер моего ферментного реактора, нам требовалась довольно крупная птица. По мнению главного ветеринарного врача, ее вес должен был быть от 25 до 35 килограммов. Он знал одну ферму по соседству, где выращивали индюшек такой величины, но предупредил, что птичка будет довольно немолода и, скорее всего, «с характером». Оказалось, что это даже мягко сказано.

Когда 35-килограммовую индюшку доставили в грузовике, своими капризами и размахиванием почти двухметровых крыльев она наделала немало шума, а достаточно просторной для осуществления предстоящего эксперимента оказалась только операционная сердечно-сосудистой хирургии.

Составив вместе два операционных стола и установив оборудование, мы обвязали индюшку веревкой вокруг шеи и вытянули ее из клетки. Наша испытуемая теперь выглядела еще более злобной, чем раньше. Как только ее усмирили – а для этого понадобилось четверо лаборантов, – я взял у нее кровь для измерения уровня мочевой кислоты.

Ветеринар наш не был уверен, что именно порекомендовать в качестве анестезирующего средства, и предложил попробовать барбитурат пентобарбитал в той же дозе, что и для собак с перерасчетом на вес тела. Я ввел соответствующую дозу нашей птице, которую продолжали удерживать силой. В этот момент ветеринар сказал, что он вспомнил кое-что насчет физиологии индюшек: скорее всего, нам понадобится еще некоторое количество пентобарбитала.

Как по команде, птица повернулась, грозно посмотрела на меня и как будто согласилась отключиться. Ветеринар посоветовал немного подождать, но ничего не происходило, и спустя несколько минут я повторно ввел дозу анестетика. Птица немного расслабилась, но не казалась сонной, – хотя я и понятия не имел, как на самом деле должна выглядеть сонная 35-килограммовая индюшка. Мы решили удвоить дозу. Вроде эффект был, а может, и нет. Я ввел еще три больших дозы. Наконец индюшка отключилась.

Все вместе мы ее подняли и положили на два операционных стола, где находились ферментный реактор и насос для перекачивания крови. Я уже было собрался проколоть артерию и ввести шунт, как птица вдруг моргнула и через несколько мгновений взмахнула крыльями – наступил полный хаос, и столы из нержавеющей стали с грохотом опрокинулись. Лаборанты тщетно пытались удержать птицу, а я старался в это время ввести в жилку ее крыла огромную дозу пентобарбитала. На сей раз мне удалось внедрить шунт и начать эксперимент. Каждый раз, когда птица моргала, ей дополнительно вводили пентобарбитал. Наконец передо мной лежала на спине неподвижная индюшка, и все было вроде под контролем.

Но не успел я расслабиться, как птица проснулась, и только она опять взмахнула крыльями, все – столы, ферментный реактор, капельницы и даже люди – полетело кувырком. Терпение старшего лаборанта лопнуло, и он ввел трепыхающейся индюшке целую бутылку препарата. Она затихла, и он спросил, можно ли ее прикончить. Я согласился. Эксперимент явно провалился. Даже если уровень мочевой кислоты резко упал, никто, в том числе и я, не стали бы считать это результатом шунтирования.

Еще до того как нам привезли индюшку, мы часто обсуждали, что с ней делать после эксперимента. По общему мнению, ее следовало зажарить на пляжной вечеринке для аспирантов и студентов-медиков. Но теперь эта дохлая 35-килограммовая птица создала для нас новые проблемы. Мы не знали, как ее ощипать, да и чтобы приготовить индюшку такого размера, могло уйти полдня. Ветеринар предложил свой вариант. Будучи еще студентом в ветеринарном училище, он с приятелями придумал, как готовить крупных животных в автоклаве: пропарить птицу в этой изумительной скороварке, и тогда перья легко удаляются, а потом быстро отнести индюшку на пляж и там уже подрумянить на огне.

Я был весьма удивлен, как точно он рассчитал время выдерживания индюшки в автоклаве, которая под давлением приготовилась за рекордно короткий срок. Но это было еще не все. Больше всего меня волновали огромные дозы пентобарбитала, которым был напичкан наш ужин. А что если наши гости заснут? Однако все участвовавшие в опыте хором утверждали, что жар автоклава расщепит наркотик, а последующее обжаривание благополучно завершит процесс. Я согласился, и нашу трофейную птицу упаковали для отправки на пляж. И хотя я стал настоящим героем дня, и добрая сотня приглашенных пировала, вкушая индейку и запивая ее пивом, я так и не смог заставить себя попробовать объект моего неудавшегося эксперимента. Я тщательно искал следы сонливости у моих сокурсников, но, похоже, что спать хотелось только мне – от усталости.

Несмотря на историю с индюшкой, Каплан все-таки предложил включить результаты моего эксперимента с иммобилизованной уриказой в нашу новую статью. Я все больше восхищался высоким профессионализмом ученых, с которыми работал. Сам Каплан считался одним из лучших энзимологов в мире. Он доказал существование нескольких форм ферментов (изоферментов) с похожими, но не одинаковыми свойствами: на примере фермента лактатдегидрогеназы (LDH), который метаболизирует молочную кислоту, он показал, что по соотношению изомеров LDH, поступающих в кровь из поврежденных клеток, можно определить, был ли у человека сердечный приступ.

Однажды Каплан, высоко оценив мой вклад в наши совместные исследования, завел разговор о моей научной родословной. Он сказал, что в ней насчитывается уже несколько поколений биохимиков, и я – четвертое поколение. Каплан был представителем третьего поколения, поскольку в начале своей карьеры он работал под руководством Фрица Липмана и вместе с ним открыл ключевой биохимический интермедиат метаболизма человека – кофермент А. В 1953 году за эту работу Липман получил Нобелевскую премию. В своей книге «Блуждания биохимика» он показал, как результаты одного исследования совершенно непредсказуемым образом становятся ступенькой к следующему открытию, и мне вскоре предстояло в этом убедиться.

Воспоминания настроили Каплана на философский и несколько сентиментальный лад, и он признался, что своим отцом в науке считает Липмана, а научным «дедом» – Отто Мейергофа, американского ученого родом из Германии, открывшего источник энергии, молекулу АТФ, и получившего в 1922 году Нобелевскую премию. Каплан не сказал, что я, по сути, являюсь его научным «сыном», но намекнул на это. Я же охотно согласился считать его своим «научным отцом».

Всякий раз, когда университет посещали знаменитые друзья и коллеги Каплана, в том числе и Липман, он устраивал в их честь пышную вечеринку у себя дома. Обычно он не звал никого из лаборатории, но меня приглашал исполнять роль бармена, что позволило мне познакомиться с такими выдающимися учеными, как Карл и Герти Кори, которые поделили между собой Нобелевскую премию в 1947 году (Герти стала первой американкой-лауреатом этой премии), и биохимик Эфраим Качальский, который работал с иммобилизованными ферментами. (Качальский изменил свою фамилию на еврейскую Кацир в 1973 году, став президентом Израиля.) Другим частым гостем Каплана был ректор Калифорнийского университета Уильям Мак-Элрой, прославившийся работами по биохимии свечения светлячков. Он, удивленный моим более чем экономным способом наполнения рюмок, научил меня разливать напитки «как биохимик». Перевернув бутылку виски вверх дном в большой стакан, он медленно считал до трех – за время вечеринки он мог повторить этот ритуал до четырех раз.

Несмотря на успехи в Сан-Диего, моя жизнь все еще была омрачена продолжавшейся войной во Вьетнаме. Пошли слухи о проведении недалеко от моего дома массовой акции протеста против доставки напалма на суда в гавани, и у нас в квартире начали происходить странные вещи. Домашний телефон вдруг зазвучал как-то иначе, усилились фоновые шумы. И удивительным образом телефонный монтер всегда оказывался тут как тут, сидя в небольшой кабинке на столбе на уровне окна гостиной на втором этаже.

Однажды он появился у наших дверей, а с ним еще двое, которые представились агентами ФБР и настойчиво попросили нас ответить на некоторые вопросы. В конце длинной беседы они объяснили, что у них есть чеки, якобы выписанные Барбарой и имеющие отношение к международному отмыванию денег. Им нужно было взять образец почерка и отпечатки ее пальцев, а заодно и моих. Прежде чем уйти, они предупредили, что нам лучше вести себя благоразумно, а то им придется депортировать Барбару. Еще они сказали, что вернутся через два дня, и это «совершенно случайно» совпадало с датой акции протеста.

В тот день сотни полицейских в защитном снаряжении выстроились перед железнодорожными путями вдоль крутого обрыва над океаном. После полудня на заросшем травой островке земли между улицей и рельсами собралось около пятисот человек. Как только я увидел, как полицейские двинулись вперед и стали окружать скандирующую лозунги толпу, я схватил Барбару за руку и мы бросились бежать. Не успели мы выбраться из оцепления, как почувствовали запах слезоточивого газа. Когда над головами стали кружить вертолеты, люди бросились врассыпную, и полицейские принялись хватать всех подряд. В конце концов нам удалось добраться до дома, где мы продолжали следить за событиями, разворачивающимися прямо у нас под окнами. Последние группы протестующих, за которыми в свете прожекторов вертолетов охотилась полиция, были арестованы уже глубокой ночью. К понедельнику кабинка телефонного мастера исчезла. Фэбээровцы больше не появлялись, и мы с Барбарой возобновили учебу.

Я давно хотел проверить некую идею, навеянную одним из ранних открытий Каплана. А что, если использовать живые клетки сердца для изучения биохимических изменений при сердечном приступе? Я мог бы попытаться сымитировать ситуацию, при которой заблокированная артерия перестает снабжать сердце кровью и, следовательно, кислородом, измеряя уровень высвобождающихся из клеток сердца маркерных ферментов лактатдегидрогеназы и креатинкиназы после снижения уровня кислорода.

После первого же эксперимента выяснилось, что полученные мной результаты – настоящая сенсация. Высвобождающиеся из каждой отдельной клетки ферменты свидетельствовали о процессах, происходящих во время настоящих сердечных приступов. Определенный уровень высвобождения фермента означал способность клеток к восстановлению, в то время как более высокие уровни свидетельствовали об их гибели. Теоретически это могло бы стать прекрасным методом скрининга лекарств для защиты клеток сердца или их восстановления. Каплан был так воодушевлен возможными перспективами использования результатов эксперимента, что попросил меня внести соответствующий пункт в заявку на крупный грант. Я был польщен его просьбой, хотя это и означало необходимость проведения дополнительной работы и еще нескольких недель обсуждений и презентаций. Наконец заявка была оформлена и представлена большой группе специалистов, связанных с кардиоцентром. И тут произошло невероятное – у самого Каплана случился сердечный приступ!

Ученый сразу заметил симптомы – потливость и боль в груди – и немедленно отправился в университетскую больницу, где ему сделали анализ крови его же собственным методом. Уровни ферментов показали, что сердечный приступ не слишком серьезный, и Каплан должен вскоре выздороветь. Я часто его навещал. В те времена пациента, как правило, несколько дней накачивали успокоительными препаратами. Теоретически это должно снимать напряжение, но на Каплана такое лечение оказывало совсем другое действие, иногда даже вызывало бредовое состояние. Однажды он попросил заведующего кардиохирургией вскрыть ему грудную клетку и приложить к сердцу мои адреналиновые бусины, чтобы заставить его лучше работать.

Писатели обычно беспокоятся, что кто-то украдет их слова, а ученые – их идеи. Моя первая встреча с этой формой интеллектуального воровства произошла, когда мой наставник лежал в больнице, а наша сотрудница Джейн (имя вымышленное) решила удалить из гранта для кардиоцентра наши фамилии, мою и Каплана, и поставить вместо них свою. Остальные авторы заявки решили, что это было сделано с нашего ведома, так как Каплан болел и не мог заниматься грантом.

Мы обнаружили это спустя месяц или чуть позже, когда руководитель проекта Джон Росс, из чистой вежливости, прислал мне копию запроса кардиоцентра. Увидев имя Джейн вместо собственного, я пришел в ярость. Неужели Каплан предал меня ради кого-то другого? Я кинулся в его кабинет, бросил проект гранта на стол и закричал: «Что это, черт возьми?» Каплан ничего не знал о подмене и тоже был взбешен, но потом успокоился и заявил, что из-за этого инцидента под удар может быть поставлена карьера одного важного чиновника, чего по некоторым политическим причинам он не хотел. Я был молод, наивен, и меня его аргументы абсолютно не убедили.

Тогда Нат рассказал мне, как в начале своей карьеры он тоже стал жертвой интеллектуального воровства. После того, как он подготовил для публикации в журнале Biological Chemistry статью об открытии кофермента А, сделанном им совместно с Липманом, тот отправил текст одному своему старшему коллеге – для обсуждения результатов. Ответа они не получили, но позже Липману пришла из редакции журнала статья на рецензию, и это оказалась та самая, написанная им самим и Капланом, статья о коферменте А, только в авторах их имен не было, зато стояло имя коллеги Липмана. Возмущенный Липман позвонил в редакцию журнала и добился восстановления их авторства. И во многом благодаря изложенным в ней результатам Липман получил Нобелевскую премию.

Хотя Каплан утверждал, что «истина всегда торжествует», я продолжаю считать, что ради блага научного сообщества мошенничество не следует игнорировать. На карту ставится нечто гораздо большее, чем репутация отдельных ученых, – подвергается сомнению доверие к самой науке. Когда спустя несколько дней Каплан сообщил, что Джейн таки получила мой грант, я решил: ну что ж, «плохие парни» победили. Конечно, я был рад, что мои идеи оценили высоко, но горевал, что их у меня украли!

Все это время я продолжал заниматься исследованиями иммобилизованного адреналина. Один из нерешенных вопросов заключался в том, как влияет на активность адреналина способ его присоединения к бусинам. Ответ на этот, как и на многие другие вроде простые вопросы, требовал больших усилий. Мы получили только одно свидетельство об образовании химической связи с одним и тем же участком молекулы адреналина, поэтому требовалось более тщательное изучение этого явления. Аспирант Каплана биохимик Лайл Арнольд подсказал мне, как использовать ядерный магнитный резонанс (ЯМР), чтобы определить участок молекулы адреналина, с которым возникает химическая связь, и нам удалось показать, что химическая связь образуется с бензольным кольцом в положении, связанном с биологической активностью.

И наконец, предстояло определить, полностью ли адреналин сохраняет свою активность, когда вместо стеклянных бусин мы используем крупные молекулы. Для этого я обратился за помощью к руководителю химического отдела Мюррею Гудману, члену комиссии по защите моего диплома. Специалист по химии высокомолекулярных соединений, он подобрал несколько полимеров, к которым можно присоединить адреналин. Если комбинация полимера и гормона биологически активна, то при замене стеклянных бусин на полимер активность адреналина должна была сохраниться.

Гудман свел меня со стажером Майклом Верландером, недавно защитившим докторскую диссертацию, который занимался производством полимеров на основе модифицированных аминокислот – гидроксипропилглютамина и пара-аминофенилаланина. Мы сделали полимеры двух разных размеров: одни были такие крупные, что им требовалось заметное количество времени для диффундирования в ткани, другие – небольшого размера. Мы следили за тем, чтобы не допустить разложения комплекса полимерадреналин с высвобождением адреналина. Результаты испытаний на сердечной ткани стали понятны после первой же инъекции – комплексы работали и были почти идентичны по активности нативному гормону. Я был в восторге, так как теперь получил все ответы на вопросы критиков, и с нетерпением ждал публикации результатов в том же престижном журнале PNAS.

Через несколько недель тщательно отредактированная мною статья была готова. Авторами значились Вентер, Верландер, Гудман и Каплан. После этого Каплан вызвал меня в офис и сказал, что Гудман хочет поставить Верландера на первое, вожделенное место в списке. Я напомнил, что это мое исследование, основанное на наших идеях, а Верландер – всего лишь химик, сделавший полимеры. Каплан согласился, но заметил, что для аспиранта я уже и так становлюсь достаточно известным, и не имеет значения, на каком месте будет стоять мое имя, – главное, что оно указано. А вот Верландеру необходим толчок для карьеры. Верландер был нашим коллегой и хорошим ученым, но хотя я и уступил – с большой горечью, – все равно считал, что мой вклад ключевой и я имею право быть первым автором. Чутье не подвело Каплана, и наша работа получила практически полное признание.

К тому времени Каплан узнал, что он номинирован на Нобелевскую премию за свою работу по энзимологии, и ему захотелось сделать какое-нибудь эффектное и громкое открытие, которое убедит Нобелевский комитет, что именно он, Каплан, является достойным премии. И тогда помощник и правая рука Каплана предоставил мне карт-бланш на проверку некоторых моих идей насчет адреналиновых рецепторов и соответствующих ферментов. Одним из очевидных вариантов развития исследований был поиск рецепторов, то есть таких участков, где связываются гормоны адреналиновой группы. Я хотел использовать бусину с адреналином для извлечения рецептора из сложной смеси клеточных белков, а затем очистить его и изучить.

И тут я снова обратился к моей старой подруге-индюшке. Эрл Сазерленд-младший из Университета Вандербильта использовал индюшачьи эритроциты (красные кровяные тельца) для изучения механизма действия гормонов на клетки в той самой работе, за которую он был удостоен Нобелевской премии в 1971 году. Сазерленд показал, что гормон присоединяется к рецептору на поверхности клетки, активируя фермент аденилатциклазу при образовании молекулы циклической АМФ, действующей внутри клетки. Еще в 1960 году Сазерленд предположил, что этот механизм лежит в основе действия многих гормонов. Однако коллеги не поддержали его гипотезу о том, что всего одно химическое соединение (циклический АМФ) может отвечать за многочисленные эффекты, вызываемые, как известно, различными гормонами. Сегодня мы признаем, что циклический АМФ является одним из «вторичных посредников», помогающих гормонам достичь своей цели. Моя же цель заключалась в использовании адреналина на стеклянных бусинах для захвата адренергического рецептора из крови и, возможно, связанной с ним аденилатциклазы.

Для этого мне было нужно большое количество индюшачьей крови, и я позвонил ветеринару, с которым работал во время своей злополучной хирургической операции над индюшкой. Он организовал мне посещение индюшачьей фермы примерно в часе езды от медицинского факультета. Хорошо помня прошлый опыт, я уговорил Джека Диксона поехать со мной и выкачать кровь из индюшек прежде, чем они что-нибудь сделают с нами. Мы приехали, облаченные в белые халаты, в защитных очках, и выглядели весьма внушительно. «Это вы что ли те ребята, которые приехали за кровью индюшек?» – спросил фермер.

Он схватил индюшку, перевернул вверх тормашками и уверенно держал ее, пока я быстро отобрал 50 кубиков крови из вены крыла. Первый эксперимент с кровью прошел успешно: иммобилизованный адреналин действительно извлекал рецептор из крови, чтобы потом его активировать. Но вскоре стало ясно, что самое трудное – выделить чистые рецепторы. В тот момент я и не догадывался, что мне придется брать кровь из индюшек в течение многих лет.

После всего трех лет в аспирантуре я решил, что достиг достаточно многого, и собрался писать диссертацию, а также завершить образование. Как правило, после написания диссертации, работа над которой занимает в среднем пять-шесть лет, претенденту на степень доктора (PHD) необходимо иметь одну или две посланные в печать или опубликованные работы. Но я-то к этому времени уже опубликовал 12 статей, причем половину из них в PNAS и в других серьезных журналах, в том числе и в Science.

Мы с Барбарой только что переехали в двухкомнатный таунхаус, поближе к университетскому городку. Я не хотел ни на что отвлекаться, поэтому перешел из нашей спальни во вторую комнату, которую переоборудовал в рабочий кабинет. После Вьетнама мне нравилось быть свободным днем и плавать, ходить под парусом, заниматься серфингом, а работать в вечернее время, причем пик моей работоспособности часто приходился на период между полуночью и тремя часами утра.

Возможно, я без труда мог бы взять свои опубликованные работы и соорудить из них «псевдодиссертацию», но я хотел сделать нечто большее и взглянуть на результаты своих исследований в перспективе, подробнее остановиться на некоторых теоретических вопросах, способных привести к новым открытиям. Меня особенно занимал вопрос, насколько полученные данные расходились с общепризнанными моделями воздействия лекарственных препаратов и гормонов на рецепторы. Согласно существовавшим тогда теориям, лекарственные препараты и гормоны в основном достигали близкой концентрации одновременно во всех клетках и тканях, а ответная реакция была прямо пропорциональна количеству рецепторов, на которые воздействовали лекарства или гормоны.

Другими словами, если половина рецепторов мышцы содержит определенный гормон, то она будет реагировать в половину своего максимального уровня. Мои же результаты свидетельствовали, что реакции ни в коем случае не будут прямо пропорциональны проценту рецепторов в тканях. Я хотел доказать, что при ничтожном времени реакции сердечной мышцы гормон никоим образом не может достичь каждой клетки сердца. Чтобы сердечная мышца действовала согласованно и сердце билось как единое целое, гормональный сигнал должен проходить лишь через несколько клеток и распространяться на всю мышцу.

Поскольку это противоречило распространенному мнению, было особенно интересно и важно представить весомые аргументы и убедить моих оппонентов. Чтобы подкрепить мои предположения, нужно было понять, с какой скоростью происходит диффузия молекул и как они перемещаются в жидкостях и твердых телах, а также разобраться в тайнах пограничных слоев, где у самой стенки сосуда даже в тщательно перемешанной среде находится неактивный слой жидкости. Другими словами, мне пришлось проникнуть в незнакомую область науки, тем более сложной, что у меня не было соответствующей математической подготовки. Но в конце концов я своего добился.

Пока я интенсивно работал и писал статьи, меня все время манило к себе море. Чтобы прервать затворничество, я решил отправиться в плавание на сотню-другую миль, в Мексику. Я воспользовался своей старой деревянной лодкой, которой было примерно столько же лет, сколько и мне, – лодка была построена в Дании в 1949 году. Сейчас это путешествие кажется мне довольно безрассудным, но тогда я считал, что моего опыта плавания на маленькой лодке на остров Каталина вполне достаточно. Как же это было здорово – плыть в океанской зыби, под теплыми лучами солнца, и никакой земли в поле зрения. По ночам я выбирал путь, полагаясь только на звезды и радиосигналы.

Чип и Рон Эйхнер, двое стажеров из лаборатории Каплана, тоже захотели приключений и присоединились к нам с Барбарой. Произошла небольшая путаница с запасами пищи, и на два дня у нас оказалось очень мало еды. Поначалу, однако, первый день был просто великолепен. Погода была солнечная, и, подгоняемые попутным ветром, мы плыли по направлению к острову Коронадо, неподалеку от Тихуаны, но вдруг появилась мексиканская полиция и стала нас преследовать, вынуждая вернуться. Я не знал, что и делать, потому что ветер усилился до 18 узлов, море разбушевалось, и развернуться было довольно сложно. Через несколько часов нам удалось укрыться в небольшой бухте и бросить якорь, прицепив его к громадному кусту водорослей. Несмотря на то, что все мы были измучены и голодны, ни один из четверых так и не смог заснуть в тесной лодчонке. На следующий день, когда море успокоилось, мы вернулись в бухту Мишн в Сан-Диего, и как только причалили, немедленно помчались за едой.

В те далекие времена, когда еще не было компьютеров и текстовых редакторов, перепечатать диссертацию было серьезным делом – особенно, если это 365 страниц, амбициозный результат тяжелой кропотливой работы. Это могло влететь в хорошую сумму: 50 центов за страницу черновика и 1,25 доллара за страницу окончательного варианта. Через три месяца интенсивной работы я стал счастливым обладателем десяти экземпляров моего шедевра толщиной с телефонный справочник, предназначенного для раздачи комиссии под председательством Каплана, в которую входили также Гордон Сато, Джон Росс-младший, Стивен Майер и Мюррей Гудман. Они были весьма удивлены объемом представленной им работы, и больше всех сам Каплан. Он пошутил, что еще не готов к моей защите, потому что у него нечем платить зарплату новоиспеченному доктору наук. После того, как они прочитали и одобрили текст диссертации, мне предстояло тщательно подготовиться для защиты.

С каждым днем я волновался все больше. Учитывая плотный график членов комиссии, найти удобное время для них всех было очень непросто. Меня смущало и то, что защита должна была проходить в главном конференц-зале медицинского факультета, – это подчеркивало повышенное внимание к моей диссертации. Когда мы с Капланом спускались по лестнице в конференц-зал, он дал мне один важный совет: «Покажи, что ты разбираешься в своей теме лучше всех присутствующих в зале, – и ты победитель». Неожиданным образом его совет меня очень успокоил, так как я действительно чувствовал, что понимаю свою работу лучше многих. Но потом я вспомнил, что мне предстоит выступать перед членами уважаемой комиссии, среди которых три заведующих кафедрами!

Зал был полон, но я старался не обращать на это внимание и не нервничать. Сейчас я знаю, что если хорошо подготовлен, могу без труда выступать на публике. У меня есть странная способность – ничего заранее не обдумывая, я представляю, что собираюсь сказать, и редактирую себя по ходу дела. В тот день я говорил полтора часа подряд и без бумажки, а затем еще полтора часа отвечал на вопросы. Меня поразило, что прошло три часа, но никто не покинул зал. Самый напряженный момент наступил, когда члены комиссии отправились на закрытое совещание. Через несколько минут они подошли ко мне, во главе с Капланом, и сказали: «Поздравляем вас, доктор Вентер». Это произошло в декабре 1975 года, чуть более семи лет и пяти месяцев после того, как я сошел с трапа самолета, прилетевшего из Вьетнама.

Я получил докторскую степень в университете, который не раз играл важную роль в моей жизни. Еще ребенком я часто проезжал мимо Калифорнийского университета в Сан-Диего вместе с родителями, которые летом постоянно курсировали между Сан-Диего и нашим городком Милбрэ. Когда я потом служил в ВМС и ездил из дома в Ньюпорт-Бич и обратно, мой путь также пролегал мимо этого университета. Я всегда слегка завидовал учившимся там счастливчикам. А теперь я, первым в семье, получил степень доктора наук. Я очень устал, но при этом был невероятно счастлив и горд.

Друзья и родственники поздравляли меня, а я думал, что делать дальше. Конечно (это было проще всего), я мог поработать ближайшие пять лет постдоком – в должности, аналогичной должностям интерна и ординатора в медицине, или стать чьим-нибудь ассистентом. Каплан хотел, чтобы я пошел именно этим путем, либо оставшись в его лаборатории, либо уйдя к выдающемуся биохимику Сиднею Уденфреду, возглавлявшему в то время Институт молекулярной биологии Роша в Нью-Джерси.

Однако за год до этого я получил необычное предложение. Нил Моран, завкафедрой фармакологии медицинского факультета Университета Эмори в Атланте, считал, что я могу пропустить этап постдока и сразу же занять штатную профессорско-преподавательскую должность на медицинском факультете Университета Эмори. Таким образом, у меня было три предложения работы, в то время как другие сотрудники из лаборатории Каплана с трудом добивались приглашения на хотя бы одно собеседование после подачи как минимум десятка заявлений, – в таком кризисном состоянии находился рынок труда в те времена.

Между тем у меня появилось еще одно приглашение – в Университет штата Нью-Йорк в Буффало. Группа ведущих исследователей занималась там исследованием молекулярных механизмов действия рецепторов нейромедиаторов. В состав группы входили Эрик Барнард, который изучал никотиновые ацетилхолиновые рецепторы, вызывающие сокращение мышц, Дэвид Триггл, который исследовал белки, играющие роль кальциевых насосов, а также сэр Джон Эклс, удостоенный Нобелевской премии за работу о воздействии заряженных атомов (ионов) на нервные клетки. И я решил отправиться туда, посмотреть.

Приняли меня в Буффало очень тепло. Прекрасные условия для серьезной научной работы, сочетание разных стилей, характерных для университета, медицинского факультета и Онкологического института имени Розуэлла Парка, – все это произвело на меня большое впечатление и приятно удивило. В дополнение к традиционному подходу изучения рецепторов, Деметри Пападопулос разработал там междисциплинарную аспирантскую программу исследования биологических мембран, в которой участвовали Дэрил Дойл, заведующий кафедрой биологии рака в Онкологическом институте Розуэлла Парка, а также Джордж Поуст.

Мне обещали достаточно просторное лабораторное помещение, внушительное финансирование, которое позволит начать исследования немедленно, и приличную зарплату – 21 тысяча долларов в год, на 9 тысяч долларов больше, чем я мог получить в Калифорнийском университете в Сан-Диего. Интересы Барбары тоже были учтены, ей предложили должность постдока в хорошо известной в научных кругах лаборатории того же Онкологического института, где занимались исследованиями рака груди.

Я согласился и договорился начать работать в июле, чтобы Барбара смогла закончить диссертацию. Мы продали за 25 тысяч долларов дом, который купили несколько лет назад за 14 тысяч (к слову сказать, он был снова продан через несколько лет более чем за 100 тысяч долларов, – это к вопросу о моей так называемой «деловой хватке»). Барбара наконец-то защитила диссертацию, и мы одновременно прошли церемонию вручения дипломов. На торжество приехали мои родители. Вечером мы с Барбарой отметили нашу победу, занимаясь любовью у камина.

Итак, в Буффало мне предстояло занять должность младшего научного сотрудника, перескочив через позицию постдока. Мой бывший учитель английского языка Брюс Кэмерон и его жена Пэт подарили нам на прощанье билеты на мюзикл «Кордебалет» в одном из театров Сан-Франциско. На следующее утро мы сели в машину и, проведя в пути целый день и целую ночь, прибыли в абсолютно пустой, практически вымерший город – его жители так праздновали День независимости. В моей голове непрерывно крутилась строчка из вчерашнего мюзикла: «В Буффало что жить, что удавиться – всё едино…»

Глава 4

В Буффало

Известно, что когда молодые ученые, ученики Фарадея спросили его, в чем секрет успеха его научных исследований, он ответил: «Секрет состоит в трех словах – работай, завершай, публикуй».

Дж. Г. Гладстоун. Майкл Фарадей

Вскоре после нашего приезда в Буффало Барбара обнаружила, что беременна. Признаться, это было очень не кстати. Да и дома у нас не все ладилось. В Калифорнии мы с Барбарой были на равных, с увлечением работали над своими докторскими диссертациями. По-дружески соревнуясь, мы жили в полной гармонии. Теперь, став профессором медицинского факультета и имея в своем распоряжении двух лаборантов, двух аспирантов и еще одного постдока в придачу, я мог проводить самостоятельные исследования. Барбаре, вынужденной работать на кого-то в должности постдока, стало казаться, что она существует в моей тени. И еще Барбаре не нравилась ее лаборатория. Нам предстояло выплатить немалый кредит за полученное образование, а тут она забеременела и жить стало значительно тяжелее. Наши отношения были поставлены под серьезный удар.

Первый рабочий день в Буффало начался – хуже не придумаешь. Утром, как только я пришел на факультет, меня пригласили на защиту диссертации аспиранта старшего преподавателя Питера Гесснера, который явно хотел похвастаться своим протеже перед новичком с Западного побережья. Но дело-то было в том, что я прибыл из университета, где царили довольно жесткие порядки, дуракам не давали спуску и приходилось спокойно воспринимать, прямо скажем, не всегда тактичную критику.

Когда я набросился на аспирантку и разругал ее поверхностную и заурядную работу, уличив в незнании простейших вещей, я не сообразил, что косвенно задеваю ее научного руководителя, одного из ведущих сотрудников кафедры. Поскольку в Ла-Хойя я работал самостоятельно, мне и в голову не пришло, что аспирантка занималась теорией своего руководителя. Кто же знал, что между университетскими преподавателями существовало негласное соглашение: я не буду заваливать твоего студента, если ты не завалишь моего. Мои длинные волосы, хвостик и всклокоченная бородка, плюс расклешенные штаны из полиэстера – давно вышедший из моды гардероб 1970-х годов, – должно быть, произвели сильное впечатление на новых сослуживцев. Неудивительно, что до самого конца моей работы в Буффало именитые коллеги всячески избегали обращаться ко мне за консультациями по поводу своих аспирантов, откровенно считая меня заурядным выскочкой.

Однако в Буффало бывали и хорошие времена. Мой сын, Кристофер Эмрис Рэй Вентер, родился 8 марта, в разгар метели и всего через несколько недель после печально известной снежной бури 1977 года. Тогда Буффало был практически отрезан от мира, порывы ветра достигали 100 километров в час, а сугробы были высотой почти 8 метров. В городе хозяйничали мародеры, в автомобильных авариях часто гибли люди.

Я присутствовал при родах, когда служил в ВМС, но никогда не испытывал ничего похожего на то, что пережил при рождении моего сына. Это была любовь с первого взгляда. Выплачивая кредиты за обучение, мы не могли нанять няню, но и отпрашиваться с работы было нельзя. В отличие от Барбары, у меня была своя лаборатория, и я в течение нескольких месяцев брал Криса с собой на работу.

Поначалу сын спал в ящике для документов в моем кабинете, но когда он подрос, я все-таки купил детскую кроватку. Я-то с удовольствием проводил с ним время, но вот преподаватели из соседних комнат жаловались, когда он плакал. Я старался быть хорошим отцом и в то же время работать, сочетая исследования с преподаванием на медицинском и стоматологическом факультетах. Для нашей маленькой семьи наступили тяжелые времена, и я нашел традиционную отдушину: стал регулярно покупать виски и почти каждый вечер выпивать по паре рюмок.

Примерно через год после переезда в Буффало я получил более или менее полное представление о том, как обстоят дела в здешнем научном мире. Качество работ, по-видимому, достигло своего пика в конце 1970-х или начале 1980-х, после чего ведущие ученые стали постепенно покидать Буффало. Джон Эклс решил уехать именно тогда, когда меня пригласили на факультет, но мне об этом, разумеется, никто не сообщил. Грузчики, помогавшие мне с переездом на новую квартиру, как раз закончили упаковывать его вещи. За несколько лет до этого уехал биохимик Эрик Барнард – он возглавил большую программу в Лондоне, а Деметри Пападопулоса заманили в Калифорнийский университет в Сан-Франциско, да и Джордж Поуст перешел на работу в фармацевтическую компанию SmithKline.

Наблюдая этот исход талантливых ученых, я понял, что нужно как можно скорее завоевать хорошую репутацию, дабы навсегда не застрять в Буффало. К счастью, мне повезло, и я быстро получил грант Национального института здоровья (НИЗ), хотя деньги поступили с многозначительным примечанием, что мое предложение слишком амбициозно.

В Ла-Хойя я занимался изучением адреналиновых рецепторов, обнаруживая их в липидных мембранах и клетках вегетативной нервной системы, регулирующей не контролируемые сознанием процессы – от эякуляции до расширения зрачков и сердцебиения. Логическим продолжением работы было выделение и очистка белковых рецепторов для дальнейшего изучения их молекулярных структур, которые являются ключом к расшифровке механизма их действия.

Такие редкие белки, как адреналиновый рецептор, никогда ранее не выделяли, не говоря уже о белках в клеточных мембранах. Вначале нужно было разработать способ измерения концентрации белка, выделенного из мембраны. Мы провели почти год, совершенствуя метод обнаружения следовых количеств белкового рецептора и используя для этого бета-блокатор с радиоактивным йодом. Нам было известно, что этот лекарственный препарат может связываться с рецептором.

Как только нам удалось пометить рецептор радиоактивным йодом, мы с помощью множества различных методов выделили его из липидной мембраны, оценивая результат по остаточному уровню радиоактивности на стеклянных фильтрах. Следующим шагом стала очистка рецептора от огромного разнообразия других клеточных белков, которые также выделили из мембраны. Были испробованы десятки различных подходов, причем по несколько сотен раз.

За время работы над докторской диссертацией я не приобрел никакого опыта решения подобных задач, не умел ставить столь длительные, сложные эксперименты и теперь учился на собственных ошибках. А делал я их, разумеется, немало. Я начал понимать, как руководить проведением опытов, как стимулировать, направлять, поощрять, перенаправлять и обучать студентов, аспирантов, постдоков, техников и как улаживать непростые отношениями между ними. Я научился увольнять и, самое главное, находить и брать на работу лучших специалистов.

Научные исследования в университетах ведут аспиранты и постдоки, поэтому между лабораториями идет жесткая борьба за перспективных кандидатов. Мне повезло – я работал в бурно развивающейся области науки, а это означало, что у меня появилось несколько отличных претендентов. Одна из них – Клэр Фрейзер, тогда только что блестяще закончившая Политехнический институт Ренсселера, ведущий научно-технический вуз в северной части штата Нью-Йорк.

Ее уже приняли на работу в Йельский университет, но она все же пришла на собеседование, так как была обручена с банкиром из Торонто, а Буффало был ближайшим американским городом с пристойным университетом. Клэр произвела на меня хорошее впечатление, но я был уверен, что мы вряд ли снова встретимся. Однако через несколько месяцев я узнал, что она будет работать в моем отделе. Побывав в течение испытательного срока в нескольких институтах, она выбрала именно мою лабораторию, и я был этому очень рад. В 1979 году мы опубликовали статью о методике растворения адреналиновых рецепторов с помощью детергентов – довольно хитроумного приема.

Клэр быстро усвоила новые методы, которые я начал применять для этих исследований. Казалось, мы удачно дополняем друг друга: я – амбициозный ученый, работающий по нескольким направлениям с помощью самых разных методик, дабы добиться международного признания, и Клэр – сдержанная девушка из Новой Англии, дочь директора школы, четкая и организованная, чье пристальное внимание и интерес к деталям прекрасно сочетались с моим несколько хаотичным энтузиазмом.

Мне хотелось предложить ей сложную и неординарную тему диссертации, и одной из идей было использование моноклональных антител, специфичных к рецептору, для выделения его из сложных смесей белков и последующей очистки. В то время весь научный мир только и говорил о механизме получения моноклональных антител, который придумали Жорж Кёлер и Сезар Мильштейн из Кембриджа, – открытии, практически гарантирующем Нобелевскую премию.

Каждое поликлональное антитело в крови человека образуется из простых белых кровяных телец (лейкоцитов), которые размножаются и превращаются в миллионы копий самих себя (клональная экспансия). Кёлер и Мильштейн разработали метод выделения отдельных лейкоцитов и отдельных (моноклональных) антител.

Клэр согласилась заняться изучением рецепторов антител, и мы быстро разработали методику их выделения, способную конкурировать с методом радиоактивных меток. Этот смелый подход очень скоро принес свои плоды. Первый успешный опыт мы провели при изучении астмы, поскольку это заболевание уже давно связали с действием адреналиновых рецепторов. Кроме всего прочего, я был лично заинтересован в этом исследовании, поскольку сам страдаю от аллергической астмы.

Действие некоторых из наиболее распространенных препаратов против астмы, так называемых агонистов бетарецепторов, заключается в стимуляции адреналиновых рецепторов, которые, в свою очередь, вызывают релаксацию дыхательных мышц. Выдвигалось множество теорий для объяснения связи адреналиновых рецепторов с возникновением астмы.

Например, были данные, что у больных астмой заметно меньше рецепторов адреналина в гладких мышцах дыхательных органов. Причем свободных рецепторов меньше просто потому, что больные бронхиальной астмой вырабатывают свои собственные антитела, блокирующие рецепторы. У нас появился способ это проверить. От врачей, лечащих астму, мы получили образцы крови их пациентов и очень удивились, когда оказалось, что у некоторых серьезно больных имелись антитела к адреналиновым рецепторам. Это было важным открытием. Мы с Клэр послали статью о наших результатах в самый авторитетный журнал Science. Получив подтверждение, что статья будет опубликована, мы просто ликовали.

Моя астма и мои гены

Как и многие другие астматики, в задымленных помещениях я хватаюсь за ингалятор. Генетика обусловливает предрасположенность к астме, поэтому исследователи сосредоточились на изучении группы ферментов глутатион-S-трансферазы (GST), которые способствуют выведению из организма таких соединений, как канцерогены, наркотики и токсины. Считается, что чем лучше организм использует эти антиоксиданты, тем лучше он защищается от переносимых по воздуху загрязнителей, нейтрализуя воздействие вредных частиц и ослабляя аллергическую реакцию.

Два из этих ферментов называются глутатион-S-трансфераза M1 (GSTM) и глутатион S-трансфераза Р1 (GSTP1). Ген фермента GSTM1, обнаруженный на хромосоме 1, встречается в популяции в двух формах – активной и неактивной. У рожденных с двумя неактивными формами гена вообще нет защитных ферментов GSTM1. В эту категорию попадают около 50 % населения. Довольно распространен также вариант гена фермента GSTP1 на хромосоме 11 (ген ile105), и у рожденных с двумя копиями этого гена имеются менее эффективные формы GSTP1.

В исследовании Франка Джиллилэндома из Калифорнийского университета разнообразие вариантов в этом семействе антиоксидантных генов связывалось с реакцией испытуемых на частицы в выхлопных газах дизельных двигателей. Эти частицы вызывали у испытуемых без той формы гена GSTM, которая необходима для вырабатывания антиоксидантов, гораздо более сильную аллергическую реакцию. Испытуемые без гена GSTM1, но с вариантом ile105 – среди американцев таких 15–20 % – испытывали еще более острые аллергические реакции. Анализ моего генома показал, что я принадлежу именно к этой группе, так как одна копия моего гена GSTM1 отсутствует, но есть ген ile105. Дефицит GSTM1 делает меня восприимчивее к определенным химическим канцерогенам, а кроме того, предрасположенным к раку легких и колоректальному раку. Однако есть и отрадная новость – вероятность заболевания астмой связана также с отсутствием другого гена из этого семейства, а именно гена фермента тета-1глутатион-S-трансферазы (GSTT1) на хромосоме 22, но в моем геноме присутствуют обе копии этого гена.

В процессе размышлений о препаратах от астмы у меня возникла любопытная идея. Чаще всего для лечения астмы используют стероиды (глюкокортикоиды), которые снимают воспаление и способствуют синтезу белка в клетках. Возможно ли, что стимулируя синтез рецепторов адреналина, они повышают восприимчивость клеток к нему? Мы придумали простую схему: будем измерять количество рецепторов на поверхности клетки с помощью радиоактивной метки, затем добавим стероидные гормоны и посмотрим, вырастет ли со временем уровень радиоактивности, то есть количество рецепторов. Мы были чрезвычайно довольны, когда обнаружили, что за 12 часов количество рецепторов увеличилась более чем в два раза. Наша статья о механизме действия глюкокортикоидов при заболевании астмой стала одной из наиболее цитируемых.

В 1980 году моя команда разразилась целым залпом статей. Одна из них была посвящена второму типу клеточных мембранных рецепторов – альфа-адренергическим рецепторам, на которые воздействует адреналин. Мы нашли способ восстановления адреналиновых рецепторов, выделенных из мембран эритроцитов индюшки (индюшке при этом пришлось сделать изрядное количество кровопусканий) и встроенных в другие клеточные мембраны, что стало важным шагом для последующих исследований рецепторных белков. Мы показали, что плотность рецепторов (число молекул белкового рецептора) существенно изменялась в процессе деления клетки. Главным достижением года стала работа Клэр: ей удалось создать первые моноклональные антитела, связывающиеся с рецепторами, переносящими химические вещества (нейротрансмиттерами). Кроме того, я использовал эти антитела для выяснения структурного сходства адреналиновых рецепторов на поверхности нервных клеток. Нобелевский лауреат Джулиус Аксельрод послал отчет об этом исследовании в PNAS.

Тот год, 1980-й, был ключевым не только для моей научной работы, но и для семейной жизни. Мы развелись с Барбарой. Клэр разорвала предыдущую помолвку вскоре после переезда в Буффало и жила с новым другом, но из-за того, что мы с ней так много времени проводили в лаборатории, Барбара решила, что у нас роман, хотя наши отношения были сугубо профессиональными. В это же время у самой Барбары завязался роман с преподавателем из Университета штата Техас в Галвестоне. Вскоре она получила там должность и уехала, бросив Кристофера и меня. Это был сложный период в моей жизни, но я рад, что Барбара тогда не забрала Криса. Быть отцом-одиночкой оказалось нелегко, зато сын приносил мне столько радости!

Но потом мы с Клэр действительно стали встречаться и вне лаборатории. У студентки роман с преподавателем! Это был настоящий скандал. Ситуация осложнялась тем, что Клэр продолжала жить со своим бойфрендом, а я все еще состоял в законном браке, хотя мы с женой и жили раздельно. Дело о разводе уже находилось в процессе рассмотрения, но потом Барбара подала в суд для оформления опеки над Кристофером. Отцы-одиночки не вызывали сочувствия у судей штата Нью-Йорк, и они приняли решение в ее пользу.

Раньше я проводил с сыном много времени и теперь воспринимал отсутствие Кристофера очень болезненно. У меня началась настоящая депрессия. Со временем я стал находить некоторое утешение при мысли, что Барбара, наконец, по-настоящему полюбила сына. Суд удовлетворил мою просьбу и предоставил право часто видеться с Крисом, – так он уже в весьма юном возрасте стал постоянным клиентом авиакомпаний. Барбара потом еще три раза выходила замуж и стала преуспевающим юристом-патентоведом. Я очень рад, что после двадцатилетнего перерыва мы снова стали друзьями. Журналисты часто задают мне банальный вопрос: если бы я что-то мог изменить в своей жизни, то что бы это было? Ответ таков: я мечтал бы сам воспитывать своего сына.

В том же году у нас в университете произошел крупный конфликт, из которого мне предстояло извлечь важный урок. Хотя на кафедре фармакологии существовал определенный порядок продвижения по службе – получение штатной должности и/или повышение в должности раз в семь лет, – я полагал, что заслужил повышение раньше установленного срока. В конце концов, именно благодаря моим усилиям кафедра получила почти половину всех грантов (многие сотрудники вообще ничего для этого не сделали), у меня трудились шесть лучших аспирантов и постдоков, а количество публикаций было предметом зависти коллег. Меня приглашали на работу в другие университеты, а потому я выдвинул ультиматум: либо получаю постоянную штатную должность, либо ухожу.

Комиссию по рассмотрению кандидатур на постоянную должность возглавлял Питер Гесснер, к аспирантке которого я когда-то так бесцеремонно прицепился во время ее защиты. После долгих трех месяцев обсуждений комиссия решила, что мне нужно подождать еще несколько лет. Я понял – выбора у меня нет, и уйти как можно скорее – дело чести. Однако это произошло гораздо раньше, чем я ожидал, благодаря неожиданному предложению с кафедры биохимии. Мне давали там лабораторию втрое большую моей, значительно меньшую преподавательскую нагрузку, чем на кафедре фармакологии, предложили более высокую должность доцента и большую зарплату – 32 тысячи долларов вместо 23 тысяч. Жизнь заметно улучшалась.

Хотя у меня по-прежнему было немного денег, я начал понемногу себя баловать. Я решил, что могу себе позволить купить чрезвычайно быстрый восемнадцатифутовый парусный гоночный катамаран за три тысячи долларов, на котором буду участвовать в еженедельных онках в сезон порывистых ветров на канадской стороне озера Эри. И каждые выходные совершать паломничество на соревнования на своем синем дизельном «Мерседесе» с катамараном на прицепе.

Мне нравилась его быстроходность, а еще мне полюбилось управлять катамараном. С помощью трапеции (на бедренного пояса, привязанного к вершине мачты) я должен был использовать собственное тело в качестве противовеса, чтобы не дать вырваться парусу. Дух захватывало, когда нужно было держаться на краю лодки с наветренной стороны и высоко над водой, чтобы не дать ей перевернуться. При большом волнении требовалось немалое мастерство, чтобы удержать лодку от опрокидывания, когда нос погружен в воду.

С трудом, но мне удалось все-таки уговорить Клэр принять участие в моих спортивных приключениях. Во время нашего первого совместного путешествия я нацепил трапецию, и мы понеслись со скоростью 40 километров в час, но я умудрился как-то поскользнуться. Когда Клэр обернулась и хотела мне что-то сказать, меня уже рядом не было, я оказался на носу лодки и болтался на канате. Она завопила и уже собиралась прыгать в воду и плыть к берегу, как я откатился назад как ни в чем не бывало. «Никогда так больше не делай!» – истерически закричала Клэр.

Занятия парусным спортом стали моей отдушиной и причиной мощного выброса адреналина. Однажды в выходные, когда мы шли на паруснике по озеру Онтарио, началось серьезное волнение, и катамаран «Хоби Кэт» с командой из шести человек глубоко зарылся в волну, так что были видны только наши головы, мачта и паруса. Медленно всплыв на поверхность, как подлодка из глубин океана, мы продолжали плыть вперед под громкие крики с берега. Свидетели этого захватывающего зрелища были так потрясены, что когда мы вернулись, поставили нам выпивку.

Я абсолютно ничего не боялся, у меня до сих пор не было никаких травм, которые научили бы меня уважать штормы, и я уже начал выигрывать парусные гонки. Но вскоре я получил жестокий урок. Это произошло во время одиночных гонок, когда после напряженной борьбы с сильными соперниками я вырвался далеко вперед, и стало ясно, что победа – за мной. Я был настолько уверен в своем триумфе, что решил покрасоваться и начал выделывать акробатические номера, как бы летая над почти вертикально вставшим корпусом катамарана. Чтобы не дать лодке опрокинуться, я сел на верхний корпус, перемещая вес тела вперед-назад. И вдруг румпель сломался. Лодка стала переворачиваться, как в замедленной съемке, и я упал на спину, уверенный, что лечу в воду. Однако вместо этого я приземлился на нижний корпус, сломав правую ключицу и одну из костей плеча. Я ударился головой и потерял сознание, скатившись в воду без спасательного жилета, но ледяная вода и боль быстро привели меня в чувство, хотя свидетели уверяют, что около минуты я лежал лицом вниз, покачиваясь на волнах. Затем боль усилилась, и я смог выбраться из воды только на спасательном катере. В течение нескольких недель я сидел на сильных обезболивающих, но как только полегчало, тут же вернулся к парусному спорту.

В это время Клэр была поглощена завершением работы над диссертацией. Защита прошла хорошо, и вскоре после банкета я сделал ей предложение – стать моей женой и продолжить работать в нашей лаборатории. Она пошутила, что ответит «да» лишь в том случае, если я пообещаю не использовать наш брак как повод заманить ее к себе на работу. Отвечая через много лет на вопрос корреспондента журнала People, была ли это любовь с первого взгляда, она ответила: «Для него – да, но не для меня».

По крайней мере, я был уверен, что Клэр выходит замуж не из-за денег. Она видела, что мое финансовое положение становилось все хуже и хуже, когда я пытался справиться с крушением своего первого брака, – огромные выплаты по кредиту, расходы по уходу за ребенком да еще судебные издержки. Мне пришлось продать мой любимый «Мерседес», чтобы отдать долги, и я даже не мог позволить себе купить обручальное кольцо. Клэр пришлось взять кредит, и только тогда я его купил.

Новость о том, что мы собираемся пожениться, быстро облетела медицинский факультет, скандал себя исчерпал и сплетничать о романе студентки с профессором было уже не интересно. Мы решили стать мужем и женой на полуострове Кейп-Код. Клэр родилась в католической семье, и ее родители хотели, чтобы мы обвенчались в католическом храме, однако из-за моего развода это было невозможно. Тогда мы нашли межконфессиональную церковь, окруженную могилами знаменитых мореплавателей, недалеко от дома родителей Клэр в городе Вест-Хаянис-Порт в Масса чусетсе. Мы назначили бракосочетание на 10 октября 1981 года, свадьба и регистрация прошли весело и радостно. Гэри был шафером, и все мы чувствовали себя одной семьей. Мой отец откровенно гордился, что я из серфингиста сумел превратиться в университетского профессора и всерьез собираюсь остепениться. На свадебной фотографии – мой сияющий отец с тремя подружками невесты, внимающими ему с огромным вниманием.

Большого перерыва в работе не получилось, и наш медовый месяц продлился всего одну ночь, которую мы провели в старой гостинице на острове Нантукет. Уже на следующий день мы полетели в Париж, где я должен был читать лекцию, а затем в Лондон, чтобы вместе с Клэр подать заявку на крупный грант НИЗ (как романтично!) и принять участие в семинаре по рецепторам, проводимом фармацевтической компанией Ciba. Там я познакомился с Мартином Родбеллом, ставшим впоследствии нашим другом и наставником, и встретился со своей бывшей женой Барбарой.

В 1994 году Марти получил Нобелевскую премию за открытие связанных с гуаниннуклеотидом G-белков, так называемых молекулярных «переключателей», которые соединяются с рецепторами, например, с изучаемыми мной адреналиновыми рецепторами, и стимулируют или ингибируют биохимические внутриклеточные реакции. Мы с Марти были родственными душами, он – один из немногих ученых такого уровня с опытом участия в боевых действиях: во время Второй мировой войны он служил радистом. Из-за своего непокорного, мятежного нрава он сидел на гауптвахте даже чаще меня.

Пока продолжался семинар, я успел слетать в Бельгию на конференцию в Институте кардиологии им. принцессы Лилиан. Там я подружился с другим будущим нобелевским лауреатом, Джеймсом Блэком, исследователем бета-блокаторов из Великобритании. После плотного обеда и двух бутылок вина мы решили, что выступили весьма убедительно (так нам казалось, пока мы не получили стенограмму выступлений). Затем, после официального обеда с бельгийским королем и принцессой, я вернулся в Лондон на семинар, где Марти Родбелл рассказал мне об изящном способе определения приблизительного размера рецепторного белка: нужно просто облучать клетку до тех пор, пока белок не перестанет работать. Чем больше радиации потребуется, тем больше размер молекулы белка. Вместе с корейским ученым Ёнгом я применил потом этот способ для оценки размеров рецепторных белков, которые мы пытались выделить.

Мы с Клэр начали нашу семейную жизнь в маленькой двухкомнатной квартире в Буффало. Она получила должность на кафедре биохимии, и мы продолжали работать вместе. Я к тому времени расплатился с долгами и даже заранее послал отцу поздравление на День отца с чеком и вернул одолженные у него деньги. К тому времени наши отношения значительно улучшились – никакого сравнения с тем, какими они были после моего возвращения из Дананга. Он встретил меня в аэропорту Сан-Франциско, когда я вскоре приехал туда с докладом. Он выглядел посеревшим и необычно изможденным, но я не придал этому большого значения.

Генетическое завещание моего отца

Наиболее распространенное сердечно-сосудистое заболевание – атеросклероз, при котором кальций вместе с жирами и холестерином накапливается в кровеносных сосудах и образует отложения, бляшки, что может вызвать сердечный приступ или инсульт. Белок аполипопротеин E (Аро Е) отвечает за регулирование уровня некоторых жиров в крови, вызывающих сердечные заболевания, а также болезнь Альцгеймера – прогрессирующего и разрушительного нейродегенеративного процесса.

Я могу открыть на экране компьютера изображение своего генома и исследовать хромосому 19, в которой находится ген Аpо Е. В нем девятьсот букв, и он встречается в трех разновидностях, известных как E2, E3 и E4, отличающихся друг от друга двумя буквами кода. E3 преобладает среди европеоидов и с точки зрения здоровья является «хорошим». Напротив, 7 % людей с двумя копиями E4 имеют более высокий риск ранней стадии сердечных болезней, как и 4 % людей с двумя копиями E2, которые более уязвимы, если в их диете много холестерина и жиров. Носители E4, отличающегося только одной буквой от «хорошего» E3, имеют повышенный риск развития болезни Альцгеймера. У меня есть одна копия E3, а также, к сожалению, одна копия E4, поэтому я попадаю в группу риска. Хотя в моей семье нет данных о случаях заболевания болезнью Альцгеймера, вполне возможно, что носители этого гена, например, мой отец, умерли просто до проявления признаков этого ужасного дегенеративного заболевания.

Прочитав книгу своей жизни, я изучил все биохимические недостатки моего организма и попытался их исправить. Один из вариантов предполагает диету и физические упражнения. Кроме того, я начал принимать статин – препарат, предотвращающий последствия повышенного содержания жиров. Тот же статин может служить профилактическим средством против болезни Альцгеймера.

Многие другие гены в моем геноме ответственны за проявления ишемической болезни, от возникновения сердечных приступов до повышения давления из-за сужения кровеносных сосудов (стеноз). Мой геном имеет менее рискованные версии некоторых из этих генов, в частности TNFSF4, CYBA, CD36, LPL, NOS3. Однако есть еще сотни других генов, которые принимают участие в данном процессе, и нам потребуется еще много лет, чтобы понять специфику их взаимодействия.

Я собирался позвонить отцу из Буффало в праздник, День отца, но ранним утром 10 июня 1981 года мне позвонила мама и сказала, что отец умер, умер во сне. Ему было всего 59 лет! Доктор диагностировал смерть от сердечного приступа. Мы с Клэр прилетели ближайшим рейсом, чтобы утешить маму и сделать необходимые приготовления к похоронам и кремации. Похоронили отца на военном кладбище в Военном городке Сан-Франциско. Поскольку отец считал, что от религии больше вреда, чем пользы, мать решила ничего не устанавливать на могильной плите, и могила так и осталась безо всякой религиозной символики, одна такая среди могильных камней с крестами или звездами. Я плакал, его смерть была огромной потерей для меня и всей нашей семьи. Хорошо, что он прожил все-таки довольно долгую жизнь, увидел мои первые успехи и нам удалось установить теплые отношения. И хотя Вьетнам научил меня, что жизнь конечна, горечь утраты усиливалась оттого, что он умер слишком рано.

Моя довольно обременительная преподавательская деятельность благополучно завершилась в 1982 году, после того, как новый директор Онкологического института имени Розуэлла Парка Хайнц Кёлер предложил мне стать заместителем директора отдела молекулярной иммунологии. В моем распоряжении появились новые, удобные лабораторные комнаты, я получил должность профессора, да и зарплата моя удвоилась. Кроме того, я добился штатной должности научного сотрудника и повышения зарплаты для Клэр. Мы переехали из квартиры в новый дом в деревенском стиле. В общем, я был всем доволен. К тому же к 1984 году каждые две-три недели мои сотрудники отсылали в печать новую статью.

Благодаря Кёлеру мне казалось, что все у меня складывается отлично. Однако именно из-за него я чуть не погиб, и случилось это одним ветреным днем, неподалеку от Шеркстон-Бич на озере Эри. Хайнцу очень хотелось поплавать со мной на катамаране, и однажды мы снялись с якоря и заскользили по волнам, взлетая высоко в воздух. Это было потрясающе, но тут Кёлер попросил меня дать порулить, уверяя, что умеет это делать. Через несколько мгновений, пока Клэр и я беспомощно наблюдали за ним с трапеции, Кёлер направил катамаран в огромную волну, и судно тут же опрокинулось. Катамаран откатапультировал Кёлера в небо, и он врезался в середину мачты как раз в тот момент, когда лодка перевернулась.

Клэр оказалась под водой, запутавшись в канатах и тросах. Я освободил ее, но она была так зла на Кёлера, что хотела его просто утопить. Кёлер и сам изрядно поранился и почти потерял сознание. Мы были в полутора километрах от берега, бушевал шторм, но Клэр в панике бросилась вплавь к берегу. Я удержал ее, одновременно пытаясь помочь Кёлеру. Барахтаясь в волнах, мы все же сумели выправить лодку и благополучно вернулись на берег. Через несколько недель после того, как Клэр поклялась, что никогда больше не ступит на борт «Хоби Кэт», я заказал крейсерскую однокорпусную яхту «Кейп Дори 25D».

В 1983 году я получил предложение от НИЗ в Бетезде – лучшего государственного медицинского центра в Америке, предложение, которому суждено было полностью изменить мою жизнь и направление исследований.

Благодаря системе собственных институтских программ, финансирование исследований в НИЗ происходит почти автоматически, но, конечно, если директор одобряет ваше предложение. Это означает, что не нужно искать гранты! Мне было особенно лестно, что меня пригласили в НИЗ, поскольку обычно там предпочитали продвигать своих собственных специалистов, а не нанимать со стороны.

Ой!

Вот примерно то, что я воскликнул, когда мои собственные сотрудники описали мое будущее, обнаружив в моем геноме ген SORL1, кодирующий сортилиновый белковый рецептор. Варианты этого гена определяют позднее начало болезни Альцгеймера, наиболее распространенной причины слабоумия. Согласно данным международной команды исследователей (2007), имеется связь только второго генетического варианта с этим типом болезни Альцгеймера. Первый вариант – это ген Аpо E4.

Оказалось, что варианты SORL1 чаще встречаются у людей (в четырех этнических группах) с поздним началом болезни Альцгеймера, чем у здоровых людей того же возраста, и считается, что опасные варианты гена способствуют образованию белковых отложений в головном мозге. Эти бляшки – причина неотвратимого снижения умственных способностей. Другими словами, когда ген SORL1 работает должным образом, он выполняет защитную функцию, возможно, путем утилизации отлагающегося белка. А снижение SORL1 в мозге, обнаруживаемое при посмертных исследованиях тканей мозга больных, означает повышение вероятности развития болезни Альцгеймера.

Хотя связь SORL1 с разрушительной болезнью установлена в гораздо меньшей степени, чем в случае Аpо E4, получается, что мой геном несет в себе все опасные варианты в одной части гена, и некоторые из них в другой. Действительно, ой! Поскольку у меня уже есть вариант Аpо E4, мои сотрудники занялись более тщательным исследованием проблемы. Сейчас мы понимаем, как часть гена с опасными вариантами изменяет образование белка в клетке, что может привести к деменции. Однако не ясно, как варианты во втором чувствительном участке – так называемом рисковом кластере аллелей 5' – увеличивают риск этого заболевания.

НИЗ оказался идеальным местом для моих исследований. В течение десяти лет я занимался адреналиновыми рецепторами, и мне становилось все более очевидным, что традиционные методы очистки не могут обеспечить необходимого количества белка для изучения его аминокислотной последовательности, а следовательно, и для определения его молекулярной структуры, которая является ключом к пониманию механизма работы белка. Я решил использовать последние достижения молекулярной биологии, чтобы обойти эту проблему с помощью оригинальной интерпретации механизма «бей или беги».

Кёлер и администрация Института Розуэлла Парка сделали мне привлекательное встречное предложение, и иногда я чувствовал, что мог бы здесь и остаться. У меня было много хороших воспоминаний, связанных с Буффало, тут началась моя научная карьера, тут я дорос до профессора. Здесь родился мой сын, здесь я встретил Клэр, мою жену и коллегу. Но здесь же я столкнулся со смертью отца и болезненным разводом. Немаловажным обстоятельством было и то, что уровень исследований в Буффало оказался невысоким. Но самым главным для меня были воспоминания о работе в Дананге и стремление добиться гораздо большего. Около десяти членов моей лаборатории были готовы вместе со мной перейти на работу в НИЗ, и мы начали оформлять документы для перехода на государственную службу. Несмотря на предстоящую потерю стольких сотрудников, Кёлер заметно повеселел, узнав, что я оставляю свои грантовые деньги в Буффало. А я готовился к новому этапу своей карьеры в качестве госслужащего.

Глава 5

Научный рай, бюрократический ад

Обычно большие молекулы распадаются под действием соответствующих ферментов, образуя небольшие соединения, которые затем мы разделяем и секвенируем. После получения достаточного количества данных их путем дедукции подгоняют друг к другу для получения полной последовательности. Этот способ, довольно медленный и утомительный, часто требует последовательного расщепления и фракционирования, и применить его к более крупным молекулам, таким как ДНК, нелегко. Очевидно, для секвенирования генетического материала требовался абсолютно новый метод.

Фредерик Сэнгер. Нобелевская лекция, 8 декабря 1980 года

Чтобы попасть в мою новую научную обитель в Национальном институте по изучению неврологических нарушений и инсультов (НИЗ), располагавшемся в городе Бетезда, штат Мэриленд, нужно было пройти мимо множества комнат по темному коридору второго этажа здания под ничего не говорящим названием «Строение № 36». Я получил сотни тысяч долларов для оснащения своей лаборатории, причем стартовый годовой бюджет составлял более миллиона долларов. Вместе со мной сюда приехали большинство моих сотрудников, и я был готов немедленно начать исследования.

Сотни лучших ученых страны работали бок о бок с нами.

К примеру, на первом этаже была лаборатория Маршалла Ниренберга, одного из лауреатов Нобелевской премии за расшифровку генетического кода. Ниренберг показал, что каждой из букв ДНК соответствуют аминокислоты – строительные блоки, из которых состоят белки. Он и его коллеги многому могли нас научить. Мне казалось, я попал в научный рай.

Однако я снова и снова убеждался, что за удовольствие нужно платить. За неделей безмятежного блаженства на паруснике следует наказание в виде штормов и ураганов. Прежде чем в полной мере воспользоваться широкими возможностями НИЗ, мне пришлось иметь дело с неповоротливой бюрократической машиной госаппарата. При поступлении в НИЗ мне была обещана должность высшего разряда – десятая ступень пятнадцатого разряда. К несчастью, кадровик, отвечавший за штатное расписание моей лаборатории, начисто забыл оформить мое назначение на соответствующую должность.

Как это часто случается, чиновник, столкнувшись с неожиданной проблемой, пошел по пути наименьшего сопротивления – просто засунул мои документы в нижний ящик стола и забыл о них. Когда я спрашивал, что происходит с моей зарплатой, мне говорили: мои документы не могут найти, и на то есть какая-то важная причина. К счастью, Розуэллский институт продолжал платить мне зарплату как главному исследователю по нескольким грантам, а то бы у меня несколько месяцев вообще никаких денег не было. Когда кадровика, наконец, приперли к стенке, он признался, что был в таком ужасе от случившегося, что решил вообще ничего не делать.

Это был не единственный повод для беспокойства. Клэр, Дорин Робинсон и Мартину Шриву, моим ведущим сотрудникам, в НИЗе были обещаны штатные должности. Но вскоре после приезда меня вызвали в кабинет заведующего по научной части Ирва Копина и объявили, что Клэр действительно получит постоянную должность, но только через пару лет: они посчитали, что ее научная квалификация не удовлетворяет предъявляемым требованиям.

Найти новый дом тоже оказалось сложнее, чем мы ожидали, из-за довольно высокой стоимости жилья вблизи Вашингтона. Меньший по размеру и не такой новый, как дом в Буффало, стоивший 80 тысяч долларов, здесь обошелся бы в сотни тысяч. Наш агент по недвижимости Барбара Родбелл была новичком в этом бизнесе, и мы были ее первыми (и единственными) клиентами. Наконец мы купили дом в Силвер-Спринге – таунхаус с двумя спальнями за 105 тысяч долларов – и переехали в него вместе с нашим шестимесячным щенком Цезарем, названным так за свои императорские замашки. Я нашел место для стоянки моего 25-футового парусника «Сириус» на верфи в Гейлсвилле – там, где Ист-ривер впадала в Чесапикский залив с многокилометровым пляжем и прекрасными якорными стоянками. Местная экономика поддерживалась доходами от продажи табака и крабового промысла, а старый универсальный магазин с дровяным камином и шахматным столиком в придачу придавал этому местечку неповторимый колорит.

Однажды в выходные я отправился исследовать здешнюю бухту на свой лодке. У меня всегда было пристрастие к высоким скоростям, и, мчась по дороге в Гейлсвилл, я внимательно следил, нет ли поблизости полицейских машин без опознавательных знаков. Я обращал внимание на все необычные машины – например, на коричневый «форд» с двумя мужчинами внушительного вида, сидевшими в автомобиле. Всякий раз, когда я менял полосу или поворачивал, коричневый «форд» следовал за мной. В Хартджесе я вскоре забыл о нем. Но вечером, когда я вернулся в Силвер-Спринг, походив под парусом весь день, оказалось, что он снова рядом! Это стало меня беспокоить, я даже подумал, не отголосок ли это моего антивоенного прошлого, которое решило преследовать меня, когда я стал высокопоставленным госслужащим. Однако оказалось, я волновался зря.

На следующее утро, в понедельник, я обнаружил в своем маленьком кабинете двух ожидавших меня мужчин в темных костюмах, с узкими галстуками. Они встали и, показав мне удостоверения сотрудников Министерства обороны США, объяснили, что хотят обсудить возможность использования моих исследований для обнаружения отравляющих веществ нервно-паралитического действия и соответствующего химического оружия. В этом был определенный смысл, потому что я занимался изучением тех же самых рецепторных белков, которые являются мишенями для нейротоксинов. Несмотря на довольно мрачную тему разговора, меня успокоило, что их интересуют мои исследования, а не я лично.

В первую очередь они хотели знать, могу ли я обнаружить такие отравляющие вещества с помощью белков, с которыми эти вещества взаимодействуют в организме. Можно ли использовать эти белки для обнаружения мельчайших следов таких веществ в воздухе, а затем, используя некие хитроумные химические реакции, например проявляющиеся в виде люминесценции, сообщить окружающим, что они находятся в опасной зоне?

Адреналиновые рецепторы нельзя получить в большом количестве, однако никотинового холинорецептора с медиатором ацетилхолином было выделено столько, что он мог бы стать подходящим объектом. Это мои гости и хотели услышать. Ацетилхолин осуществляет передачу нервных сигналов к мышцам, включая диафрагму – мышцу, управляющую нашим дыханием. Такие нервно-паралитические вещества, как табун, зоман или зарин, приводят к смерти, блокируя действие важнейшего фермента ацетилхолинэстеразы, которая расщепляет и выводит ацетилхолин. Эти яды парализуют диафрагму и в результате жертва задыхается.

Поскольку ацетилхолин также действует на ряд участков мозга, ацетилхолиновый рецептор представляет интерес и для фундаментальной науки. Никотин активирует один из участков этого рецептора на нервных окончаниях, увеличивая утилизацию другой сигнальной молекулы – дофамина, который, в свою очередь, играет определенную роль в том, что неврологи называют «путь к справедливому вознаграждению» (путь – цель), вызывая тягу к курению у курильщиков.

Ацетилхолиновый рецептор был успешно выделен и очищен Джоном Линдстромом, работавшим в то время в Институте биологических исследований Солка в Сан-Диего. Джон с удовольствием бы предоставил мне этот белок за внушительную сумму, которую я посчитал вполне разумной, учитывая титанические усилия по его выделению, и получил бы от Министерства обороны деньги для своих исследований, а я бы придумал, как помочь правительству обнаруживать нервно-паралитические вещества.

Но бюрократический мозг правительства – это не единая, хорошо отлаженная машина. Чиновники НИЗ существенно затруднили получение денег от Министерства обороны. Обычно ученые не приносят государственные деньги в государственный НИЗ. Напротив, предполагается, что они их расходуют. В конце концов 250 тысяч государственных долларов поступили на специальный счет, открытый в институте на мое имя, но мне сделали предупреждение, что я слишком уж предприимчив, и у меня нет никакой необходимости добывать дополнительные средства.

Подготовив лабораторное оборудование, мы сразу же приступили к выделению и клонированию адреналиновых рецепторов из человеческого мозга для установления их молекулярной структуры и изучения загадочных процессов с их участием. В данном случае клонирование означает копирование гена, который вводится в лабораторный штамм кишечной палочки E. coli. При размножении этих бактерий происходит и размножение копий гена – объектов наших исследований. В сущности клонирование гена также означает обнаружение его в клетках и/или в геноме и последующее определение строения гена, который и создает белок – в данном случае рецептор, отвечающий на выброс адреналина. Для этого нужно выделить рецепторный белок, определить последовательность его аминокислот, а затем выявить возможные коды в молекуле ДНК, определяющие эту последовательность.

На словах все выглядит несложно, но на это ушло десять лет изнурительного труда! Благодаря усилиям моим и моих сотрудников, та же самая работа сейчас занимает всего несколько дней. Но вернемся в 1980-е годы, к тяжелой и кропотливой работе по выделению и изучению редких белков, образующихся в организме человека. Для выделения количеств рецепторного белка, необходимых для определения гена, я хотел использовать недавно разработанный тогда метод высокоэффективной жидкостной хроматографии (ВЭЖХ). Этот метод заключается в том, что компоненты мембраны клеток человека (в данном случае) помещают в раствор детергента для разложения липидов, а затем раствор с выделенными из мембраны белками пропускают через колонки с насадкой. Скорость прохождения белка по колонке зависит от его размера или заряда, при этом молекулы небольшого размера проходят быстрее, чем более крупные.

Для использования этой новой методики нужны были опытные специалисты. Я пригласил на работу Энтони Керлаваджа, который вместе со Сьюзен Тейлор из Калифорнийского университета в Сан-Диего занимался очисткой белков методом ВЭЖХ. А для дальнейшего совершенствования методов изучения белков я сформировал команду молодых специалистов, в которую вошел постдок из Северной Каролины Фу-Зон Чунг и два лаборанта из Буффало – Жанин Гокейн и Майкл Фитцджеральд.

За время освоения процессов очищения рецепторов мы опубликовали тридцать научных работ по различным аспектам изучения структуры и функции рецепторов. В итоге мы сделали важный вывод: природа очень неизобретательна при конструировании рецепторов и все время использует одни и те же модели, разве что с незначительными изменениями. Анализ структуры мускариновых ацетилхолиновых рецепторов (подтип ацетилхолиновых рецепторов) и альфа-адренергических рецепторов (тип адреналинового рецептора) показал значительное сходство структур, несмотря на то, что рецепторы распознают совершенно разные нейромедиаторы в организме. Этот вывод оказался весьма неожиданным, поскольку ранее в молекулярной биологии различные рецепторы рассматривались как существенно отличающиеся объекты, поэтому многие исследователи пренебрежительно отнеслись к нашим данным, и лишь недавно, когда гены рецепторов были секвенированы, их значительное сходство стало очевидным.

За два года мы добились значительных успехов, но в тот момент, когда цель была близка и мы начали секвенировать аминокислоты, выделив и очистив крайне небольшое количество рецепторов, конкуренты нанесли по нам сокрушительный удар. Нас опередила группа ученых из Дьюкского университета под руководством Роберта Лефковича, они даже получили за это премию. Работая вместе со специалистами фармацевтической компании Merck, они приложили большие усилия для очищения и клонирования рецепторов адреналина из красных кровяных телец клеток индюшек. Триумф Лефковича взволновал всех ученых, работавших в этой области. Ну и меня, разумеется. Я собрал своих сотрудников и напомнил им, что это только начало, и главные открытия впереди.

Для дальнейших исследований мы решили воспользоваться способом, с помощью которого соединяются попарно комплементарные основания в генетическом коде – каждая половина двойной спирали. Еще в 1953 году Уотсон и Крик догадались, как отдельные цепочки ДНК копируются в комплементарную цепь при объединении оснований в пары. Это одновременно объясняет, как при делении клетки копируются ДНК в хромосомах. Изучив все четыре азотистых основания генетического алфавита, они обнаружили, что А всегда объединяется в пару с G, а C с Т. После разделения двойной спирали на две дочерние комплементарные к ним цепочки образуются по этим правилам. И если создать одну цепочку оснований, то по тем же правилам она соединится только с комплементарной цепочкой. По сути мы создаем ДНК-зонд, который крепится только к определенному гену на огромном геноме человека.

Мы могли бы использовать этот способ комплементарного соединения оснований, применив два подхода к определению генетического кода адреналинового рецептора. Во-первых, использовать небольшую часть последовательности белкового рецептора, полученную нами для расшифровки соответствующей последовательности ДНК, в качестве зонда для поиска определенных генов в геноме человека. Во-вторых, воспользоваться наследием эволюции: гены адреналинового рецептора индюшки и человека, скорее всего, должны быть довольно схожими. Другими словами, мы могли бы сделать ДНК-зонды из самого гена индюшки, – если они свяжутся с комплементарными ДНК человека, они выявят эквивалентный ген человека. Помещая радиоактивную метку на разные виды зондов, мы таким образом установили бы место присоединения каждого из меченых зондов.

Но, как обычно, возникли проблемы. Нужно было получить геном человека в форме, пригодной для этих экспериментов. Даже в виде хромосом, то есть в том виде, в котором он находится в клетках, размер этого кода слишком велик для исследований. Для успешной «охоты на гены» необходимо разделить генетический код человека на пригодные для работы участки. Если взять полный набор ДНК в клетке человека и разделить его на части, то в итоге получится то, что ученые называют «библиотекой». Существуют два основных типа библиотек ДНК – геномные и клоновые.

Геномная библиотека ДНК создается с помощью специальных ферментов, называемых рестриктазами, которые разрезают хромосомы человека на мелкие кусочки, каждый из них состоит примерно из 15–20 тысяч пар оснований ДНК. Чтобы изучать эти части ДНК человека, нужно уметь их копировать и хранить, точно так же, как книги – печатать и переплетать. В процессе копирования каждый фрагмент ДНК человека прикрепляется к ДНК бактериофага – вирусу, который инфицирует бактерии и размножается внутри них. Такой обработанный бактериофаг, несущий в себе ДНК человека, используют для инфицирования бактерии кишечной палочки E. coli. Если налить в чашку Петри бульон с инфицированной кишечной палочкой E. coli, то на бактериальном газоне появятся стерильные пятна – там, где вирусы убили E. coli. Эти пятна, бляшки, содержат миллионы вирусных частиц – и следовательно, миллионы копий фрагментов ДНК человека.

Клоновые библиотеки ДНК составляют на основе другого генетического материала в клетках – матричной (информационной) РНК, переносящей геномную информацию для сборки белка. Только 3 % нашего генетического кода отвечает за кодирование белков, поэтому мы получаем гораздо более компактный «рабочий чертеж» ДНК человека, если сосредоточим внимание на РНК, кодирующую эти белки. (Типичный ген может содержать миллион пар оснований, а длина «отредактированной» РНК может доходить всего лишь до тысячи пар оснований.) Другими словами, такая библиотека ДНК использует тот же способ, с помощью которого природный «издатель» превращает весь генетический код в гораздо меньшие матричные РНК – лишь субпопуляции генов, необходимых для создания специфичных клеток или тканей.

По своей природе матричная РНК недолговечная и нестабильная молекула, в противном случае мы бы просто выделили ее из клетки и прочитали. Однако с помощью фермента «обратная транскриптаза» РНК нетрудно скопировать в стабильную молекулу ДНК. Это называется комплементарной ДНК или кДНК. Выделяя РНК человека для изготовления кДНК, мы получаем сжатый, легко читаемый вариант генома с кодирующими белок генами.

Как и в геномной библиотеке, каждый том комплементарной библиотеки должен быть представлен в удобном для обработки и копирования виде. Природа решила и эту проблему. Комплементарные библиотеки ДНК получают путем выделения матричных РНК в тканях, преобразуют эти РНК в комплементарные фрагменты ДНК и встраивают их в плазмиды, небольшие кольцевые молекулы ДНК с инструкциями для бактерии. Бактерии кишечной палочки E. coli, инфицированные этой кДНК, играют роль «печатного станка» книг для этой библиотеки. Каждая бактерия содержит соответствующий сегмент кДНК человека, и когда бактерия реплицируется (делится на дочерние клетки), то и материнские, и дочерние клетки получают одинаковые фрагменты гена человека.

Эти фрагменты ДНК невидимы для невооруженного глаза, но их легко разглядеть с помощью специальных приборов. На дно чашки Петри наносят очень тонким слоем, чтобы по возможности избежать соприкосновения колоний бактерий, бульон с E. coli, содержащими кДНК человека. Отдельные колонии бактерий начинают расти, и когда они в итоге становятся различимы глазом в виде пятен, в каждой из них оказываются миллионы идентичных бактериальных клеток (клонов), и в каждой из этих клеток находится одинаковая часть кДНК человека. В небольшой чашке Петри можно получить десятки и сотни тысяч таких изолированных колоний и создать обширную библиотеку ДНК человека.

С помощью любой из таких библиотек мы начинаем охоту на рецептор, используя способ крепления комплементарных ДНК. Фильтровальной бумагой удаляем ДНК из чашек Петри с E. coli, вырастившей геномную или комплементарную библиотеку ДНК. Фильтровальную бумагу затем замачиваем на ночь в растворе рецепторного ДНК-зонда. Чтобы определить, связан ли он с комплементарной ДНК в библиотеке, зонд метят радиоактивным изотопом фосфора Р-32, заменяя им некоторые атомы фосфора в молекуле ДНК. Затем фильтры промывают, чтобы удалить все следы радиоактивного зонда, которые не присоединились ни к одному из фрагментов ДНК, сушат и помещают на несколько дней в кассету с рентгеновскими пленками. Положительные колонии и бляшки – области, где радиоактивный зонд прикрепился к целевой ДНК-мишени, видны на проявленной рентгеновской пленке как черные пятна. Сравнивая пятна на пленке с пятнами в чашке Петри, положительные колонии или бляшки можно идентифицировать, а затем выделить и амплифицировать их ДНК.

Заметим, что найти нестабильную матричную РНК, кодирующую определенные белки, не так-то просто. В каждой клетке есть всего несколько тысяч молекул трудно выделяемых мембранных белков, например адреналиновых рецепторов. Как следствие, невелико также и количество матричной РНК, кодирующей рецепторный белок. Используя генетический материал мозга человека, полученный для медицинских исследований, нам приходилось изучать более миллиона колоний кДНК, чтобы найти именно ту, которая содержала матрицу для создания адреналинового рецептора. Мы вырастили колонию для производства достаточного количества такой ДНК и с ее помощью сумели ее секвенировать – определить порядок расположения четырех нуклеотидов (C, G, A и T), формирующих звенья в молекуле ДНК с внешним остовом из сахара и фосфата. Порядок расположения пар оснований в ДНК определяют с помощью двух основных методов секвенирования. Один из них был разработан в Лаборатории молекулярной биологии Совета по медицинским исследованиям в Кембридже Фредериком Сенгером, блестящим ученым, (кстати, разделяющим мою любовь к парусному спорту){15}, который однажды сказал, что «у него все в порядке с головой, но не очень хорошо с болтовней». Второй был описан гарвардским ученым Уолли Гилбертом, известным как «серый кардинал с грандиозными замыслами». В 1980 году Гилберт и Сенгер получили Нобелевскую премию. Большинство экспериментов по секвенированию, проведенных в последние десятилетия, являются прямым продолжением именно метода Сенгера, которому удалось разрешить некоторые сложнейшие проблемы биологии. В мае 1975 года Сенгер потряс научный мир, частично секвенировав ДНК, а затем впервые полностью секвенировав геном вируса: 5375 пар оснований генетического кода бактериофага phi-X174. Позднее Сенгер секвенировал приблизительно 17 тысяч (или около того) пар оснований ДНК митохондрий человека (энергетических фабрик наших клеток), положив начало первому проекту по расшифровке генома человека.

Метод расшифровки ДНК, впервые предложенный в Кембридже Сенгером совместно с Аланом Коулсоном, состоит в создании многочисленных копий молекул ДНК с использованием фермента ДНК-полимеразы. Для репликации ДНК этой полимеразой ее помещают в раствор из нуклеотидов – строительных блоков ДНК. Фермент считывает информацию с каждого конца первичной нити ДНК, используя нуклеотиды для создания новых копий. Вклад Сенгера состоял в добавлении в этот раствор дополнительного ингредиента – «нуклеотидов-терминаторов», помеченных радиоактивным P-32. Эти нуклеотиды присоединяются к растущей копии и случайным образом прекращают действие полимеразы, помечая конец растущей цепи радиоактивной меткой. Поскольку это может происходить на любой стадии образования в пробирке множества копий молекул ДНК, в результате образуется смесь фрагментов ДНК различной длины, каждый из которых оканчивается радиоактивно помеченными C, G, А или T, – смотря по тому, какое основание помечено P-32.

Затем фрагменты пропускают через слой геля, на котором молекулы ДНК под действием электрического поля разделяются в зависимости от размера. Теперь можно прочитать последовательность, поскольку более крупным фрагментам ДНК требуется больше времени для прохождения через гель. Поскольку метки на всех четырех нуклеотидах – C, G, A, T – одинаковы и оставляют одинаковый след в виде черных полосок на рентгеновской пленке, необходимо проводить четыре отдельных эксперимента, по одному на каждую букву кода. После использования ДНК-полимеразы для каждого из четырех нуклеотидов-терминаторов (в одной серии опытов помечены все C, в другой – все G, и так далее), их помещают на четыре соседние дорожки на том же самом геле. Когда фрагменты разделяются, одна дорожка демонстрирует фрагменты ДНК, оканчивающиеся на С, другая – оканчивающиеся на G, и так далее.

Гель высушивают, выдерживают несколько дней на рентгеновской пленке, оставляя четыре параллельные дорожки с черными полосками, потом внимательно изучают пленку, начиная с первой из четырех дорожек. Так и получают искомую последовательность, записывая по порядку каждую следующую букву сотни раз для каждого образца. Это трудоемкий и длительный процесс, в течение которого могут происходить – и происходят – всяческие сбои. Если одна из четырех реакций на геле не получилась, весь эксперимент идет насмарку; нередко случается, что дорожки располагаются не параллельно друг другу. Это затрудняет сравнивание черных меток и пробелов на каждой из дорожек и считывание всей последовательности. При высыхании гель может растрескаться, и часто именно так и происходит. Реагенты могут разлагаться, и это тоже часто у нас случалось…

Меня очень раздражала возможность различной интерпретации результатов – я часто видел, как выводы делались не столько на основании полученных данных, сколько в силу авторитета или в интересах какого-нибудь ученого. Я же хотел получить истинные данные, основанные на эксперименте. Последовательность либо есть, либо ее нет. Она либо точна, в пределах погрешностей метода, либо нет – как правило, в результате неряшливости опыта.

После многих недель напряженной работы мы смогли получить клон кДНК для адреналинового рецептора мозга человека. Наше возбуждение достигло предела, когда мы поняли, что эта последовательность значительно отличается от последовательности рецептора индюшки. Мы почувствовали себя на пороге первого большого успеха.

Но как только мы определили последние участки последовательности, стало ясно, что работу мы не закончили: нам недоставало начального участка, то есть точки, на которой у ДНК обычно расположен генетический эквивалент знака препинания. Как уже упоминалось, только небольшой процент нашей ДНК представляет собой гены, кодирующие белки. Чтобы помочь молекулярному механизму клетки их различать, существуют генетические эквиваленты прописных букв и точек.

Страницы: «« « 1234567 » »»