Полимеразная цепная реакция (ПЦР) Кэри Муллис 1983 год

10 сентября 1983 г. химик Кэри Муллис закончил первый эксперимент над полимеразной цепной реакцией (ПЦР). Она позволяет обнаружить даже единственную частицу вируса в пробе и воспроизвести любой нужный участок ДНК в произвольном количестве. После первого опыта от Муллиса ушла любимая женщина. Едва он добился воспроизводимости результатов, как был уволен. Научные журналы отказались сообщать о ПЦР, потому что рецензенты не увидели в ней ничего нового.

Муллис представляет собой редкий тип отличника‑хулигана. Вырос он в Южной Каролине, сын коммивояжера и домохозяйки. Когда родители развелись, мать пошла в риелторы. Ее контора быстро стала крупнейшей в столице штата, но дети оказались без присмотра. Жалоб на них не поступало, у матери была только одна претензия: из кухни мешками пропадал сахар.

Он должен был стать топливом для космического корабля. В 1959 г., 14 лет от роду, Кэри Муллис спроектировал ракету. Сплав сахара с калийной селитрой заливался в металлическую трубку длиной 120 сантиметров, зажигание производилось детонатором (их тогда продавали детям без лишних вопросов). Ракета взлетела вверх на целую милю. После сгорания твердотопливной части раскрылся парашют обитаемой кабины, и пассажир – обвалянный в асбесте лягушонок – вернулся из тропосферы живым.

В студенческие годы Кэри устроил в курятнике лабораторию, где производил взрывчатку, которую вполне легальный дилер продавал горнякам. У Муллиса завелись деньги, он сменил пару жен. На третьем курсе обнаружил еще более интересный класс веществ. Каждую неделю студенты получали что‑нибудь новое психоделическое и пробовали, обмениваясь впечатлениями, – тогда это еще было законно. Потребляя эти вещества в Беркли, аспирант Муллис проникся новыми космологическими теориями. Он подумал, что время для наблюдателя с Земли и для наблюдателя за пределами сферы, испускающей реликтовое излучение, должно течь в разные стороны. И тут же накатал об этом псевдонаучную статью, нахально отослав ее в Nature. Она вышла. Ко всеобщему изумлению, ведь журнал Nature не печатал аспирантов.

Научный руководитель Муллиса биохимик Джо Нейландс позволял своим ребятам защищаться по любой теме, лишь бы они хоть что‑нибудь делали. Муллис решил после Беркли бросить химию и стать писателем. Его диссертация по космологии была выполнена в юмористическом жанре, так что половина комиссии была против присуждения ученой степени. Но статья в Nature перевесила.

Защитившись, Муллис ушел от второй жены к третьей. Пока его романы еще не были написаны, он работал менеджером ресторана, принадлежавшего его первой жене. Но беллетристика не пошла. «Я не знал тогда, что такое трагедия, – вспоминал Муллис, – и мои персонажи были плоскими».

Пришлось вернуться в химики. Новые рабочие места предоставляла только биохимия, которая сводилась к убийству крыс и выделению из их мозга какого‑нибудь вещества. Когда Кэри надоело рубить грызунам головы, он занялся синтезом ДНК в одной из первых биотехнологических корпораций Cetus.

Во‑первых, Муллису понравилось условие, что там 10 % рабочего времени разрешали заниматься собственной темой. Его интересовали компьютеры. Кэри написал программу, собиравшую данные спектрофотометра, чтобы вовремя заканчивать синтез. Рабочий компьютер был связан по телефону с персоналкой Amiga у Муллиса дома, так что он следил за реакцией удаленно, – по меркам 1982 г. фантастика.

Во‑вторых, Муллис тут же закадрил свою самую красивую сотрудницу Дженнифер Барнетт, и они стали жить вместе. Часто ссорились, иногда при всех в лаборатории. Однажды девушка позвонила их общему начальнику и сказала, что Муллис едет на работу с пистолетом, чтобы пристрелить коллегу, на которого она слишком ласково посмотрела. Начальник примчался раньше и отправил потенциальную жертву во внеочередной отпуск.

Но выгнать Муллиса было нельзя. Его спасало, как ни странно, падение цен на нефть. В 1980 г., когда баррель стоил рекордные 36 долларов, нефтедобывающие корпорации вкладывали незапланированные сверхдоходы в новорожденную технологию рекомбинантной ДНК: в этой сфере темпы развития опережали тогда общий рост фондового рынка. Standard Oil заказала корпорации Cetus создание генно‑модифицированных бактерий, перерабатывающих глюкозу во фруктозу. Под эти деньги Муллиса как раз и наняли. А через пару лет цена углеводородов на бирже пошла вниз, и нефтяники прекратили свои инвестиции.

Чтобы собрать деньги на исследования, Cetus выпустила акции и наняла президента‑«варяга». Этот англичанин безжалостно подгонял ученых, которые в среднем проводили на работе по 70 часов в неделю. А Муллиса подгонять было не нужно, он и так работал все 80 часов. Установил у себя первую машину для синтеза ДНК и месячный план выполнял за день. Тогда президент для сокращения издержек велел ему уволить четырех сотрудников из семи.

Дело было в пятницу вечером. Выходные Кэри с Дженнифер проводили на даче в двух с половиной часах езды на автомобиле. По дороге Дженнифер заснула. Муллис выключил музыку и стал размышлять, как бы ему сохранить сотрудников. Нельзя ли помочь соседней лаборатории, пытавшейся заработать на абортах по медицинской страховке?

Если в ДНК плода обнаруживалась опечатка – мутация, вызывающая серповидноклеточную анемию, – женщина имела право на прерывание беременности. Cetus хотела разработать генную экспресс‑диагностику и предложить ее клиникам. Диагностика получалась дороговатой. ДНК выделяли, подсаживали в яйцеклетку мыши, а потом смотрели, не болен ли анемией клонированный мышонок. Нужны квалифицированные биохимики и три недели, за которые суррогатная мать‑мышь производит на свет клон. Вот бы сделать прибор, куда лаборант помещает материал, нажимает кнопочку – и через пару дней все готово!

Муллис представил, как сделать клонирование без мыши, in vitro. При делении клетки спираль ДНК расплетается на две нити. Этого можно добиться простым нагревом до 95 °C, когда ДНК денатурирует и распадается на эти же две нити. В клетке молекулу ДНК копирует фермент полимераза. Он давно выделен биохимиками, его заказывают по каталогу. После охлаждения смеси с денатурированной ДНК можно добавить в пробирку полимеразу и нуклеотиды, из которых фермент построит копию ДНК. Потом снова нагреть и охладить пробирку и опять добавить полимеразу с нуклеотидами. Из двух копий ДНК получается уже четыре.

Тогда Муллис начал считать, что будет, если написать компьютерную программу, которая повторит процесс 10 раз. 1024 копии. А если 30 раз, то уже два в тридцатой степени, то есть 1 073 741 824 копии. Такую кучу ДНК уже способны засечь приборы. Все, участие мышей не требуется.

И тут пришла мысль, что вот так можно размножать любой фрагмент ДНК. Если в пробе попался кусочек ДНК бактерии, он скопируется 1 073 741 824 раза, и мы легко установим наличие инфекции. Это озарение так взволновало Кэри, что он чуть не въехал в лесовоз. Несмотря на усталость, той ночью Муллис не сомкнул глаз. За уик‑энд он разрисовал схемами своей полимеразной цепной реакции всю бумагу на даче. Дженнифер не отвлекала его, потому что поставила себе цель успеть как следует загореть на пруду.

Обычно, составляя блок‑схемы своих программ, Кэри потягивал местное пино‑нуар, так что на алгоритм уходил стакан вина. В эти два дня было выпито ведро. После чего Муллис благополучно довел машину до города и бросился в библиотеку смотреть, не приходила ли кому‑нибудь в голову его простенькая идея. Оказалось, нет. Сделал сообщение на производственном семинаре. Каждый пытался объяснить, почему это не сработает, никто не желал помогать. И так аврал, своих задач у всех полно.

Изобретатель пожаловался Рону Куку, который делал ему машину синтеза ДНК. Муллис говорил, что при первой же возможности осуществит свою компьютерную реакцию в те 10 % рабочего времени, которые отпущены на забавы. А друг советовал: «Не надо. Они же не хотят. Не оставляй записей. Уволься, пережди годик, тогда сделай реакцию и патентуй. Заработаешь миллионов триста!» У Рона дома как раз гостил швейцарец Альберт Хофман – настоящее живое предупреждение. Работая на компанию Sandoz, он в 1943 г. получил ЛСД и засветил его галлюциногенный эффект в лабораторном журнале, фактически подарив открытие фирме. А лет через двадцать Хофман понял, какие деньги прошли мимо него.

Муллис отвечал им, что ему нравится Cetus, и, если полимеразная цепная реакция принесет доход, работодатель его не обидит. (Ах, как он потом смеялся над этой своей глупостью!)

В полночь 9 сентября 1983 г. Кэри заложил смесь ДНК с полимеразой в пробирку, нагрев которой контролировал компьютер. За 36 часов ничего не произошло. Он копировал слишком длинный ген слишком слабой полимеразой.

Довести ПЦР до ума удалось только к 1985 г. Муллис направил статью о своем изобретении в Nature. Не приняли, показалось неинтересным. Статья прошла в Science, и то со скрипом, не с первого захода (что не помешало тому же редактору Science в 1989‑м объявить полимеразу «молекулой года»).

Корпорация Cetus продала технологию ПЦР за 330 миллионов долларов, руководство уволило Кэри Муллиса с начислением ему пяти месячных зарплат – и облегченно вздохнуло. Никто больше не скандалил с начальством, не донимал сотрудниц харассментом, не тащил коллег из совещательной комнаты в коридорчик на «мужской разговор» и не угрожал оружием вахтеру, который пускает на работу только с бейджиком.

ПЦР очень скоро оценили врачи. Она обнаруживает любой патоген, если в пробе найдется хоть одна бактерия или частица вируса. Даже задолго до того, как этот враг размножится и вызовет болезнь. Ничего подобного медицина прежде не знала. Технология пришлась кстати в условиях всеобщей паники по поводу недавно открытого СПИДа. Сколько людей обрели покой и сон, увидев ноль в результатах своей ПЦР на ВИЧ!

Муллис и тут занял особую воинственную позицию. Он утверждал, что иммунодефицит вызывается не только вирусом, который назвали ВИЧ, но и рядом других ретровирусов. Эта теория не получила признания, и Кэри прослыл парией. Тем более что он еще сомневается в связи между деятельностью человека и глобальным потеплением.

Однажды Муллису позвонил его бывший научный руководитель Джо Нейландс и сказал, что, если Кэри хотя бы на время придержит язык и перестанет распространяться насчет ВИЧ, ему в ближайшее время присудят Нобелевскую премию по химии. Так и случилось.

8 декабря 1993 г. Муллис прочел Нобелевскую лекцию. Не без замирания сердца ждали члены комитета это выступление. А ну как он примется сводить счеты с бывшими работодателями или что‑нибудь антинаучное ляпнет про СПИД?

Но Кэри Муллис вышел на трибуну совсем с иной целью. Сначала насмешил аудиторию. В ход пошли космический лягушонок, «Эврика!» по дороге на дачу, ведерко пино‑нуар. Перед объяснением сути своего открытия лауреат просил прощения за то, что «сейчас будет сложновато». Но сложного ничего не было. Рассказ летел как на крыльях; все с юмором, и даже первая неудача была забавна. Когда же дошло до первого успеха, голос Кэри дрогнул. Провал 9–10 сентября не смутил Муллиса, потому что померк на фоне проблем в личной жизни. Дженнифер больше не любила его. В декабре, чтобы не встречать вместе Рождество, она взяла отпуск и улетела к матери на Восточное побережье. Это был окончательный разрыв.

Видя горе Муллиса, его новый сотрудник, молодой математик Фред Фалуна, помог во внеурочное время наладить «железо» и софт для нового эксперимента. И вот им удалось размножить в 1024 экземплярах фрагмент хорошо известной плазмиды pBR322, которая кодирует устойчивость кишечной палочки к антибиотикам. Исторический опыт 16 декабря 1983 г. пришелся на день рождения Синтии, третьей жены Муллиса. Это она когда‑то поощряла его литературные опыты и родила от него двух прекрасных сыновей. Как получилось, что он оставил подругу юности ради взбалмошной Дженни, с которой два года прошли в непрерывном выяснении отношений?

В тот день Кэри Муллис понял, что такое трагедия: это тяжелое личное переживание, с которым ты остался один на один. Муллис решил зайти в гости к Фреду и что‑нибудь вместе приготовить, устроить вечеринку.

На том Нобелевская лекция и заканчивается. Вот ее последние слова: «У меня подкашивались ноги, когда я вышел и направился к своей серебристой “Хонде‑Цивик”, которая всегда безотказно заводилась. Ни Фред, ни опустошенные бутылки пива Beck’s, ни сладостный аромат занимающейся зари эпохи ПЦР не могли заменить Дженни. Мне было одиноко».

Как сказал Муллис, в головном мозге существует особый центр, отвечающий за ностальгию по бывшим: «С годами центр этот постепенно разрастается, его влияние становится все сильней и ты незаметно для себя переходишь с рок‑н‑ролла на кантри».

 

Источник информации:

«Сто рассказов из истории медицины»

Михаил Шифрин