Это рассказ об изобретателе метода ПЦР-диагностики Кэри Малисе (Kary Banks Mullis), обладателе Нобелевской премии. Метод ПЦР-диагностики сейчас помогает ученым и врачам справиться с пандемией Covid-19.
Кэри Маллис однозначно входит в топ самых неоднозначных ученых. Детство он провел в сельской местности, и одним из его любимых занятий были химические опыты в сарае и в школьной лаборатории. Потом он увлекся ракетами, и одна из его наиболее удачных ракет поднялась на милю с лягушкой на борту. Лягушка выжила. Ещё одна ракета напугала пилота коммерческого лайнера, заходящего на посадку, но это уже другая история. Учиться Маллис поступил на биохимический факультет, но курсы набирал те, которые ему больше нравились, а это была физика, программирование, социология и астрология. Но вот на курс по биохимии он так и не записался, и в результате его не хотели допускать к защите диссертации. Тогда Маллис, находясь под воздействием ЛСД написал почти полностью бредовую статью о космологическом значении обращения времени, и отослал в престижнейший журнал Nature. Журнал обычно не публиковал работы аспирантов, но не в этот раз. Ко всеобщему удивлению, статья была опубликована, и Маллис был допущен к защите.
После защиты он поменял несколько областей деятельности, даже пробовал писать романы, пока не нашел работу в компании, занимавшейся генетическими исследованиями. С ним было непросто работать, он был независимый, взрывной и скандальный, но его вынуждены были терпеть за невероятную производительность и изобретательность.
Метод ПЦР он придумал не в лаборатории, а за рулем, когда он ехал по ночной горной дороге в отдаленную хижину, в которой любил проводить уикенды. Как он рассказывал позже, в момент, когда его осенила идея, он заорал “Эврика” и едва не слетел с дороги.
Что же такое полимеразная цепная реакция, или ПЦР?
Двойная спираль ДНК состоит из двух длинных цепочек, образованных всего четырьмя основаниями — аденин, тимин, гуанин и цитозин, причем напротив аденина в зеркальной цепочке всегда стоит тимин, а напротив гуанина — цитозин.
А-Ц-Ц-Т-Т-Г-А-Т-А-Ц-Г
Т-Г- Г-А-А-Ц-Т-А-Т-Г-Ц
Компания, в которой работал Маллис, исследовала генетические мутации. Предположим, что некое генетическое заболевание связано с заменой четвертой буквы справа, скажем, А на Ц.. Неправильная ДНК производит неправильный белок, и это уже может создавать серьезные проблемы для организма. Как определить наличие дефекта в образце хромосомы?
Маллис сначала подогревал раствор, чтобы разделить нити ДНК. Затем он добавлял праймер — короткую цепочку, например А-Ц-Ц (в реальности в его праймерах были десятки оснований-букв), и праймер прикреплялся только к тому участку, код которого был зеркальным, или, как говорят, комплементарным праймеру. Дальше дело техники — нужно было добавить в раствор некоторое количество разных оснований и специальный фермент полимеразу и посмотреть, какое основание прикрепится. Цепочки ДНК всегда растут в одном направлении, причем направления роста противоположны для каждой нити, и в ходе роста присоединяют основания, используя вторую нить как матрицу, так что метод должен был бы сработать. Проблемой было то, что если ДНК для анализа мало, то и проводить анализ было сложно. Надо было как-то увеличить чувствительность метода.
Сначала Маллис подумал, что можно приготовить еще один праймер и прикрепить его с другой стороны возможного дефекта к зеркальной нити ДНК. Можно даже все это проделать в одной пробирке, остается только одна проблема – после присоединения к цепочке первого основания полимераза продолжала работать, присоединяя новые и новые основания и снижая точность метода. И тут Маллис и закричал – “Эврика!”, едва не разбудив спящую на пассажирском сиденье свою подругу и коллегу Дженнифер, ведь теперь в его мысленном эксперименте вместо одной получились уже ДВЕ идентичные двойные спирали ДНК, материала для исследования теперь в два раза больше. Более того, ЭВРИКА!, он может проделать этот фокус еще и еще раз, и у него будут уже 4, 8, 16, 32 молекулы. А если повторить опыт тридцать раз подряд, то счет образцов пойдет на миллиарды! Еще через милю пути он подумал, что ведь праймеры можно сажать на нить ДНК на любом расстоянии друг от друга, выявляя и размножая, как на суперкопировальной машине фрагменты ДНК любой длины, да хоть целые гены! Таким образом, с помощью набора праймеров становилось возможным, как по отпечаткам пальцев выявлять присутствие генетического материала даже в очень небольших количествах. Это был прорыв, революция, невероятное открытие.
Диаграмма из Википедии, автор Anton FRANCOIS, лицензия Creative Commons CC BY-SA 3.0.
Маллис остановил машину, разбудил подругу и попытался рассказать ей про свое открытие. Не добившись успеха, он продолжил путь к хижине и уже там всю ночь считал и чертил диаграммы, исписав все доступные поверхности. Он едва дождался понедельника, чтобы нырнуть в библиотеку. Не может быть, чтобы такая простая идея никому не пришла в голову раньше. Оказалось, может. Он был первый. Это был 1983 год. Коллеги восприняли его идею скептически, журнал Nature отказался принимать статью (наверное, там запомнили его дебют), и только в 1985 году ему удалось опубликоваться в Science. Публикацией неожиданно заинтересовался Департамент энергетики США (который отвечает в том числе за ядерную безопасность), и исследователям пришлось доказывать, что ПЦР не имеет ничего общего с атомной бомбой. Статья произвела фурор, и компании, в которой работал Маллис, удалось продать патенты за 300 миллионов долларов. Маллис получил $10000 бонуса.
В 1993 году Кэри Маллис получил Нобелевскую премию. В своей Нобелевской лекции он с изрядной долей юмора рассказал свою биографию и описал метод, а также ярко описал свое душевное состояние и чувство одиночества из-за разрыва с Дженнифер. Впрочем, это чувство одиночества не помешало ему пригласить на церемонию всех бывших жен, с которыми он сохранил хорошие отношения, а также едва не быть арестованным на следующий день шведским полицейским за баловство с лазерной указкой.
Получив премию, Маллис купил себе дом на берегу океана, чтобы иметь возможность без ограничений заниматься серфингом. Он прожил яркую, насыщенную жизнь, у него было четыре жены, дети и внуки, а еще подруги, любимая работа, слава и признание. Он мог позволить себе делать то, что хотел, говорить то, что хотел, проводить научные эксперименты, общаться с инопланетянами, вести кампанию за лигалайз ЛСД, отрицать СПИД и разрушение озонового слоя и выступать с другими скандальными заявлениями. Наверное, это есть счастье.
Полимеразная цепная реакция произвела настоящую революцию в биологии, медицине и не только. Лаборатории получили способ быстро и недорого определить присутствие патогенов, провести анализ на наличие ГМО, методику освоили медики, ветеринары, и даже палеонтологи. Поиск фрагментов ДНК произвел революцию криминалистике. И ключевая роль в обуздании пандемии covid-19 тоже у ПЦР, полимеразной цепной реакции, которую изобрел такой яркий и такой некомфортный Кэри Маллис.
Автор – Dmitry Medved
Коментарі