Молекулярные ювелиры

Размер одной из самых гигантских молекул — молекулы ДНК — огромен, ее длина достигает 2 м. Однако диаметр ДНК не превышает 20 Å5. Представляя собой полимер, она состоит из нескольких сотен тысяч мономеров, называемых нуклеотидами, комбинаторика которых составляет гены, обеспечивающие необходимый запас и передачу информации, включающей все разнообразие признаков, характерных для данного вида.

Открытие Ф. Криком и Д. Уотсоном структуры ДНК сделало понятным молекулярный механизм мутаций, в том числе и вызываемых ионизирующей радиацией. Он состоит в выпадении отдельных оснований из состава нуклеотидов или вставке лишних единиц в молекулу ДНК, в результате чего искажается правильное считывание и синтез новых соединений. Познав причину мутаций, ученые сразу решили использовать последние во благо человека. Возникла почти фантастическая область знаний — генная инженерия. Ее конечные задачи определяются самим названием. Речь идет о конструировании гена, или, иными словами, об управлении наследственностью.

Не будем касаться этической стороны данного вопроса, предоставив это любителям бесплодной полемики, во-первых, по причине крайней отдаленности его приложения к человеку, а во-вторых, в согласии с мудрыми словами К. Гробстайна: «Прошлое создавало свои понятия, осмысливая то, что оно лишь смутно ощущало за всем этим,— понятия, порожденные невежеством и окрашенные предрассудками. Настоящее заставляет нас отказаться от старых, традиционных понятий, потому что будущее должно быть основано на глубоком знании стратегии жизни, которое будет использоваться все более сознательно».

Покажем лишь на отдельных примерах сегодняшнего дня, заимствованных из книги В. Н. Сойфера, необозримые перспективы молекулярных ювелиров будущего.

Генетики, используя методы получения мутаций, закрепления их и последующей селекции, вывели новые, невиданные расцветки норок; в 1963 году на аукционе в Нью-Йорке ставшая королевой рынка зеленая норка побила все рекорды стоимости — 400 долларов за шкурку!

Я. Л. Глембоцкий, подвергнув генетическому анализу причины гибели серых каракулевых овец (ширази), предложил эффективный селекционный выход из этого положения. И теперь ширази разводятся без особого труда.

Почти на 40% повысился выход натурального шелка благодаря ювелирному искусству генетика В. А. Струн-никова. Зная, что мужские коконы дают значительно больше шелка, чем женские, Струнников с помощью радиации принял решение осуществить дерзкий эксперимент — пересадить контролирующий темную окраску ген из одной хромосомы (аутосомы) в другую — половую хромосому. Задумано и сделано (легко сказать, на самом деле ученый затратил на эту операцию титанический труд); ген темной окраски перекочевал в женскую хромосому, и тепёрь только женские коконы окрашены в темный цвет. Фотоэлементу, вмонтированному в нехитрую машину, оставалось лишь сортировать грену шелкопрядов на темную и светлую — светлая была мужской .и ее оставляли для получения тяжелых коконов.

Колоссальные успехи имеет радиационная генетика в сельском хозяйстве.

Ее методами выведены высокоурожайные кустовые формы ячменя и фасоли, ранее не встречавшиеся в природе. Почти вдвое повысилась урожайность мутанта Петкусской ржи. В Швеции выведены новые сорта гороха, пшеницы и фасоли. Многие радиационные сорта обладают неполегаемостью, устойчивостью к болезням и другими полезными свойствами.

В нашей стране ведутся работы по выведению радиационных сортов томатов, люпина и хлопчатника. Крупнейшие успехи достигнуты в селекции микробов, продуцирующих антибиотики. Удалось получить штаммы микроорганизмов, дающих в сотни и тысячи раз больше антибиотиков, чем их исходные формы.

Большую экономическую выгоду сулит получение и разведение полиплоидных (содержащих много хромосомных наборов) сортов растений, дающих вдвое больше товарной продукции. Уже сейчас освоены полиплоидные сорта гречихи, яблони, редиса, винограда, укропа, шпината, ржи, турнепса и сахарной свеклы.

Потрясающие результаты получены методом гибридизации, когда используют первое поколение от скрещивания растений чистых линий, наследующих признаки обоих родителей. Прибавка урожая по сравнению с исходными родительскими культурами составляет для различных растений от 25 до 80%. В США, например, в 1952 году прибыль от введения гибридной культуры составила 10 млн. долларов, а в результате гибридизации пшеницы поставлена задача довести ее урожай до 70— 100 ц/га.

Из-за малых земельных площадей особое развитие гибридизация получила в Японии. 70% земель Болгарии также заняты гибридными сортами.

Большие работы по внедрению гибридизации в практику сельского хозяйства проводятся и в нашей стране. Некоторые гибридные сорта подсолнечника содержат рекордное количество жира — до 56%. Выведены новые гибриды томатов, сахарной свеклы, кукурузы и других овощных культур. Наибольшая работа предстоит в селекции зерновых культур. Повышение содержания белка в зерне пшеницы на один процент обеспечит возможность прокормить в течение года 16 млн. человек; один дополнительный процент сахара в свекле позволит дополучать более 0,5 млн. т сахара.

Крайне перспективны гибриды первого поколения животных — крупного рогатого скота, овец, домашней птицы. Здесь, на смену бесшабашной лысенковщине, пришел трудоемкий, но научно обоснованный метод отбора и закрепления в потомстве находящихся под строгим генетическим контролем полезных признаков.

Радиобиологи широко используют линейных животных, их гибриды, чистые линии клеток, бактерий и их мутанты для проведения самых разнообразных экспериментов, направленных на познание фундаментальных закономерностей жизни. С помощью меченных радиоактивными изотопами тимидина и урацила, например, удается контролировать таинственный процесс образования живого — синтез ДНК и белка в отдельных клетках. В самое последнее время удалось объединить такие сложнейшие методы исследования, как электронную микроскопию и гисторадиоавтографию, получив на этом пути возможность контроля за структурой и функцией отдельных субклеточных органелл и даже составляющих их компонентов. Многие результаты этих исследований уже сейчас используются на практике. Например, экспериментальная и клиническая онкология крайне заинтересована в информации о состоянии кинетики клеточных популяций опухолей, оцениваемой методами гисторадиоавтографии. Эти же сведения в отношении многих тканей, органов и систем нужны другим клиническим дисциплинам, а также фармакологии при разработке эффективных лекарственных препаратов.

В значительном числе случаев непосредственную практическую значимость перечисленных и других исследований предсказать нельзя, да и не следует пытаться это делать. Вспомним хотя бы совсем недавние времена, когда Альберт Эйнштейн и А. Ф. Иоффе ходили в чудаках, а сегодня их имена благодарным человечеством навечно вписаны в историю. Назидательно в этом плане изречение нашего соотечественника К. А. Тимирязева: не в поисках за ближайшими приложениями возводится здание науки, а приложения только являются крупицами, падающими с ее стола.

Радиобиология — человечеству

Далеко не полное описание созидательного участия атомной энергии в мировом прогрессе порадовало бы Марию Склодовскую-Кюри, но я не уверен, исчезла ли бы при этом задумчивость с ее чела, запечатленная в великолепной Варшавской скульптуре... Собственными руками ученого из восьми тонн уранита был добыт первый на свете грамм радия, а теперь его многочисленные «сородичи», добываемые в огромном количестве, грозят заполонить мир, и Марию волнует степень ответственности тех, кто