Путешествие в страну микробов - Бетина Владимир (чтение книг TXT) 📗
Р. Галло из Национального онкологического института в Бетесде (США) получил тот же фермент из лимфоцитов трех пациентов, страдающих лимфоцитарным лейкозом. Исследовав действие некоторых соединений на этот фермент, он установил, что антибиотик рифампицин снижает активность фермента (в лабораторных условиях, в пробирке) на 50 %. А один из производных рифампицина — диметилрифампицин — полностью «блокирует» действие фермента.
Конечно, еще рано праздновать победу над лейкозом. Но одно несомненно: успехи молекулярной биологии в этом направлении могут привести к важным практическим результатам.
Та форма «состязания», которая наблюдается сейчас в среде ученых, должна была бы, как нам кажется, превратиться в сотрудничество. Прав Спигелмен, который сказал, что следовало бы больше думать о защите страдающих от белокровия детей, чем о времяпрепровождении ученых в Стокгольме после получения ими Нобелевской премии.
Таково было в общих чертах положение дел к концу 1970 года. Но наука не стоит на месте. В конце января 1971 года в Лондоне состоялся симпозиум, регулярно созываемый Международной организацией ЦИБА. На симпозиуме опять выступил Спигелмен и опять с неожиданными сообщениями.
Он доложил о результатах исследований нескольких сотен образцов клеток из различных форм раковых образований у человека; в каждом из них присутствовала полимераза ДНК, связанная с РНК. В здоровых клетках взрослых людей фермент не был найден ни в одном случае. Работы Спигелмена и его коллег доказал и, что при помощи фермента можно не только диагностировать лейкоз, но и следить за процессом лечения и выздоровления.
Второе сообщение имело еще более важное значение. Спигелмен получил этот фермент в чистом виде из РНК онкогенных вирусов, ему удалось также получить фермент и из клеток больных раком. Но эти два фермента оказались различными! Значит, фермент, найденный в раковых клетках человека, не вирусного происхождения, как считали ранее.
Однако на самую большую неожиданность Спигелмен наткнулся перед публикацией своих последних наблюдений. Стремясь исследовать некоторые другие нормальные клетки, чтобы установить, не присутствует ли все-таки в них этот загадочный фермент, он исследовал ткани человеческого плода (выкидыша). Результат был подобен разорвавшейся бомбе — клетки эмбриона содержали тот же фермент! Действительно, неожиданный поворот событий! Удивительные ферменты, которые, как полагали, проникают в тело человека с вирусными частицами и имеют какую-то связь с раком, вдруг обнаружены в зародыше человека.
Какие же выводы можно сделать из этих фактов? Конечно, мы не должны забывать, что существуют различные, очевидно специализированные, типы полимеразы ДНК. Во всяком случае, присутствие фермента в раковых клетках человека и в клетках человеческого зародыша едва ли стоит связывать с вирусами. Вполне возможно, что в наборе человеческой клетки есть и такие гены, которые несут в себе «генетическую информацию» для синтеза этого фермента. Быть может, в нем нуждается каждая клетка, которой предстоит быстрый рост и размножение, а такими клетками как раз и являются клетки плода и опухолевые клетки.
Дальнейшие предсказания Жакоба и Моно
Первое предсказание об информационных РНК оказалось справедливым. Но Жакоб и Моно высказали еще одно предположение, которое также понемногу подтверждается. Согласно изложенному представлению, структура ферментов закодирована в молекулах ДНК. Но бактериальная клетка и в синтезе ферментов должна «поступать рационально». X. Э. Умбаргер со своими сотрудниками показал, что бактерии способны прекращать синтез ферментов, необходимых для образования той или иной аминокислоты, когда ее количество достигнет определенного уровня.
Жакоба и Моно заинтересовало, однако, другое явление. Бактерии Escherichia coll обладают многими любопытными свойствами. Так, они способны использовать молочный сахар — лактозу. Но для его потребления им необходимо три фермента. Назовем их А, Б и В. Было установлено, что эти ферменты вырабатываются только тогда, когда в питательной среде находится лактоза. Если заменить ее другим видом сахара, например глюкозой, ферменты А, Б и В в клетках не образуются. Но стоит нам перенести их в среду, содержащую лактозу, и через какую-то минуту в нашем распоряжении будут все три фермента.
Регулирующее действие оперона лактозы. Регулирующий ген i определяет с помощью иРНК возникновение репрессора, который связывается с оператором о и препятствует образованию ферментов (слева). В присутствии индуктора репрессор отделяется от оператора, в результате чего становится возможным образование ферментов. Промотор р необходим, чтобы дать импульс к синтезу иРНК. управляющих образованием ферментов (справа)
Этот интересный факт Жакоб и Моно попытались объяснить существованием «репрессора». Что же такое репрессор? По представлению этих ученых, основную роль в синтезе ферментов А, Б и В играют пять взаимосвязанных генов. Первый из них, регулятор, содержит в себе «рецепт» синтеза сравнительно простого соединения — репрессора. На других участках хромосомы размещаются остальные четыре гена, функционирующие как «опероны». Один из этих генов называется оператором, остальные — структурные гены А, Б и В, в которых находятся «рецепты» изготовления ферментов А, Б и В. Их деятельность, однако, контролирует оператор, выступающий в качестве «заведующего производством». Когда оператор свободен, структурные гены могут работать; иначе говоря, на цепочках их ДНК может осуществляться синтез трех соответствующих иРНК, которые передают «рецепт» получения трех ферментов рибосомам. Если же оператор занят, структурные гены не могут работать, оперон (как целое) бездействует и ферменты не вырабатываются. Регулирование активности оператора обеспечивает молекула репрессора. Если лактозы нет в среде, репрессор присоединяется к оператору и производство трех ферментов прекращается. Как только в среде появляются первые молекулы лактозы, положение меняется. Молекулы лактозы присоединяются к репрессору и изменяют его так, что он отделяется от оператора. Освобожденный оператор «дает импульс» к выработке ферментов, и структурные гены при посредничестве трех иРНК контролируют этот процесс. Полученные ферменты А, Б и В начинают свою деятельность и изменяют имеющуюся лактозу. Наконец молекул лактозы остается так мало, что они не в состоянии блокировать действия репрессора, молекулы которого возвращаются на свое прежнее место к оператору. Цикл, таким образом, замыкается. С присоединением репрессора к оператору дальнейшее образование ферментов А, Б и В становится невозможным, в них отпадает надобность, так как лактозы в среде уже нет.
Первые результаты проверки гипотезы Жакоба и Моно были получены в США. Двое ученых, У. Джилберт и Б. Мюллер-Хилл, еще в 1966 году доказали существование репрессора лактозы, который удалось выделить из бактерий. Оператором была ДНК, репрессором — белок. Годом позже М. Пташне из Гарвардского университета открыл еще один репрессор, связанный с ДНК бактериофага к и блокирующий передачу генетического кода соответствующей РНК. А в 1968 году группа ученых из Рокфеллеровского университета показала, что у бактериофагов с ДНК, замененной на РНК, функцию репрессора может выполнять белковый «футляр» вируса. В 1970 году ученому миру стало известно, что Дж. Бекуитс из Гарвардского университета выделил из бактерий оперон лактозы. Фотографии, сделанные при помощи электронного микроскопа, должны были убедить всех сомневающихся в реальности полученных данных. Мало того, через некоторое время из другой лаборатории пришла новая волнующая весть: выделенный из бактерий оперон лактозы управляет синтезом и в искусственных условиях, если только присутствуют аминокислоты и весь «производственный аппарат» для синтеза белков.
