Читать «Эврики и эйфории. Об ученых и их открытиях» онлайн - страница 152

Пятничным вечером в конце весны 1983 года я ехал с подругой химиком на машине в Мендочино, Калифорния. Она спала. Каждые выходные я отправлялся на север в мой небольшой домик. Три часа за рулем. Мне нравилось водить по ночам: руки заняты, мысли свободны. Той ночью я размышлял о предложенном мною эксперименте по секвенированию.

Мюллис, сотрудник молодой биотехнологической компании Сеtus, долго вынашивал идею, которая должна была заметно облегчить расшифровку нуклеотидной последовательности ДНК. Длинные цепочки ДНК состоят из звеньев-нуклеотидов четырех типов — их обозначают буквами А.С.Т.G. Нуклеотидная последовательность — это тот порядок, в котором эти единицы выстраиваются в цепочку. Две нити знаменитой двойной спирали представляют последовательности, “дополняющие” друг друга: каждое А находится напротив Т в противоположной цепочке (и “привязано” к нему химически), а каждое С — напротив G. Для секвенирования применяют фермент, который копирует ДНК в процессе деления клетки. Чтобы заставить фермент (ДНК-полимеразу) двигаться вдоль цепи, нужен так называемый праймер. Это короткий фрагмент ДНК, специально синтезированный в лаборатории, и комплементарный, соответствующий, начальному участку той ДНК, которую собираются секвенировать. Мюллис рассуждал так: если взять два праймера, по одному на каждую нить двойной спирали (а разные нити, как известно, задают разные направления движения), то фермент будет перемещаться вдоль ДНК одновременно и вперед, и назад. Последовательности обеих нитей будут расшифровываться одновременно. Это будет дополнительной проверкой точности ответа, поскольку если последовательность одной нити известна, то последовательность другой легко воспроизвести (по принципу “дополнительности”). Впрочем, как оказалось, именно такая схема не работает:

Затем Мюллиса озарило: пусть энзим копирует сегмент с двумя праймерами на противоположных концах. Теперь предположим, что цепи свежевыделенной ДНК благополучно разделили (этого легко добиться нагреванием). Если в растворе хватает молекул праймера, фермент будет обрабатывать каждую новую нить. Из двух экземпляров получатся четыре, из четырех — восемь, и так далее. Загвоздка только в том, что при той температуре, при которой нити ДНК разделяются, фермент теряет активность, и каждый раз приходится добавлять новую его порцию. Эту трудность, впрочем, можно преодолеть, если взять фермент термофильной бактерии — из тех, что обитают в горячих источниках и содержат термостойкие белки. Мюллис продолжает:

Идея повторять процедуру раз за разом могла показаться до невозможного скучной. Однако я потратил много времени на написание компьютерных программ и был знаком с понятием рекурсивных циклов — математических процедур, которые снова и снова применяют к результатам последнего вычисления. Опыт подсказывал мне, какая сила скрыта в рекурсивных процессах с экспоненциальным ростом. Процедура репликации ДНК, которую я себе представил, должна была быть именно таким процессом. В восхищении я стал прокручивать у себя в голове степени двойки: 2, 4, 8, 16, 32… С трудом вспомнилось, что два в десятой степени — это что-то около юоо и что, следовательно, два в двадцатой примерно равно миллиону. Я остановил машину у поворота, откуда открывался вид на долину Андерсона. Из ящичка для перчаток я достал карандаш и бумагу. Нужно было проверить мои расчеты. Дженнифер, мой сонный пассажир, яростно возражала против такой задержки и против включенного света, но тут я заявил, что открыл нечто фантастическое. Не впе-чатлившись, она опять заснула. Я убедился, что два в двадцатой больше миллиона, и поехал дальше.