Scientific.ru
Статьи и очерки
Нобелевские портреты.
Физиология и медицина - 2002.

Сидни Бреннер.
(Продолжение, часть 3)

Worm workers
Исследователи Червя (слева направо): Джон Салстон, Алан Каулсон и Сидни Бреннер.

В начале 60-х Бреннер вдруг резко меняет объект и область исследований. Для дальнейшей работы он выбирает совершенно необычный для того времени объект - червя Caenorhabditis elegans (С. elegans). Такое внезапное, на взгляд стороннего наблюдателя, решение, на самом деле было принято после долгих размышлений и дискуссий с Криком. Вот как вспоминал об этом сам Бреннер.

"В конце 1962-го года Фрэнсис Крик и я начали подробно обсуждать следующие шаги в наших исследованиях. У нас обоих было сильное чувство того, что большинство классических проблем молекулярной биологии уже решено, и будущее - за исследованием более комплексных биологических проблем. Я вспоминаю, что мы решили не заниматься ни вирусами животных, ни структурой рибосом, никакой из подобных тривиальных проблем молекулярной биологии".

Анализируя происходящее в молекулярной биологии, Бреннер приходит к убеждению, что все загадки, не дававшиеся в руки ученым того времени, вскорости будут решены, и что " ... мы должны переместиться к другим проблемам биологии, таинственным и захватывающим. В широком смысле, области, в которые мы должны проникнуть - это развитие организма и изучение нервной системы". Так выкристаллизовалось направление нового проекта: он должен быть направлен на изучение генетических и биохимических механизмов, которые управляют развитием многоклеточного существа, от оплодотворенной яйцеклетки до формирования тканей и органов взрослой особи.

Хотя интерес к исследованиям индивидуального развития организмов не утихает и в наши дни, и большинство механизмов, ответственных за этот процесс, все еще не раскрыты, в то время, о котором идет речь, ученым предстояло ответить на принципиальный и глобальный для понимания биологии развития вопрос: участвуют ли гены в управлении процессом развития организма? Сейчас подобная постановка вопроса показалась бы наивной, если не абсурдной, однако в начале 60-х многие ученые, подобно Оксфордскому наставнику Бреннера Сэру Сирилу Хиншельвуду, были уверены, что развитие и функционирование клеток организма может управляться только на уровне белков и биохимических реакций между ними, без участия генов. Бреннер, напротив, предполагал, что именно гены направляют и контролируют процесс развития организма. Теперь нужно было это доказать.

Для работы, задуманной Бреннером, очевидно не подходили ни одноклеточные организмы, ни самые простые из многоклеточных - из-за их примитивности, ни высшие позвоночные, так как их нервная система и процесс развития слишком сложны. Нужно было выбрать объект, который отвечала бы основным требованиям экспериментаторов: был устроен не слишком сложно, но и не слишком примитивно; быстро размножался и проходил жизненный цикл; обладал нервной системой и проявлял бы признаки, свойственные развитию высших организмов: дифференцирование клеток и старение. Это была задача как раз для Бреннера, который принципом своей работы избрал изучение сложных процессов на как можно более простых моделях. Недаром его считают признанным мастером "научного минимализма". Вот как он определял свою "философию в молекулярной биологии" в письме к Максу Перутцу (Max Perutz), в то время возглавлявшему лабораторию Молекулярной Биологии, в которой работал Бреннер:

"Мне кажется, что как в изучении развития, так и в изучении нервной системы, одной из серьезных проблем является наша неспособность выделить общие черты этих процессов. Молекулярная биология преуспела в анализе генетических механизмов частично благодаря тому, что генетики сгенерировали идею "один ген - один фермент", и теперь сложная "экспрессия генов", выражаемая в цвете глаз, размахе крыльев и так далее, может быть сведена к простым составляющим, которые возможно проанализировать. Молекулярная биология преуспела также потому, что существовали простые модельные системы, такие, как бактериофаги, которые, если вести речь о репликации и генной экспрессии, проявляют все основные свойства высших организмов, значительно упрощая таким образом экспериментальную работу. И, конечно же, были выдвинуты центральные идеи о структуре ДНК и белков.

В изучении же развития и нервной системы в настоящее время нет ничего, что хотя бы отдаленно соответствовало таким идеям. Возможно, что теория репрессора / оператора, выдвинутая Жакобом и Моно, станет ключом к разгадке, но пока для этого слишком мало доказательств. ... Наши успехи с бактериями свидетельствуют о том, что мы могли бы использовать тот же подход для изучения механизмов контроля более сложных процессов в клетках высших организмов. На первой стадии я хотел бы начать изучение контроля клеточного деления, в частности попытаться выяснить, что определяет митоз и мейоз. ... Для изучения клеточного деления, в частности мейоза, реснитчатые простейшие кажутся возможными кандидатами".

Бреннер отмечает, что в лаборатории разработан метод получения мутаций у бактерий, приводящих к изменениям определенных свойств клетки. "Подобным же образом мы хотели бы подойти к проблеме клеточного развития, выбрав для этого наипростейший из возможных дифференцированных организмов и подвергнув его аналитическим методам микробной генетики". В последней фразе заключена основная идея подхода Бреннера: применить действенные и проверенные методы генетического анализа микроорганизмов для изучения процесса развития многоклеточного существа. Для этого необходимо было вызвать мутацию, которая влияла бы на процесс развития (например, приводила бы к нарушению или замедлению образования мышечной, нервной или другой ткани), затем картировать данную мутацию (то есть определить, в каком гене и на какой хромосоме она локализована) и, наконец, попытаться выяснить молекулярный механизм нарушения. Так, методический подход оставался прежним, однако для дальнейшей работы требовался новый модельный организм.

Как можно понять из письма, Бреннер пока еще не совсем определился относительно конкретного объекта будущих исследований: он упоминает множество возможностей, начиная от реснитчатых простейших, жгутиковых, и лишь в неопределенной форме говорит о возможности работы на каком-либо из многоклеточных животных. Вначале предполагается, что для изучения нервной системы может подойти какое-либо насекомое.

Однако вскоре, после тщательного прочесывания литературы Бреннер наконец нашел, как ему показалось, более удобный организм: червяк - нематода из рода Caenorhabditis показался ему идеальным объектом. Он имеет оформленную и дифференцированную нервную систему, развивается из яйца в многоклеточный организм с прозрачным телом, имеет короткий период жизни, и, что оказалось немаловажным для дальнейших исследований, состоит из строго определенного количества клеток. Более того, основная масса этих червей - гермафродиты, размножающиеся самооплодотворением. Это также очень удобно, так как отпадает необходимость в искусственном близкородственном скрещивании червей с интересными мутациями, которую генетики и селекционеры применяют для поддержания "чистоты породы".

В октябре 1963-го года Бреннер и Макс Перутц представили свои соображения на рассмотрение в национальный Совет по медицинским исследованиям (Medical Research Council). Их план был вскоре одобрен, в результате чего лаборатория получила деньги для расширения штата и целенаправленных исследований физиологии и генетики нематоды. Вначале, правда, Бреннер предполагал изучать не C. elegans, а близкий к нему вид С. briggsae. Однако вскоре стало ясно, что C. elegans более удобен для разведения и наблюдений с помощью становившейся все более популярной электронной микроскопии, и именно ему было отдано предпочтение.

Как стало очевидно много лет спустя, научная интуиция и умение просчитывать успех не изменили Бреннеру, и в 70-х - 80-х годах крошечный, около миллиметра в длину червяк с прозрачным телом стал незаменимой моделью для изучения процессов клеточной дифференцировки, старения и смерти. Сотни лабораторий продолжают в наши дни исследования его физиологии и генетики.

Но тогда, в 1963 году, в популярность новой биологической модели верил лишь Бреннер да несколько друзей, попавших под влияние его харизматической личности.

Окончание следует ...

С. Григорович

Обсудить на форуме