Ответственность биолога. Генетика, эволюция, человек. Часть 1.

01.05.200749740
Первая часть стенограммы публичной лекции, которую Сергей Георгиевич Инге-Вечтомов, академик Российской академии наук, заведующий кафедрой генетики и селекции Санкт-Петербургского Государственного университета, вице-президент Вавиловского общества генетиков и селекционеров прочитал 25 апреля 2007 года в пресс-центре информационного агентства «Росбалт». Встреча состоялась в рамках проекта ИА «Росбалт» [url=www.rosbalt.ru/wtt]«Мировые интеллектуалы в Санкт-Петербурге»[/url].

История упущенных возможностей
Первое, что я хочу произнести – есть целый ряд проблем, с которыми сталкиваешься постоянно, и вот – попытка некоторых обобщений с позиции университетского профессора. К сожалению, я буду употреблять некоторые специальные термины, но я обещаю, что буду это делать как можно реже, с тем, чтобы меня можно было понять.

Этот год богат на юбилеи генетиков – наших соотечественников. Юрию Александровичу Филипченко исполняется 125 лет, Вавилову – 120 лет, и моему непосредственному учителю Михаилу Ефимовичу Лобашову исполняется 100 лет. Все эти крупные ученые работали в нашем городе и много способствовали его научному авторитету и всемирной славе. Это не все люди, юбилеи которых можно отмечать в этом году. В частности, 100 лет исполнится академику Николаю Петровичу Дубинину, но он москвич, поэтому мы найдем другой повод поговорить о Н.П.Дубинине.

Итак, почему первым словом после «ответственность биолога» стоит слово «генетика»? На мой взгляд, именно генетика – это то, без чего невозможно представить себе современную биологию, да и всю современную человеческую культуру. Это – наиболее быстро развивающаяся область биологии, это символ современной биологии. Спрашивается, почему так обстоит дело?

Во-первых, потому, что генетика сыграла решающую роль в превращении биологии в науку (если быть более вежливым, то нужно говорить – в точную науку). Здесь следовало бы сделать отдельное отступление о том, что такое наука, в чем суть научного метода, но это нас очень далеко уведет, поэтому на этом я останавливаться не буду и скажу проще, что в конце концов наукой считается та область человеческой деятельности, где гипотезы, результаты и предсказания в той или иной форме оформляются математически. Ну, и если говорить грубо и просто, то всегда возникает вопрос: а что считать будем? То есть если есть, что считать, можно применять и математические методы. Более красиво и научно это обозначается словами «там, где есть количественные методы, где есть количественные закономерности, оценка достоверности» и так далее.

Много поколений великих людей говорили о том, что наукой можно считать только ту область, которая выражает свои закономерности в виде математических формул. С физикой и химией где-то уже во второй половине 19 века ситуация в этом отношении обстояла гораздо более благополучно, чем с биологией, а с биологией вплоть до начала 20 века в общем нельзя было говорить, что биология – это наука, тем более точная. В этой связи и встает вопрос о значении вклада в науку Грегора Менделя. Не будем останавливаться на его судьбе как монаха – это отдельная история, не менее интересная, чем его судьба в науке. В 1865 году Мендель опубликовал то, что впоследствии вошло в науку под названием законов Менделя. Но для того, чтобы человечество осознало, что же такое сделал Мендель, понадобилось еще 35 лет.

Только в 1900-м году трое ученых в трех разных странах вновь открыли законы Менделя, и вот тогда поумневшее человечество поняло, что произошло ранее и почему Мендель – действительно великий ученый. Мендель фактически сформулировал представление о том, что мы теперь называем генами, хотя тогда слова такого еще не было.

Вторым крупнейшим вкладом в развитие генетики были открытия Томаса Ханта Моргана и его школы. Причем произошло это в период одной пятилетки, с 1909 по 1914 год. За это время была сформулирована хромосомная теория, согласно которой гены находятся в хромосомах клеточного ядра. Морган предложил первую теорию гена, сформулировал первое представление о том, что же такое ген как материальная структура и как наименьшая единица наследственной информации. Кроме того, была разработана соответствующая методология, которой пользуются по сей день. Эта линия развития генетики – поиск дискретных носителей генетической информации, то есть поиск самих генов.

Наряду с этими открытиями очень важно было доказать непрерывность воспроизведения живых систем. Этот ряд открытий также восходит к середине 19 века, как и открытия Менделя, и связан с обоснованием и развитием клеточной теории. Прежде всего – Рудольф Вирхов, который в своей «Целлюлярной патологии» в 1858 году произнес фразу “omnis cellula e cellula”, «клетка – только от клетки», т.е. клетки появляются только путем самовоспроизведения.

Примерно в то же время, в 1861 году, Луи Пастер был удостоен премии Парижской академии наук за свой «Мемуар о живых тельцах, находящихся в атмосфере».

Это – главные события, которые символизировали это направление исследований. Только после работ Вирхова и Пастера крысы и мыши перестали появляться из грязного тряпья, а угри – образовываться из морского ила. Т.е. стало ясно, что жизнь не самозарождается (в наше время, о других временах – отдельный разговор), а существует как непрерывный ряд воспроизведений. Эта идея настолько овладела умами биологов, прежде всего – цитологов, эмбриологов, что появились разные модификации этой идеи – скажем, ядро – только от ядра (имеется в виду клеточное ядро), хромосома – только от хромосомы.

И, наконец, в нашей стране в 1928 году Николай Константинович Кольцов сформулировал принцип “omnis molecula e molecula”. Имелись в виду, конечно, не всякие молекулы – это не сахара, не соли, не какие-то ионы, а так называемые макромолекулы, к которым мы относим белки и нуклеиновые кислоты. Кольцов предложил принцип, который фактически является формулировкой матричного принципа самовоспроизведения биологических макромолекул. Но Кольцов верил, что хромосомы прежде всего представлены белковыми молекулами, что носителями генетической информации являются именно белки. Как он сам писал, «трудно представить себе, что такая простенькая молекула, как ДНК, является носителем наследственной информации». Поэтому он всё связал с белками. В этом он был не прав, но в формулировке матричного принципа он был совершенно прав, и это остается справедливым вплоть до нашего времени.

Подытоживая это краткое введение, скажу, что теория гена и матричный принцип – это, наверное, главные завоевания биологии 20 века.

В нашу страну генетика пришла с опозданием, и это вообще драматическая история. Я бы назвал ее историей упущенных возможностей – боюсь, что это высказывание касается не только генетики и биологии. Не будем так широко всё обобщать, но на примере биологии это видно очень хорошо. Вот несколько примеров.

В 18 веке, еще при государыне Екатерине, на Аптекарском огороде (ныне это Ботанический сад Российской академии наук) работал немец по происхождению, но скорее – гражданин мира Йозеф Готлиб Кольрейтер, который в 1772 году в «Трудах Санкт-Петербургского Вольного экономического общества» опубликовал свою статью «О выведении новаго табаку». Фактически Кольрейтер был и официально признан первым предшественником Менделя (Кольрейтер скрещивал разные сорта табака в 18 веке, а Мендель – это уже 19 век).

Второй пример. Еще до переоткрытия законов Менделя, когда человечество еще не стало столь просвещенным и не понимало, сколь велик был этот чешский монах, в 1874 году Иван Федорович Шмальгаузен, отец нашего знаменитого эволюциониста Ивана Шмальгаузена, в своей магистерской диссертации (то есть примерно представляете возраст этого молодого человека?) не только цитировал работу Менделя, но и дал ее полнейший анализ и восхищенно объяснял читателям, чем же велик Мендель.

И, наконец, в-третьих. В 1899 году академик Санкт-Петербургской императорской академии наук Сергей Иванович Коржинский сформулировал теорию гетерогенеза – то же самое, что мутационная теория де Фриза, сформулированная уже в 1901 году. В основу той и другой теории было положено представление о резких, скачкообразных изменениях, о мутациях. Более детально об этом можно поговорить в дальнейшем, если вопросы возникнут. Официально мутационная теория так и называется: теория Коржинского – де Фриза, даже в американских источниках, так что всё это достаточно объективно.

Почему я всё это говорю? Эти три события – они никак не повлияли на развитие нашей отечественной биологии. То есть мы ходили очень близко к тому, чтобы в начале 20 столетия у нас развивалась генетика, а следовательно – количественная биология, как и во всем остальном мире.

Генетика пришла в Россию только в 1914 году – есть определенные события, по которым мы отмеряем этот этап, но и далее она развивалась не очень гладко, как вы, наверное, знаете. Хотя надо сказать, что, придя в Россию, генетика – наша, отечественная – в основном развивалась после 1917 года, это уже успехи нашей, советской генетики, если можно так выразиться. И действительно, наша генетика очень быстро, уже к середине 1920-х годов, достигла очень хорошего уровня и на мировом уровне была очень авторитетна.

Но к концу 30-х годов начались так называемые дискуссии – в биологии и не только в биологии, которые закончились активной посадочной кампанией, в том числе и среди биологов, и многие ведущие умы, многие ведущие биологи, особенно генетики, были физически уничтожены. А ведь уже в 1919 году в нашей стране, в нашем городе возникла первая кафедра генетики. Ее основал Юрий Александрович Филипченко – фактически, дедушка нашего поколения исследователей. В 1921 году в нашем городе начинает работать Николай Иванович Вавилов – в будущем ВИРе. Тогда эта организация называлась «Бюро по прикладной ботанике и селекции». Тем самым в нашем городе сформировалась одна из основных генетических школ нашей страны (вторая – в Москве, под руководством Николая Константиновича Кольцова).

В общем, было откуда падать нашей биологии, и в соответствии с законами черного юмора нашу генетику от полного разгрома спас только Гитлер, потому что началась Великая Отечественная война. Другие проблемы вышли на передний план, было уже не до биологов. Но после войны состоялась сессия ВАСХНИЛ 1948 года, и уже никому ничего не нужно было объяснять. Нужно было только спросить: «А вы помните, где Вавилов? А вы помните, где Карпеченко?» – и биологи дружно соглашались, что да, Лысенко – великий человек, а мичуринская биология – это последний писк научной моды. Так что приход генетики в нашу страну и ее дальнейшее развитие были связаны с весьма драматическими ситуациями.

И, опять же, зачем я всё это здесь говорю? А затем, что последствия того, что целое поколение молодых людей было лишено возможности изучать нормальную биологию, мы расхлебываем по сей день. И отражением этой ситуации является расхожая фраза, очень часто встречающееся словосочетание «биология и генетика». Вот этот союз «и» выдает нас с головой и показывает, что многие люди не считают, что генетика есть квинтэссенция современной биологии – это нечто, соединяемое с биологией через союз «и». Что неверно.

Однако вернемся к генетике – классической генетике. Относительно всех этих политических игр мне бы не хотелось вдаваться в бОльшие подробности, по крайней мере, сейчас, хотя это ружье в конце тоже выстрелит.

Классическая генетика и методология генетического анализа разработана в первую очередь Менделем и Морганом (далее можно было бы добавить длинный список имен, но сейчас мы занимаемся не историей генетики, у нас другая задача). Так или иначе, эти методы обогатили методы селекции растений и животных. Пример тому – это колоссальная работа, которую проводил Н.И.Вавилов до того, как его арестовали в 1941 году и он скончался от голода в саратовской тюрьме. Так или иначе, методы классической генетики изменили и представление о медицине, которая теперь была вынуждена считаться с многочисленными наследственными болезнями, а их – несколько тысяч, и это явно не укладывалось в представление о том, что все болезни имеют социальное происхождение. Не все болезни имеют социальное происхождение, некоторые мы наследуем от наших предков. Нужно учитывать, что наследственные болезни неизлечимы и в наши дни (к этому мы еще вернемся).

Середина 20 века ознаменовалась еще одним важным прорывом – расшифровкой структуры дезоксирибонуклеиновой кислоты, или ДНК. Авторы этого открытия (не все, но главные) – Уотсон и Крик. Джеймс Уотсон жив, и дай бог ему здоровья, хотя он уже достаточно старенький, а Френсис Крик, которого, несомненно, справедливо называют гением биологии 20 века – это действительно был гений, который ни разу в своих научных работах не ошибся (а это редкий случай) – к сожалению, уже скончался. Эти люди были удостоены Нобелевской премии в 1962 году за раскрытие структуры ДНК.

В итоге Френсис Крик сформулировал так называемую центральную догму молекулярной биологии. Первоначально, в довольно простой форме, он сделал это в 1958 году, а окончательная формулировка была им представлена в 1970 году. Центральную догму молекулярной биологии обычно трактуют как перенос информации в живой клетке, более осторожно – как перенос генетической информации в живой клетке. Слово «информация» вообще очень скользкое и обязывающее, и здесь оно употребляется неадекватно. Именно поэтому в последние годы появляется довольно много любителей критиковать центральную догму, потому что в кибернетическом смысле эта схема не выдерживает критики. Да, действительно, поток информации может быть не только от РНК к белкам, но и от белка к РНК. Но это – поток информации. Если же рассматривать эту схему как квинтэссенцию матричного принципа в биологии, тут никто никогда не придерется к этой самой схеме центральной догмы.

Что означают эти стрелочки? Сплошные стрелки показывают перенос структуры одного биополимера на структуру другого биополимера: один кодирует другой. Круглые стрелочки показывают способность биополимера к самовоспроизведению, а пунктирные стрелки говорят о том, что в клетке это бывает, но довольно редко. Справедливость этой схемы не поколебало даже открытие так называемой белковой наследственности (может быть перенос некоей структурной информации между белками). Хотя в действительности, в соответствии с принципами Крика, белок не может самовоспроизводиться, но предавать свою конформацию – характер своего складывания – с одних молекул на другие он может. Это отдельный разговор – он касается того, что вы хорошо знаете из прессы как прионы, коровье бешенство и всякие тому подобные страсти.

Итак, с середины 20 века генетика стала биохимической, затем – молекулярной, люди научились изучать первичную структуру ДНК – то, что называется «секвенировать ДНК», т.е. расшифровывать ее sequence – последовательность, научились резать-клеить молекулу ДНК, создавая новые гены «в пробирках», возвращать их обратно в живую клетку, на базе этих методов возникла генная инженерия и современная биотехнология, которая конструирует организмы, обладающие свойствами, которыми они ранее в природе не обладали.

Отражением быстрого прогресса в этой области в наши дни стали излишне обостренные споры, дискуссии вокруг генетически модифицированных организмов. Из генетики выросла новая область биологии – геномика, которая исследует последовательности ДНК самых разных организмов, сравнивает их между собой и изучает структуру и функционирование этих самых нуклеотидных последовательностей.

Говоря по секрету, геномика – это уже не генетика. Это уже некий технологический прорыв в сопредельную область. Но есть вещи, которые даже геномика без генетики сделать не может – об этом тоже может быть отдельный разговор.

Вот так, галопом по Европам в двух словах я кратко представил историю генетики и попытался показать, что это действительно наука, которая находится в центре событий, которыми занимается биология.

Продолжение: Генетика, эволюция, этика
Интернет-журнал «Коммерческая биотехнология» http://www.cbio.ru/

Ваш комментарий:
Только зарегистрированные пользователи могут оставлять комментарии. Чтобы оставить комментарий, необходимо авторизоваться.
Вернуться к списку статей