Возможно, и в этом случае многие мутации окажутся неблагоприятными. Но зато теперь нам не придется в течение долгого времени выращивать тысячи новых особей, чтобы потом отбросить тысячи неудачных вариантов и отобрать единичные перспективные экземпляры. Лауреат Нобелевской премии Дж. Томсон считает, что такой метод можно было бы без особых затруднений применить к растениям и, пожалуй, даже к низшим животным.
Научимся ли мы когда-нибудь направлять электроны с точностью, достаточной, чтобы вызывать нужную мутацию? Это вопрос времени. Надо прежде проникнуть в механизм действия генов. Может случиться так, что мы всех тайн этого механизма не раскроем. Мы только будем знать, какой именно ген, какой именно участок молекулы претерпел изменения. Но и тогда перспектива выведения совершенных видов растений необычайно расширится. Возрастут и скорость выведения новых пород и размах изменчивости. Мы будем использовать эти мутации так же, как сегодня используем клубеньковые бактерии, не зная до конца механизма их действия. Как использовало человечество для своих нужд ферменты, тысячелетиями не подозревая об их существовании.
Гибридизация молекул
Метод гибридизации занимает прочное место в арсенале селекционеров. О том, какие необычайные перспективы он сулит, мы знаем со школьной скамьи. Помните мичуринский церападус — гибрид черемухи и вишни? Или пшенично-пырейные гибриды Цицина? Каждый оригинатор, выводящий новый сорт, ждет, что его детище унаследует лучшие качества отца и матери. Скрещивая черемуху с вишней, Мичурин надеялся, что гибрид будет плодовит, как черемуха, и крупноплоден, как вишня. Великий преобразователь достиг в данном случае своей цели. Но не всегда подобный эксперимент удается.
Вспомним знаменитый гибрид Карпеченко. От редьки — корешки, от капусты — вершки.
Но Карпеченко осуществил свой знаменитый эксперимент в те времена, когда мы еще не знали, что такое ДНК, когда полимерная химия еще не выбралась, по сути дела, из своей первой пробирки. Слова «полиэтилен» и «полистирол» появились много позже. Еще позже ученым удалось привить молекулу полистирола на молекулу полиэтилена. Так был получен гибрид двух полимеров, обладавший качествами обоих своих родителей. Но этот гибрид родился в «мертвой» природе.
А в живой?
Применить этот метод на уровне живых молекул оказалось делом чрезвычайно сложным, но все же осуществимым.
Чтобы «влезть» в клеточное ядро, особенно в хромосомы, экспериментаторы проявили много изобретательности и долготерпения. Хромосомы окрашивали в разные цвета и разными веществами. Их переваривали ферментами, исследовали ультрафиолетовым микроскопом, выделяли из клетки и изучали прямыми химическими анализами.
Хромосома устроена на первый взгляд просто. Она содержит три главные составные части — белок, ДНК и РНК. Все эти три вещества соединены в хромосоме в единую структуру — нуклеопротеид. Но ДНК при ближайшем рассмотрении представляет довольно сложную молекулу. Азотистые основания (числом до 30 тысяч), остатки сахара и фосфорной кислоты соединены в ДНК в двойную цепочку при помощи водородной связи.
Еще сложнее выглядит фермент рибонуклеаза, способный гидролизовать рибонуклеиновую кислоту — РНК. Он представляет собой биополимер, состоящий из 124 аминокислот.
Прежде чем научиться скрещивать подобные молекулы, нужно было распознать их структуру. Распознать — это значит разобрать по частям. Клеточное ядро пришлось растирать, дробить ультразвуком, замораживать и обрабатывать кислотами. Из полученной «каши» надо было выделить по очереди все ее компоненты. Только центрифуга, прибор необычайных возможностей, помогла это сделать.
Под действием центробежной силы в ней возрастает сила тяжести. Мелкие частицы, которые остаются обычно в растворе, осаждаются. Нужна огромная сила, чтобы оторвать одни частицы от других. В центрифуге сила тяжести примерно в 100 тысяч раз превосходит земное притяжение!
Наконец компоненты разделены. Можно приступить к скрещиванию живых молекул. Смешиванием различных нуклеиновых кислот удалось добиться спаривания их молекул. Гибрид получился довольно прочный. Он сочетал в себе свойства родителей.
Опыт за опытом — задача усложнялась. Скрещивание было проведено на уровне белковой молекулы. Взяли фермент, встречающийся у двух разных бактерий. Полипептидную цепь от одной скрестили с цепью бактерии другого вида. Потомок вполне походил на обоих «предков».
Гибридизация на уровне молекул открывает захватывающие перспективы.
Ученые, занимающиеся молекулярной биологией, любят говорить о двух важнейших задачах этой науки. Первая: синтез белков. Вторая: получение направленных мутаций. Гибридизация молекул работает в одном и другом направления одновременно. Практические возможности этого метода пока еще невозможно ясно представить. Но вот один из последних фактов, над которым читатель сможет сам поразмыслить.
Советские и чешские биологи сумели осуществить гибридизацию двух белков-антител. Антитела — это белки, образующиеся при иммунизации организма. Одно антитело было носителем невосприимчивости к одному заболеванию. Другое — обеспечивало иммунитет к иной болезни. Гибрид антител соединял в себе свойства своих родичей. Нужны ли пояснения к этому факту?
Наука идет вперед семимильными шагами. Жизнь сплошь и рядом ставит перед ней задачи, которые всего несколько лет назад вызвали бы усмешку. Столетиями, желая высмеять ученого, говорили, что он выращивает в колбе гомункулуса (по-латыни: человечка) или, на худой конец, что занимается химерами.
Опыты итальянских ученых с человеческим зародышем сегодня стали сенсацией дня.
Что касается химер, этот термин приобрел ныне вполне научное звучание.
Химические химеры доктора Раппопорта
Доктор наук И. А. Раппопорт занимается химерами вот уже тридцать лет. Я говорю об этом вполне серьезно. Упорство и жизнь этого самоотверженного исследователя кому-нибудь послужат еще темой книги. Книги, полной драматических ситуаций и психологических конфликтов, напоминающей по остроте сюжета детектив.
Алкалоид колхицин, применявшийся генетиками для получения искусственных мутаций, выделяется из семян безвременника. Извлекать его оттуда довольно трудно, да и семян это растение дает не много. Правда, для экспериментов нужны были микроскопические дозы алкалоида. Но для широкой постановки опыта требовались и соответствующие масштабы.
Начались поиски химических заменителей колхицина. Фенантренная основа молекулы колхицина подсказала академику И. Шмуку где искать. Он предположил, что в ряду карбоциклических соединений есть вещество, подобное колхицину. Так и оказалось. Из нафталина и бензола был выделен аценафтен. В растворе он вел себя достаточно инертно. Зато в кристаллическом состоянии производил мутагенный эффект. Правда, аценафтен действует медленнее колхицина. Но это было на руку исследователям. Можно было получше изучить процесс мутагенеза.
…Вот охлажденная клетка помещена во влажную камеру. Чем теплее в ней, тем скорее происходит деление клетки.
В камере растение обрабатывается колхицином или его производными — аценафтеном, хлористым сангуннарином, гаммексаном, линданом и другими. Они действуют быстро и весьма эффективно. В результате в камере образуется достаточно много полиплоидных клеток. Некоторые из них способны к размножению, большинство же погибает, так как колхицин и другие химические вещества — это яды для растительного организма.
Яды. Опять это слово. Но почему именно они мутагены? Ничего в этом удивительного нет. Яд, как мы видели, бывает и лекарством и стимулятором. Для большинства организмов мутаген — яд. Все же примерно пятая часть изменений, которые химический мутаген вызывает у растений и микроорганизмов, полезна.
Попадая в ДНК, мутаген поражает информационный центр, мешает ему отдавать распоряжения. Иногда он вносит хаос в построение новой жизни в клетке. А иногда неожиданно попадает в ее ритм, ускоряя ее и перестраивая, но не нанося смертельного удара.
Доктору биологических наук И. Раппопорту посчастливилось открыть несколько химических мутагенов — диэтилсульфат, этиленамин, нитрозоалкилмочевину и диазоцетилбутан.
Любопытно, что активные группы последних веществ входят и в состав природных ядов — митомицина, стрептозотоцина и азасерина.
Мутагены Раппопорта позволили осуществить поразительный эксперимент. На лабораторном столе в Институте химической физики была «прокручена» эволюция нескольких видов растений. Воздействуя на пшеницу сорта «украинка», ученые получили из нее сразу два новых подвида. Один из них по всем признакам походил на подвид «компактум». Другой ничем не отличался от индийской пшеницы. В третьем случае была получена химера. Химерный мутант сочетал в себе признаки сразу двух различных видов: лист и соломина короткие, как у «тритикум сферококкум», а колос как у иранских мягких пшениц.
