Что появилось сначала – курица или яйцо? Ни то ни другое!
Существует РНК-молекула с очень специфическими свойствами, каталитическая РНК, которая обозначается как «рибозим» – это понятие состоит из двух частей – «рибо» и «энзим» (фермент), поскольку РНК ведет себя как фермент, несмотря на то, что она не является белком (из которых обычно состоят ферменты). Этот рибозим может расщеплять другую РНК многократно, не «истощаясь», что типично для каталитической активности ферментов в целом.
В Калифорнии совсем недавно было показано, что если поместить такие РНК-молекулы в пробирку, то там будут происходить удивительные вещи. Они могут расщеплять, соединять, реплицироваться и даже мутировать, чтобы создать условия для эволюционирования, а также защищаться от родственных РНК. Репликацию РНК в пробирке продемонстрировал Джерри Джойс в Ла-Холье, который много лет подбирал подходящие условия для такого эксперимента. Для каждого следующего круга репликации он неоднократно выбирал из пула РНК более быстро реплицирующиеся РНК, что приводило к повышению скорости репликации. Это соответствует эволюции, происходящей в пробирке, где РНК может мультиплицировать и совершенствоваться, то есть эволюционировать. Возможно, это еще не реальная жизнь, но нечто близкое к ней. Действительно мертвая частица песка не способна на такое. Таким образом, рибозим по крайней мере гораздо живее песчинки.
Каталитическую РНК открыли Том Чех и Сидни Альтман. В то время каталитическая активность считалась привилегией белков и никому не приходило в голову, что РНК может быть катализатором. В настоящее время рибозимы могут рассматриваться как самые важные строительные блоки в начале формирования жизни и, возможно, остаются в этой роли и сейчас. Каталитическая РНК даже способна к саморасщеплению, а затем восстановлению на месте разреза, что напоминает сплайсинг, о котором шла речь выше. Рибозимы, мелкие РНК-молекулы, могут делать всё: расщеплять, соединять, реплицироваться, эволюционировать, – в то время как клеткам млекопитающих для одной из таких же процедур, сплайсинга, требуется больше ста белков. Безусловно, в реальности невозможно проводить такое сравнение, поскольку мы устроены гораздо сложнее, то же касается и сплайсинга. Однако рибозимы настолько просты и универсальны, что разве они не кажутся очень древними? Ниже приводятся доводы в пользу данного утверждения.
В настоящее время появился новый ответ на вопрос, что было первым – ДНК или белки. Это молекулярно-биологическая версия хорошо известного вопроса: курица или яйцо? А ответ прост: ни то ни другое. Это была РНК! В 1989 г. об этом даже упоминалось в пресс-релизе Комитета по присуждению Нобелевской премии, посвященном Чеху и Альтману, когда они были удостоены этой чести за впечатляющее открытие каталитических РНК, рибозимов. Белки-ферменты тем не менее не попали в немилость, поскольку большинство из них на несколько порядков эффективнее каталитических РНК. Белки-ферменты составляют основу нашего метаболизма в целом, в каждой клетке. Но они появились позднее. А для синтеза белка необходимы рибозимы! Поживем – увидим! Некоторые рибозимы в процессе эволюции превратились в белковые ферменты. Тенденция перехода от РНК к белкам является общим прогрессом в эволюции и часто наблюдается.
Вироиды – первые вирусы?
Профессор Хайнц Людвиг Зенгер работал в Институте вирусологии при Гиссенском университете. Зенгер заметил, что в теплице отца некоторые листья на деревьях выглядели сухими при отсутствии недостатка воды. Он тщательно изучил этот вопрос и обнаружил вироиды. Я бы хотела отнести вироиды к вирусам, что поясню далее. Зенгер стал заниматься растительными вирусами и фактически лишился работы, поскольку много лет ему не удавалось получить вироиды из пораженных заболеваниями растений. Это было в конце 1960-х гг. Немецкий научный фонд начал терять терпение и был близок к тому, чтобы больше не предоставлять ему гранты. Директору Института вирусологии нужно было вступиться за Зенгера и привести убедительные доводы в защиту его исследований, и, к счастью, он это сделал. Наконец Зенгер повысил температуру в теплице. Звучит тривиально и слишком просто, но это было абсолютно необходимо, что в итоге и позволило получить и изолировать вироиды. В его лаборатории ужасно пахло фенолом, который нужен для выделения вирусной РНК из листьев растений, как если бы исследования вироидов состояли исключительно из фенольных экстракций, которые он действительно проводил довольно долгое время. В конце концов было собрано достаточное количество вироидных РНК и Зенгеру с коллегами удалось определить последовательность РНК. Это произошло задолго до того, как стало возможным использовать высокопроизводительный процесс секвенирования РНК, и в техническом отчете содержалась информация о секвенировании всего 365 нуклеотидов. Зенгер сделал это незаметно и с таким расчетом, чтобы участливый, но все же достаточно властный директор института не сделал данные предметом гласности, что было преждевременно. РНК не только секвенировали, но и определили, что это кольцевые РНК. Такое заключение было сделано на основании необычных миграционных свойств РНК в гель-электрофорезе, который разделяет молекулы по размеру с помощью электрического тока. Кроме того, конкурент (или коллега) Зенгера Теодор Динер, работавший в США, отметил наличие кольцевых РНК на снимках, сделанных при помощи электронного микроскопа. Кольцевые РНК были настолько необычными, что саму идею отвергли, сочтя помехами изображения. Они даже вырезали информацию о кольцевых структурах и не опубликовали ее. Видимо, позднее они были раздосадованы из-за того, что упустили возможность первыми заявить об этом захватывающем открытии.
Но тогда все это было в новинку и открытие опережало время. Зенгер и Динер или же другие группы ученых могли бы получить Нобелевскую премию. Они обнаружили вироиды одновременно и независимо друг от друга. Зенгер стал директором Общества Макса Планка в Мюнхене, но позже ударился в мистику и отдалился от науки.
Детлев Ризнер, который впоследствии основал компанию Qiagen, продолжил анализ вироидов путем очистки, попытавшись выделить максимально малое число РНК. Позже Ризнер занимался поиском РНК в прионовых препаратах вместе со специалистом по прионам Стенли Прузинером, но РНК в прионах не обнаружена и по сию пору. Конечно, на доступном уровне чувствительности. Будучи экспертом по ядерным нуклеиновым кислотам, Ризнер стал инициатором создания самой успешной биотехнологической компании в Германии Qiagen. В какую лабораторию в любой стране мира ни войдешь – в Корее, Китае, Египте, более чем в 20 странах, нельзя не заметить оборудования Qiagen в коробках синего цвета. Кроме того, мои сотрудники хотели приобретать продукцию Qiagen для всего, иногда даже для бессмысленных экспериментов! В конце концов мое терпение лопнуло, и я отказалась подписывать бланки заказов. В этих коробках есть даже небольшие бутылочки с дистиллированной или стерильной водой – это как полуфабрикат бисквита – «просто добавь воды и размешай». Но одноразовые наборы обусловили невероятный успех компании, поскольку в этом случае невозможно заражение даже самым незначительным количеством нуклеиновых кислот, что случается довольно часто. Ризнер с большим энтузиазмом продолжает заниматься предпринимательской деятельностью, и ему очень далеко до пенсии. Сейчас он учреждает новую компанию. Планируется, что она будет заниматься разработкой препаратов на основе полученных из ДНК рибозимов для лечения нейродегенеративных заболеваний, таких как болезнь Альцгеймера. При этом для компаний он эдакий золотой бизнес-ангел. Ризнер возглавляет советы директоров примерно в 15 биотехнологических компаниях и гораздо плотнее занимается биотехнологической отраслью, чем своим хобби – винтажными машинами. Я была в числе соучредителей одной из его компаний. Был ли у него шанс получить Нобелевскую премию? «И не однажды», – ответил он.
