Химическая природа хромосом и химический мутагенез

С тех пор как ученые перестали думать о генах как о бусинках, нанизанных на ниточки, а начали искать те молекулярные структуры, которые слагают зти бусинки, генетика стала молекулярной.

Исчисление молекулярной генетики принято начинать с 1953 года, когда английский физик — Фрэнсис Крик и американский биолог Джеймс Уотсон — обнародовали свою гипотезу молекулярной организации полимера дезоксирибонуклеиновой кислоты. Но это — заблуждение.

Передо мною четвертый номер «Бюллетеня Московского общества испытателей природы» за 1965 год со статьей академика Н. К. Кольцова «Наследственные молекулы». Написана она давно, более тридцати лет назад, но кажется, будто автор говорит об открытиях сегодняшнего дня. Еще в 1927 году Кольцов высказал мысль, что в хромосомах могут находиться огромные полимерные молекулы. По его представлениям, в одной хромосоме укладывается одна невероятно длинная молекула, а вдоль нее располагаются отдельные группировки атомов — гены.

При делении клеток, когда хромосомы удваиваются, такие молекулы, по мнению Кольцова, не создаются заново из отдельных кусков, а сначала достраивают на себе точные копии, а затем исходная молекула и копия разойдутся вместе с дочерними хромосомами в образующиеся заново клетки. «Мы не в состоянии рассчитывать на искусственный синтез даже определенного октокайдекапептида*,— писал Кольцов,— так как последний имеет триллион изомеров...» «Сложные молекулы не могут создаваться в организме заново ...всякая (конечно, сложная органическая) молекула возникает из окружающего раствора только при наличии уже готовой молекулы, причем соответствующие радикалы помещаются путем аппозиции (ван-дер-ваальсовыми силами притяжения или силами кристаллизации) на те пункты имеющейся налицо и служащей затравкой молекулы, где лежат такие же радикалы».

Этот рисунок сделан Н. К. Кольцовым.
Он объясняет его гипотезу о делении хромосом.

Эти слова сделали бы честь любому ученому наших дней, но в те времена они были встречены в штыки. Химики еще не знали ни одного соединения такого типа, физики были плохо знакомы с силами, управляющими формированием полимеров, а биологам проще было думать o генах как о бусинках, но не как о строго упорядоченных скоплениях атомов. Однако время показало, что Кольцов был прав.

Пытаясь понять работу генов, их устройство с молекулярной точки зрения, Кольцов уже в те годы понимал, что если ген — химическая структура, то с помощью химических же взаимодействий можно попытаться вступить в общение с геном. И вот у молодого сотрудника Кольцова — Владимира Владимировича Сахарова появилась тема: «Изучение влияния на мутационный процесс некоторых сильно реагирующих соединений».

В 1931 году В. В. Сахаров по совету Кольцова приступил к опытам. Известно, что галогены наиболее активные элементы. Они готовы вступить в реакцию с любой первой встречной молекулой. Сахаров решил с их помощью вызвать реакцию гена, заставить мутировать гены под влиянием раствора йода. Йод плохо растворяется в воде, но хорошо - в йодистом калии. Приготовив 10% раствор йода в йодистом калии, Сахаров опустил в него яйца дрозофилы и через короткие интервалы времени (от 1 до 25 минут) выбирал их из раствора и переносил в пробирки с обычным кормом.

Спустя некоторое время из яиц развились мухи. Тогда исследователь проверил, увеличилось ли число мутантов в потомстве от обработанных самок по сравнению с потомством необработанных. В первом опыте он изучил 2186 мух первого поколения и 4303 мухи второго поколения и соответственно 984 и 4499 контрольных мух.

Среди потомства, развившегося из обработанных йодом яиц, встретилось четыре мутанта. В контроле их не было. Применив более точный анализ учета мутантов, Сахаров показал, что с помощью химического воздействия можно заставить гены мутировать во много раз чаще.

Вслед за Сахаровым химическим мутагенезом занялись многие ученые. Через двенадцать лет Олкерс обнаружил, что обработка растений уретаном вызывает хромосомные мутации; еще через три года Шарлотта Ауэрбах и Робсон сообщили о мутагенном действии горчичного газа. Тот же 1943 год положил начало известным опытам Иосифа Абрамовича Рапопорта по исследованию химических мутагенов — веществ, ускоряющих мутационный процесс во много раз.

*Октокайдекапептид — белок, составленный из восемнадцати аминокислот.