Ирина Лагунина: Величайшие биологические открытия ХХ века не только помогли понять тайну передачи наследственной информации, но и породили несколько утверждений, названных «биологическими догмами». Однако в последние годы большинство из этих «догм» подверглись серьезным дополнениям и расширениям. О том, как изменились представления ученых о «центральной догме молекулярной биологии», сформулированной одним из первооткрывателей ДНК Фрэнсисом Криком, рассказывает доктор биологических наук, ведущий научный сотрудник Палеонтологического института РАН Александр Марков. С ним беседует Ольга Орлова.
Ольга Орлова: Александр, когда критикуют научное познание мира, очень часто используют в качестве аргумента утверждение о том, что в науке нет ничего вечного, на что можно было бы опереться. Отсюда знаменитое выражение: не спешите опровергать ученых, ибо они сами всегда себя опровергают быстрее даже, чем люди ожидают этого порой. Что такое догматизм в науке? Давайте поговорим об этом на примере биологии.
Александр Марков: Да, действительно, вы совершенно правы, что это любимый аргумент борцов с наукой, которые пытаются по тем или иным причинам опровергать достижения науки, что научные течения все время меняются в отличие от религиозных и при этом совершается передергивание. Потому что это как раз признак настоящего развивающегося знания, что оно все пересматривается, меняется, потому что ученые создают более точные модели окружающего мира и, естественно, происходит пересмотр представлений. Однако при этом настоящих революций, когда приходится отбрасывать прежние взгляды, на самом деле очень мало, всегда есть огромный элемент преемственности. То есть речь идет о расширении, дополнении, уточнении имеющихся знаний. А вот догматизм как таковой, то есть приверженность каким-то закоснелым догмам, теориям, невзирая на новые факты, которые уже не укладываются в эти теории, такой догматизм науке противопоказан, хотя, к сожалению, иногда подобные явления наблюдаются в развитии науки. В 20 веке в науке не все было благополучно по части догматизма, но на это были свои довольно объективные причины. Я хотел бы рассказать о нескольких скороспелых догмах, которые сложились в биологии примерно в середине 20 века.
Ольга Орлова: А с чем было связано возникновение этих догм?
Александр Марков: Возникновение догм было связано с величайшими открытиями, которые были в это время совершены. Собственно мы знаем, что в средин прошлого века в биологии произошла настоящая революция, когда после долгих многолетних усилий ученым удалось расшифровать тайну наследственности, материальную природу наследственности, была расшифрована структура ДНК, и через несколько лет после этого совместными усилиями ряда ученых расшифрован генетический код, стало понятно, как передается наследственная информация, как она реализуется в живой клетке, как закодировано строение белков, строение ДНК. И эти открытия были настолько долгожданными, настолько важными, что они произвели очень сильный психологический эффект на научное сообщество, возникло нечто вроде эйфории кратковременной, когда казалось, что все, мы поняли главную тайну жизни и все теперь станет ясно. Но в действительности оказалось, что эти открытия не дали окончательных ответов на все вопросы, они только сыграли роль волшебного ключика, который позволил открыть дверь в некий большой лабиринт, который продолжается за этой дверью, который надо исследовать. Короче говоря, получилось так, что ряд идей, быстро оформившихся вокруг этих открытий, сразу без проверки временем получил статус окончательных истин, фактически они были догматизированы. Но, к счастью, ненадолго. Дальнейшее развитие науки показало, что эти утверждения имеют не абсолютный характер, ограниченный.
Ольга Орлова: Давайте так расскажем об опровержении этих догм по прядку, как это происходило, как это формировалось, откуда брались эти утверждения.
Александр Марков: Я хотел бы сказать, что во всех случаях речь идет, конечно, не об опровержениях. Это примерно ситуация как ньютоновской и эйнштейновской физикой.
Ольга Орлова: Когда выясняется, что есть такие пространства, где законы Ньютона перестают действовать, а начинают действовать другие законы. И речь идет фактически о расширении.
Александр Марков: То есть старый закон, ранее установленный, оказывается не абсолютным, оказывается частным случаем какого-то более общего закона. Так же и здесь. То есть опровержений как таковых нет. Есть люди, страдающие дискретным мышлением, которые мыслят категориями да – нет, истинно – ложно. С точки зрения таких людей любое исключение из правил будет опровержение, будет крах этого правила. На самом деле в биологии это совершенно не так, в биологии нет правил без исключения, как выясняется.
Ольга Орлова: В любой грамматике то же самое. Так что же это за догмы?
Александр Марков: Первая из них, самая известная – это так называемая центральная догма молекулярной биологии. Что интересно, ее стали официально называть догмой и это произошло с легкой руки Фрэнсиса Крика, одного из первооткрывателей структуры ДНК. Правда, впоследствии сам Крик признался, что использование термина догма принесло больше проблем, чем оно того стоило.
Ольга Орлова: То есть он раскаялся.
Александр Марков: На самом деле Крик был молодой человек, я так понимаю, что он был не очень силен в филологии и лингвистике, он просто хотел подобрать слово посильнее. Он использовал довольно редкое в английском языке слово «догма», не учтя, что оно имеет еще и смысл закостенелого, не подлежащего изменению закона, как религиозная догма. Содержание этого правила, этого закона состоит в следующем, что наследственная информация передается от ДНК к белкам через стадию РНК в одном направлении. Записана наследственная информация в молекулах ДНК, потом она в два этапа считывается или реализуется. Первый этап называется транскрипция. Это переписывание информации с ДНК на молекулу РНК, которая выполняет роль посредника. Второй этап называется трансляция. Это когда на основе информации, записанной в молекуле РНК, происходит синтез белка точно в соответствии с инструкцией, которая записана в этой молекуле РНК, каждые три нуклеотида кодируют одну аминокислоту. Соответственно РНК и ДНК состоят из нуклеотидов, белки состоят из аминокислот. В эту центральную догму входило представление о том, что размножение, копирование наследственной информации происходит на уровне ДНК, происходит удвоение молекул ДНК. Но неверно было только одно – неверно было мнение о том, что никаких других путей для движения наследственной информации в клетке не существует и быть может - это было неверно, оказалось, что есть ряд других варрантов.
Ольга Орлова: И когда же это поняли?
Александр Марков: Это постепенно стали понимать, шаг за шагом. Вначале обнаружили, что наследственная информация может храниться не только в форме ДНК, но есть такие РНК-содержащие вирусы, у которых наследственная информация хранится в виде РНК. Вот первое исключение. Тогда подумали, что это экзотика, какое-то редкое исключение. Далее оказалось, что копироваться, удваиваться могут не только молекулы ДНК, но и молекулы РНК, что существуют специальный ферменты РНК-зависимые, РНК-полимеразы, которые осуществляют копирование молекул РНК. РНК тоже может размножаться так же, как ДНК. Еще более серьезным ударом по мнению о единственности такого пути стало открытие обратной транскрипции. Это процесс, который идет по сравнению с обычной транскрипцией в противоположную сторону, то есть переписывание информации с РНК на ДНК.
Ольга Орлова: А РНК откуда ее получает?
Александр Марков: Если у нас есть молекула РНК, там уже что-то записано.
Ольга Орлова: Но это было то, что РНК получила с ДНК до того?
Александр Марков: Происхождение РНК может быть любое на самом деле, она может происходить от ДНК, сначала на ДНК копируется молекула РНК, а потом с РНК переписывается обратно в ДНК. А бывает у ретровирусов, например.
Ольга Орлова: У которых уже есть информация.
Александр Марков: У них геном в форме РНК. Вирус ВИЧ, например, к этой группе относится. В этом случае информация, которая в этом геноме, переписывается в ДНК клеток хозяина.
Ольга Орлова: А что тогда происходит с ДНК в таких случаях?
Александр Марков: Пишется не как на компьютерном диске, мы стираем байты и пишем поверх них новые, нет. Синтезируется новый кусочек РНК и вставляется в молекулу ДНК или к концу приделывается, то есть прибавляется кусочек основы информации. Обратная транскрипция открывает массу возможностей непредвиденных центральной догмой, для эволюции в том числе.
Ольга Орлова: Это фактически способ даже конструкция ДНК, модуляции, если мы можем обратно записать. Достроить кусок.
Александр Марков: Потенциально открываются возможности для какого-то направленного изменения ДНК. Таким образом от центральной догмы остается процесс трансляции от РНК к белку, обратной трансляции не обнаруживается у живых организмов, то есть переписывание с белка в РНК - такого нет. Однако и здесь не все так однозначно, потому что теоретически и это возможно. Была высказана гипотеза, что такая трансляция могла существовать на заре человеческой жизни, что могло быть некое равновесие, то есть белки копировались в РНК, РНК копировались в белки.
Ольга Орлова: То есть вы имеете в виду тот период, когда существовал РНК-мир, в этот момент, когда предположительно не было ДНК, а были РНК и белки и в этот момент происходила ретрансляция.
Александр Марков: Совершенно верно. Это гипотеза, конечно. Японский исследователь в 2001 году экспериментально показал, что в принципе обратная трансляция возможна. Он искусственно синтезировал молекулу РНК, которая способна осуществлять определенные ключевые этапы вот этого гипотетического процесса обратной трансляции. То есть она находит определенную аминокислоту и приделывает соответствующие три нуклеотида к молекуле ДНК, которые кодируют эту аминокислоту.
Ольга Орлова: Это открытие какие возможности открывает для биологов?
Александр Марков: Пока только теоретический интерес. Потому что даже Насимото не смог сделать полностью процесс обратной трансляции, только отдельные кусочки, чтобы показать теоретическую возможность. Поскольку в природе этого нет и в эксперименте фрагментарно, пока никакого практического значения нет.
Ольга Орлова: А зачем это стоило делать? Если, например, он бы смог это сделать, ученые научились бы делать от белков передавать информацию в РНК, чего можно было бы добиться?
Александр Марков: Хороший вопрос. Но это пока для авторов фантастических романов. Здесь открывается возможность, например, для развития хорошего ламарковского наследования приобретенных признаков. На самом деле последствия подобных открытий очень трудно предсказать. Кто бы мог подумать, что открытие обратной транскрипции, о которой мы говорили, к чему приведет? Ведь на обратной транскрипции основаны важнейшие методики изучения ДНК, геномов и так далее.
Ольга Орлова: Да, но если бы поставили технологию передачи от белков к РНК, то это вообще удивительно. То есть ты получаешь организм, обучаешь его чему-то, он приобретает каике-то признаки, свойства, я уже не говорю, какой богатство - заказ на детей, люди могли бы заказывать себе потомство.
Александр Марков: Конечно, не все так однозначно, не все приобретенные признаки отражаются на структуре белков.
Ольга Орлова: Внешний вид, например, можно было бы заказывать.
Александр Марков: Боюсь, что не так все просто. На самом деле вряд ли.
