В 1951 году молодой вирусолог Говард Темин, защитив диссертацию, приехал в Калифорнийский технологический институт в Пасадене (Калтех) изучать генетику дрозофил. Непоседливый, наделенный богатым воображением, Темин скоро почувствовал, что мухи ему надоели, и переключился на изучение вируса саркомы Рауса в лаборатории Ренато Дульбекко. Вежливый аристократ-калабриец с изысканными манерами управлял своей вотчиной в отстраненной и слегка патрицианской манере. Темин идеально вписывался в эту атмосферу: если Дульбекко хотел дистанции, то Темин – независимости. Темин и группа молодых исследователей (среди которых был и Джон Кэрнс, будущий автор статьи в Scientific American о Войне с раком) в складчину сняли дом в Пасадене, где в свободное время Говард стряпал необычные блюда на всю команду и до поздней ночи рассуждал о загадках биологии.
В лаборатории он тоже решил состряпать необычный эксперимент[824], наверняка обреченный на неудачу. До конца 1950-х ВСР демонстрировал способность вызывать рак исключительно у кур. Темин же в сотрудничестве с Гарри Рубином хотел изучить, как именно вирус преобразует нормальные клетки в раковые. Для этого им требовалась простая система, без живых кур и реальных опухолей – аналогичная бактериям в чашке Петри. И Темин задумал создать рак в чашке Петри. В 1958-м, на седьмой год работы в лаборатории Дульбекко, ему это удалось. Он добавил ВСР в слой растущих на чашке Петри нормальных клеток. Инфекция вызвала их неконтролируемое деление, и в результате образовалось множество бесформенных очагов из нескольких сотен клеток каждый. Темин предположил, что именно такие скопления и представляют собой рак в чистом, элементарном виде: бесконтрольно и безостановочно размножающиеся клетки – вечный патологический митоз. Только необузданная сила воображения молодого ученого позволила увидеть в тех крохотных конгломератах клеток квинтэссенцию системного заболевания, убивающего людей. Но Темин был убежден, что сама клетка и ее взаимодействие с вирусом предоставляют все биологические компоненты, необходимые для запуска злокачественной трансформации.
“Рак в чашке Петри” позволил Темину проводить эксперименты, которые практически невозможно выполнить на животных. Один из первых таких опытов, поставленный в 1959 году, дал неожиданный результат. Обычно вирусы заражают клетки, образуют там новые вирусные частицы и заражают все новые и новые клетки, при этом напрямую не влияя на их генетическую составляющую, ДНК. Например, вирус гриппа заражает клетки легких и производит в них новые вирусные поколения, однако не оставляет постоянных следов в наших генах: вирусы уходят – ДНК остается прежней. ВСР же вел себя совершенно иначе. Заражая клетку, он физически внедрялся в ее ДНК, а значит, менял генетический состав клетки, ее геном. “Вирус становится как бы частью клеточного генома что в структурном, что в функциональном смысле”, – писал Темин[825].
ДНК-копия генов вируса, встраивающаяся в гены клетки-хозяина, не только заинтриговала Темина и Дульбекко, но и подняла важнейшую концептуальную проблему. Некоторые вирусы обходятся без ДНК и переносят свою генетическую информацию сразу в форме РНК, которая после заражения клетки напрямую транслируется в вирусные белки. Из работ других исследователей Темин знал, что ВСР относится как раз к таким РНК-вирусам. Однако если реализация генетической информации у него начинается сразу с РНК, то как его гены преобразуются в ДНК? Центральная догма молекулярной биологии воспрещала такой переход. Биологическая информация, гласила она, движется по улице с односторонним движением – от ДНК к РНК, а от РНК – к белку. Как же тогда, гадал Темин, РНК может совершать такое сальто-мортале и делать свою ДНК-копию – ехать под запрещающий знак в обратную сторону?
И Темин совершил этакий подвиг веры: если данные не соответствовали догме, значит, по его мнению, пересмотреть следовало догму, а не данные. Он предположил, что вирус саркомы Рауса наделен особым свойством, беспрецедентным для биологических объектов, – способностью преобразовывать РНК в ДНК. Если обычное переписывание ДНК в РНК называется транскрипцией, то вирус (или пораженная им клетка) должен был заниматься обратной транскрипцией. “Темин заподозрил суть, но доказательства у него были настолько косвенными и хрупкими, что он вряд ли мог кого-то убедить, – вспоминал 25 лет спустя вирусолог Майкл Бишоп. – Эта гипотеза не принесла ему ничего, кроме огорчений и насмешек”[826].
Поначалу Темин и себя убедил с большим трудом. Он выдвинул смелое предположение, но ему требовалось экспериментальное доказательство. В 1960 году, твердо вознамерившись его найти, Темин перевез свою исследовательскую команду в лабораторию Макардла в штате Висконсин. По сравнению с Калтехом Висконсинский университет в Мэдисоне казался замороженной периферией, уголком, обособленным в интеллектуальном смысле не меньше, чем в физическом. Темина это вполне устраивало. Сам того не зная, он стоял на пороге молекулярной революции, однако мечтал о тишине и покое. Ежедневно прогуливаясь по заснеженным берегам озера, он обдумывал эксперименты для доказательства обратного потока информации.
Превращение РНК в ДНК – сама эта мысль заставляла содрогнуться: молекула, способная переписывать историю вспять, обращать неумолимо движущийся в одном направлении поток биологической информации. Чтобы доказать возможность этого процесса, Темину нужно было выделить в пробирке вирусный белок, который может проводить обратную транскрипцию – делать ДНК-копии по матрице молекул РНК. В 1960 году он принял на работу Сатоси Мицутани, молодого японского аспиранта, которому поручил выделить из зараженных вирусом клеток фермент обратной транскрипции.
Мицутани оказался настоящей катастрофой[827]. Как вспоминал один коллега, в глубине души он никогда не чувствовал себя клеточным биологом: то и дело невольно загрязнял клеточные культуры и вместо них выращивал в чашках Петри плесень. Раздосадованный Темин перевел его на проект, не требующий работы с клетками: если Мицутани не умеет обращаться с клеточными культурами, пусть пробует выделять белок из экстрактов зараженных вирусом клеток. Мицутани, необыкновенно талантливый химик, наконец оказался в своей стихии. Очень быстро ему удалось обнаружить в зараженных ВСР клеточных экстрактах слабую ферментативную активность. Добавив в такой экстракт РНК, он мог наблюдать в нем образование ДНК, что прямо указывало на протекание обратной транскрипции. Темин получил желанное доказательство: ВСР был вирусом необычным, способным переписывать генетическую информацию “назад” – то есть ретровирусом[828].
В Бостоне молодой вирусолог Дэвид Балтимор из Массачусетского технологического института (МТИ) тоже нашел намек на преобразование РНК в ДНК, но только в опытах с другим ретровирусом[829]. Целеустремленный, дерзкий, наделенный блестящим умом, Балтимор подружился с Говардом Темином в 1940-х в летнем научном лагере в штате Мэн, где Темин был помощником преподавателя, а Балтимор – студентом. Их жизненные пути разошлись почти на 10 лет, а вот интеллектуальные пересекались постоянно. Пока Темин исследовал обратную транскрипцию у вируса саркомы Рауса в Мэдисоне, Балтимор накапливал свидетельства того, что у его ретровируса тоже есть фермент, способный переписывать РНК в ДНК. Как и Темину, ему оставалась лишь пара шагов до выделения этого фермента в чистом виде.
27 мая 1970 года, через несколько недель после обнаружения первых доказательств существования белка обратной транскрипции, Темин вылетел в Хьюстон, чтобы представить свою работу на X Международном онкологическом конгрессе. Следующим утром аудитория в конгресс-центре хьюстонского даунтауна слушала доклад Темина с намеренно невыразительным названием “Роль ДНК в репликации РНК-содержащих вирусов”.
Это была сессия коротких, 15-минутных сообщений. В зале собрались главным образом специалисты по онкогенным вирусам, и многие уже погружались в дремоту. Однако по ходу раскрытия Темином сути его находки до публики начала доходить ее недюжинная значимость. Как вспоминал один исследователь, внешне “это была сплошная сухая биохимия. <…> Темин докладывал своим обычным высоким, слегка гнусавым голосом, монотонно, совершенно не выказывая воодушевления”[830]. Но из этой сухой биохимической монотонности проступала идея редкостной важности. Темин не просто рассказывал о вирусах – он методично разрушал одно из фундаментальных утверждений биологии. Слушатели разволновались. К середине доклада в зале воцарилась благоговейная тишина. Ученые лихорадочно строчили конспекты, заполняя неровными каракулями страницу за страницей. Темин вспоминал, что, выйдя из зала, увидел “множество людей, висящих на телефонах. <…> Люди звонили в свои лаборатории”. Заявление Темина о фиксации долгожданной ферментативной активности в зараженных вирусом клетках не оставляло сомнений в справедливости его теории. РНК и в самом деле могла порождать ДНК. Геном онкогенного вируса мог становиться физической частью генома клетки.
Вернувшись на следующее утро в Мэдисон, Темин обнаружил, что его лабораторию завалили телефонными сообщениями. Настойчивее всех его разыскивал Дэвид Балтимор, краем уха слышавший о докладе Темина на конгрессе. Темин перезвонил ему.
– Знаешь, а ведь в вирусных частицах есть фермент, – заявил Балтимор.
– Знаю, – ответил Темин.
Балтимор, державший свои исследования в глубокой тайне, был ошеломлен.
– Но как ты узнал?
– Мы нашли его.
Балтимор тоже нашел у вирусных частиц ферментативную активность, приводившую к образованию ДНК на основе РНК