[840]. В нормальных клетках ученые находили множество подобных фосфорилирующих ферментов, объединяемых в класс киназ. Вскоре стало ясно, что киназы играют роль внутриклеточных молекулярных переключателей. Прикрепление к белку фосфатной группы активировало его. Нередко одна киназа “включала” другую, а та – третью и так далее. С каждым новым шагом цепной реакции сигнал усиливался, так что в итоге одновременно активировалось множество молекулярных переключателей. Их совместная работа посылала клетке мощный внутренний сигнал сменить состояние – например, перейти к фазе деления.
Продукт гена src был прототипической, но безумно активной киназой: он фосфорилировал буквально все вокруг, без разбора активируя десятки молекулярных переключателей, и в том числе белки контроля клеточного цикла. Эта вирусная киназа в конце концов принуждала клетку перейти из неделящегося состояния к делению, провоцируя ускоренный митоз – типичный признак рака.
К концу 1970-х объединенными усилиями биохимиков и онковирусологов была разработана относительно простая модель src-трансформации клетки. Вирус саркомы Рауса вызывал рак за счет внедрения в куриные клетки гена src, кодирующего гиперактивную киназу. Вирусная Src-киназа запускала сигнальный каскад, побуждающий клетку беспрестанно делиться. Эта модель родилась в результате прекрасной, методичной и аккуратнейшей научной работы, однако без ретровирусов, вызывающих рак у людей, все эти исследования казались не очень-то актуальными для человеческой онкологии.
И все же неутомимый Темин никак не мог отделаться от ощущения, что вирусный src должен раскрыть тайну и человеческого рака. На его взгляд, нужно было разгадать еще одну загадку: эволюционное происхождение src. Как вирус приобрел ген с таким мощным, пугающим действием? Это какая-то сорвавшаяся с цепи родная вирусная киназа? Или ВСР собрал ее из кусочков чужих киназ на манер кустарной бомбы? Темин знал, что эволюция порой создает новые гены на основе старых. Но где вирус Рауса нашел необходимые компоненты гена, вызывающего рак у кур?
В Калифорнийском университете, водруженном на вершину одного из холмов Сан-Франциско, Джону Майклу Бишопу тоже не давала покоя загадка эволюционного происхождения src. Уроженец сельских районов Пенсильвании, сын лютеранского священника, Бишоп изучал историю в Геттисбургском колледже, но потом резко сменил профориентацию и поступил в Гарвардскую медицинскую школу. Став доктором медицины после ординатуры в Массачусетской больнице общего профиля, он дополнительно получил степень по вирусологии и в 1969-м перебрался в Калифорнийский университет, организовав там лабораторию по изучению вирусов.
Этот университет тогда представлял собой малоизвестную, захолустную медицинскую школу. Крошечный угловой кабинет Бишопа, который ему приходилось делить с коллегой, был таким узким, что сосед вынужден был постоянно вставать, пропуская Бишопа к письменному столу. Летом 1969 года Харольд Вармус, долговязый, уверенный в своих способностях исследователь из НИЗ, приехал в Калифорнию побродить по холмам и заодно узнать у Бишопа, нельзя ли поизучать ретровирус в его лаборатории. Приоткрыв дверь кабинета, он с удивлением обнаружил, что стоять там негде.
Вармус прибыл в Калифорнию в поисках приключений. Защитив магистерскую диссертацию по филологии, он внезапно увлекся медициной и получил степень доктора медицины в Колумбийском университете, после чего изучал микробиологию и вирусологию в НИЗ. Подобно Бишопу, он был академическим скитальцем, забредшим из средневековой литературы в медицину, а из нее – в вирусологию. В “Охоте на Снарка” Льюис
Кэрролл описывает пеструю компанию охотников, которая пустилась на поиски невообразимого существа, называемого Снарком. С начала и до конца охота эта шла кувырком. Когда Вармус с Бишопом в начале 1970-х взялись за изучение природы гена src, другие ученые были так уверены в исходе, что прозвали их проект “охотой на сарка”[841].
Вармус и Бишоп отправились на охоту, вооружившись самой простой методикой, отчасти изобретенной Солом Шпигельманом в 1960-х. Коллеги задались целью найти клеточные гены, хоть немного схожие с вирусным src, – они-то и могли быть его эволюционными предшественниками. Молекулы ДНК обычно находятся в клетке в виде двух спаренных, точно инь и ян, комплементарных цепочек, удерживаемых вместе мощными молекулярными силами. Если разъединить эти цепи, то каждая из них сможет соединяться с любой другой комплементарной ей молекулой ДНК. Если пометить одну из таких цепочек радиоактивной меткой и запустить ее в смесь молекул, где будет комплементарная ей цепочка, образуется двухцепочечный гибрид, который легко отловить по радиоактивной метке и изучить (чем более сходны молекулы, тем прочнее они слипаются и тем выше нужна температура, чтобы их разъединить).
В середине 1970-х Бишоп и Вармус начали с помощью такой гибридизации искать клеточные гомологи src. Поскольку это ген вирусный, они рассчитывали найти в нормальных клетках лишь небольшие похожие на него кусочки ДНК, то есть его предшественников и дальних родственников. Однако вскоре охота приняла неожиданный оборот. Заглянув в нормальные куриные клетки, Бишоп с Вармусом обнаружили там вовсе не пятиюродных генетических братьев src, а почти идентичную его копию, прочно обосновавшуюся в геноме.
Скооперировавшись с Деборой Спектор и Домиником Стеленом, они прозондировали меченым src другие клетки и снова выявили его близнецов – ив утиных клетках, и в гусиных, и в перепелиных. Близкородственные гомологи этого гена были раскиданы по всему птичьему царству и не только: переходя в своем анализе на очередную ветвь эволюционного древа, группа Вармуса непременно натыкалась на очередной вариант src. Калифорнийская команда на потоке перебирала эволюционно близкие и далекие виды животных и находила гомологов src у фазанов, индюшек, мышей, кроликов, рыб… Ген src сидел в только что вылупившемся птенце эму из зоопарка Сакраменто. И в овцах. И в коровах. Но самое главное, в человеческих клетках он тоже был. В 1976 году Вармус в одном из писем выразился так: “Src есть везде”[842].
Однако ген src нормальных клеток не был абсолютно идентичен вирусному. Сравнив вирусный вариант с обычным клеточным, Хидэсабуро Ханафуса, японский вирусолог из Рокфеллеровского института в Нью-Йорке, обнаружил ключевое различие в нуклеотидных последовательностях этих двух форм. Вирусный ген нес в себе мутации, которые резко меняли его свойства. Как наблюдал в Колорадо Эриксон, вирусный белок Src был взбесившейся киназой, которая без разбора развешивала фосфатные группы на прочие белки, непрерывно подавая сигнал к клеточному делению. Клеточная Src-киназа была несравненно менее активной, и ее работа – то включение, то выключение – жестко регулировалась во время деления. Вирусный же вариант работал, по словам Эриксона, как постоянно включенный автомат, превращающий клетку в машину для репродукции. Вирусный src, ген – провокатор рака, был клеточным src, работающим на износ.
Из этих результатов начала проступать теория, величественная и убедительная, одним махом объясняющая разрозненные наблюдения прошлых десятилетий: src, предшественник опухолеродного гена, вероятно, имел именно клеточное происхождение, а вирусный вариант эволюционировал уже из него. Вирусологи давно полагали, что вирус, внося в нормальную клетку активированный src, индуцировал ее трансформацию в злокачественную. Однако этот ген “зародился” не в самом вирусе, а произошел из гена-предшественника, входящего в состав генома клетки – всех клеток. Растянувшаяся на десятилетия охота началась с курицы, а закончилась, метафорически выражаясь, яйцом – геном, имеющимся во всех клетках человека.
Выходит, вирус саркомы Рауса был результатом необычного эволюционного происшествия. Как показал Темин, ретро-вирусы постоянно снуют по клеточным геномам – то встраиваются в них, то вырезаются: от РНК к ДНК, от ДНК к РНК… Во время такого курсирования они могут случайно, вырезаясь не четко по своим границам, прихватывать с собой кусочки хозяйских хромосом и переносить их от одной клетки к другой. По всей вероятности, ВСР подхватил в какой-то раковой клетке уже измененный вариант гена src и с тех пор носил его в своем геноме, запуская раковую трансформацию у новых хозяев. По сути, сам вирус был случайным переносчиком гена, “вызревшего” в раковой клетке, – паразитом, на котором паразитировал рак. Раус ошибался – но ошибался красиво. Вирусы действительно вызывают рак, однако делают это, как правило, посредством изначально родного для клетки гена.
Науку нередко описывают как итеративный и накопительный процесс, головоломку, которую складывают постепенно, перепроверяя каждый сделанный шаг, чтобы скорректировать следующий, и каждый новый кусочек привносит еще несколько расплывчатых пикселей в будущее масштабное изображение. Однако реально мощные научные теории сплошь да рядом родятся совсем иначе. Вместо того чтобы по очереди, пикселями, объяснялись отдельные наблюдения или феномены, внезапно все попавшие в поле зрения данные собираются в единое и совершенное целое – как если бы головоломка вдруг сложилась сама.
Исследования Вармуса и Бишопа оказали на генетику рака именно такое кристаллизующее, высвечивающее общую картину влияние. Важнейшим знанием, которое подарил их эксперимент, стало то, что предшественник гена, вызывающего рак, – протоонкоген, как назвали его Бишоп с Вармусом, – был обычным клеточным геном. Мутации, вызываемые химическими веществами или облучением, провоцировали рак не потому, что внедряли в клетку чужеродные гены, а потому, что активировали ее собственные, эндогенные протоонкогены.
“Подчас кажется, что природа наделена весьма издевательским чувством юмора”, – писал Раус в 1966 году