Глава 10
Начало работы по микробной генетике – области, ставшей моим призванием
Никакого образования по классической генетике я за время учёбы в университете не получила. Годы моей учёбы совпали с годами полного засилья в генетике лженауки, именуемой мичуринской генетикой. Повторюсь, может быть, что даже после окончания университета у меня не было никаких идей по поводу того, в какой области биологии мне хотелось бы работать. Но мои родители, долгие годы работавшие в настоящей науке, не ошиблись в своём выборе того, к кому можно было в Москве обратиться за советом, имея, конечно, в виду моё микробиологическое образование.
Мой папа хорошо знал Александру Алексеевну Прокофьеву-Бельговскую – известного генетика-дрозофилиста и цитолога. После увольнения из института цитологии, гистологии и эмбриологии АН СССР в 1948 году ей удалось устроиться на работу во Всесоюзный научно-исследовательский институт пенициллина Министерства здравоохранения СССР. Вскоре институт был переименован во ВНИИ антибиотиков. В этом институте она проработала до 1956 года старшим научным сотрудником, заместителем начальника отдела и заведующим Музея промышленных микроорганизмов.
А. А. Прокофьева-Бельговская разработала цитологические основы контроля культур актиномицетов, микроорганизмов, образующих антибиотики, которые были положены в основу промышленных регламентов на производстве.
Одним из результатов ее многолетней работы с актиномицетами явилось написание прекрасной книги «Строение и развитие актиномицетов», Из-во АН СССР, 1963. Эта книга стала настольным пособием для сотрудников заводов по производству антибиотиков.
Папа поговорил с Александрой Алексеевной, и она посоветовала мне пойти работать в лабораторию С. И. Алиханяна. Он, в свою очередь, был уволен с кафедры генетики биофака МГУ после сессии ВАСХНИЛ. Ему тоже удалось в 1948 году поступить на работу во ВНИИ антибиотиков, и он вскоре возглавил в этом институте большую лабораторию селекции промышленных микроорганизмов, образующих антибиотики. Страна остро нуждалась в отечественных антибиотиках и на заводах по их производству могли быть использованы только микроорганизмы, в десятки или даже в сотни раз превышающие продуктивность их природных предшественников по выходу антибиотиков.
В лаборатории Соса Исааковича Алиханяна для получения высокопродуктивных штаммов актиномицетов и грибов использовали, практически подпольно, методы классической генетики: обработку низкопродуктивных штаммов ионизирующей радиацией и большим числом химических мутагенов, а потом и супермутагенов, а также генетическое изучение штаммов, образующих антибиотики. Сос Исаакович взял меня на работу, упомянув, что по фенотипу я им с Александрой Алексеевной напоминаю молодую Софью Захаровну Миндлин. Софья Захаровна уже была в то время правой рукой Соса Исааковича, крупным специалистом в области селекции и генетики актиномицетов. Ей удалось получить классическое генетическое образование еще до печальных событий сессии ВАСХНИЛ. В начале 1950-х ее как еврейку уволили из института, но скоро восстановили. Помогли и усилия по её восстановлению С. И. Алиханяна. Он, как говорили, угрожал уволиться. Лишиться таких специалистов институт не мог, так как антибиотическая промышленность страны практически использовала только штаммы микроорганизмов с высокой антибиотической активностью, полученные в лаборатории С. И. Алиханяна с помощью методов классической формальной генетики. Во всеуслышание об этом не говорили даже в конце 1950-х годов.
Я начала работать в лаборатории Соса Исааковича Алиханяна в августе 1958 года. Троих выпускниц биофака, в том числе и меня, первыми зачислили в Радиобиологический отдел (РБО) Института атомной энергии (ИАЭ), куда под крышу физиков в этот период по просьбе И. В. Курчатова переходили работать несколько известных генетиков со своими лабораториями: Р. Б. Хейсин, С. И. Алиханян, Н. И. Шапиро, С. Н. Ардашников. Т. Д. Лысенко уже качался, но еще был в фаворе у Н. С. Хрущева. Однако отказать И. В. Курчатову в его просьбе Никита Сергеевич не смог.
Территориально лаборатория С. И. еще находилась в Институте антибиотиков и была в стадии перехода в ИАЭ. Институт антибиотиков находился в индустриальном районе Москвы на Нагатинском шоссе. Рядом на полную мощность работал биохимический завод им. Карпова. При выходе из троллейбуса или электрички сразу ощущался сильный специфический неприятный запах химического и микробиологического производства, привыкнуть к которому было трудно. В стенах этого института я провела полтора года.
Лаборатория С. И. Алиханяна – крошечный островок микробной селекции и генетики, занимающийся, главным образом, прикладными исследованиями на совершенно генетически не изученных сложных объектах – актиномицетах и грибах, образующих антибиотики. Ко времени моего прихода в лабораторию там уже долгие годы работают опытные селекционеры, которые пытаются, помимо обработки продуцентов антибиотиков ионизирующей радиацией и химическими супермутагенами для повышения выхода антибиотиков, внедрять генетические методы изучения продуцентов антибиотиков. Сос Исаакович и его квалифицированный коллектив хорошо понимают важность генетического изучения микробных объектов. Правда, в личных беседах Сос Исаакович всегда признавался в своей неугасающей любви к плодовой мушке дрозофиле как к генетическому объекту. Каждую неделю, без исключения, в лаборатории проводтся семинары, на которых реферируются статьи, опубликованные в иностранных журналах. В конце 40-х и все 50-ые годы генетика микроорганизмов за рубежом развивается стремительными темпами. Даже трудно перечислить все открытия в области генетики бактерий и их вирусов бактериофагов, да я и не ставлю себе такой задачи. Были идентифицированы основные способы переноса бактериальной ДНК (дезоксирибонуклеиновой кислоты) – субстанции наследственности: трансформация, конъюгация и трансдукция. Еще в 1944-ом году вышла статья Д. Эвери и соавторов, представивших в экспериментах на микробах генетические доказательства того, что ДНК является веществом наследственности.
Выдающийся американский микробный генетик Эстер Ледерберг в течение одного года (1950-го) совершила невероятное: идентифицировала половой (F) фактор бактерии E.coli, ответственный за бактериальную конъюгацию, и изолировала бактериофаг лямбда.
Последний станет на долгие годы модельным объектом генетики бактериофагов. Эстер Ледерберг в то время работала в Стэнфордовском университете и оставила о себе ещё одну память: на газонах вдоль дорог посадила красные маки, которые и по сей день весной украшают территорию университета. Мы тому свидетели, так как сейчас живем рядом со Стэнфордом.
Джошуа Ледерберг, её муж, в возрасте 33 лет получил Нобелевскую премию за расшифровку механизмов конъюгации. В 1951 году супруги Ледерберг с соавторами описали феномен трансдукции – передачи генетического материала бактерий с помощью бактериофагов. В 1950 году начинает работать над концепцией лизогении французский генетик русского происхождения Андре Львов. Его статья, обобщающая результаты существования симбиоза бактерии и бактериофага, появляется в печати в 1953 году. Его открытие приравнивалось многими учеными к открытию в том же 1953 году Д. Уотсоном и Ф. Криком структуры ДНК. Условно-патогенные бактерии Escherichia coli и Salmonella typh-imurium и их бактериофаги (фаги) становятся на долгие годы основными объектами генетики микроорганизмов. Я уже не говорю о публикации Г. А. Гамовым в 1954 г. гипотезы о том, что информация в ДНК кодируется триплетами нуклеотидов. Эта гипотеза была подтверждена экспериментально Ф. Криком и С. Бреннером в 1961 году. М. Ниренберг с соавторами установили соответствие между кодонами в ДНК и аминокислотами в белках. И эти эпохальные открытия происходят в США и в Европе в период полного запрета на исследования в области классической генетики в Советском Союзе.
Все в лаборатории Алиханяна в курсе открытий в области микробной генетики, несмотря на загруженность работой, поскольку селекционная работа требует больших физических усилий по отбору редких мутантов среди десятков тысяч проверенных на активность вариантов. С большой нагрузкой работают лаборанты, засевая пробирки и колбы с приготовленной питательной средой и определяя антибиотическую активность культур. Многие уже не молоды.
Алиханян умеет подбирать кадры и на долгие годы заразить их своей поразительной научной энергией. Те, кто не выдерживает, тихо уходят. Все разговоры в лаборатории всегда и без исключения переходят на личность, и эта личность – Сос Исаакович. В его лаборатории работают С. Ю. Гольдат, многие годы сотрудник кольцовского института, С. З. Миндлин и С. Любинская, выпускницы кафедры генетики биофака МГУ 1948 года, Л. И. Ерохина, супруги Ждановы, Нелли Исааковна и Виктор Григорьевич, Т. С. Ильина и С. В. Каменева, первые аспирантки Соса Исааковича, А. Ф. Тетерятник, К. П. Гарина, Е. С. Морозова, Л. Н. Борисова, А. В. Владимиров, Ю. Э. Барташевич. Позднее женское царство еще немного разбавляется приходом В. В. Суходольца и В. Н. Крылова.
Многие из этих сотрудником перейдут вместе с Сосом Исааковичем в его сектор в Институте Курчатова, а потом и в организованный по его инициативе в 1968 году Институт Генетики и Селекции Промышленных Микроорганизмов. Конечно, много появится потом и совсем молодых людей, и на плечи коллектива ляжет задача хоть как-то закрывать часть крупной бреши, остающейся от эпохи лысенкоизма.
Меня определили в помощницы к Тамилле Сергеевне Ильиной, которая не занималась селекцией, а уже много лет изучала взаимоотношения актиномицетов с актинофагами, вирусами, размножающимися в клетках актиномицетов и вызывающими их гибель (лизис). Буквально через неделю после моего прихода в лабораторию Сос Исаакович быстро поручил мне отреферировать на семинаре знаменитую статью А. Львова, описывающую концепцию лизогении у бактерий. Помогла формальная сдача английских страниц на биофаке. А. Львов – Нобелевский лауреат по физиологии и медицине 1965 года. Иностранные научные журналы уже публиковали сотни статей по генетическому изучению вирулентных и умеренных бактериофагов. Модельными объектами вирулентных фагов были фаги Т-серии, а умеренных, главным образом, фаг лямбда. Вирулентные фаги имели один путь развития в бактериальной клетке – ее лизис и образование многочисленного потомства фагов. Умеренные бактериофаги, в зависимости от физиологического состояния бактериальной клетки, в различном проценте случаев были способны осуществлять вирулентный путь развития, либо инфекция приводила к установлению лизогенного состояния. В этом случае фаг не убивал клетку, а его геном встраивался в бактериальную хромосому. В редких клетках такой лизогенной популяции геном фага вырезался из хромосомы и убивал клетку с образованием фагового потомства. Это явление и описал в своих пионерских работах А. Львов. Я с первого взгляда влюбилась в такое умное поведение умеренных фагов и все последующие годы старалась следить за успехами в этой области исследований.
Работа с актинофагами имела большое прикладное значение. Заводы по производству антибиотиков в нашей стране очень часто страдали от фаговой инфекции, возникающей в многотоннажных ферментерах, в которых выращивались актиномицеты. Каждый такой ферментер содержал тонны дорогостоящей питательной среды, в которой выращивались актиномицеты. Ферментация заканчивалась образованием антибиотика, который выделяли с помощью химической очистки. В результате инфекции актинофагами актиномицеты в таком ферментере гибли, не образуя антибиотика. Производство несло большие материальные потери.
В лаборатории Алиханяна стали заниматься получением актиномицетов, устойчивых к фаговой инфекции. Задача требовала изучения взаимоотношений актиномицетов с актинофагами, которую было трудно осуществить, работая в прикладном институте. Две сложные проблемы возникали при промышленном использовании устойчивых к фагам актиномицетов. Во-первых, как правило, они образовывали значительно меньшее количество антибиотика. Это совершенно не устраивало производство, которому постоянно спускали сверху планы по увеличению антибиотической продукции. Во-вторых, при использовании устойчивых вариантов сразу находились фаги, преодолевающие их устойчивость, и все начиналось сначала.
Сталкиваясь с этой проблемой в течение многих лет, для меня было совершенно очевидно, что актинофаги попадают в ферментеры извне в результате дефектов в их конструкции. Однако среди большинства опытных заводских специалистов и ряда ученых в академических институтах существовало мнение, что инфекция вызывается фагом, присутствующим внутри лизогенной актиномицетной клетки штамма продуцента антибиотика. Это позволяло дезавуировать основную причину фаголизиса – несовершенство заводского оборудования. Насколько я помню, Софье Захаровне Миндлин удалось получить фагоустойчивый продуцент окситетрациклина, очень распространенного тогда антибиотика, который образовывал такие же количества антибиотика, как и исходный фагочувствительный штамм, и был устойчив к другим актинофагам. Но это был уникальный случай, о котором даже сама Софья Захароовна не помнит.
Когда я через много лет спросила у американского ученого Дика Болтса, имеются ли у них на крупной американской фирме проблемы с фаголизисом, он с удивлением ответил, что никогда с такой проблемой не сталкивался. У фирмы имелись в эксплуатации ферментеры, которые не позволяли проникновению в них фагов. Как это ни парадоксально, но проблемы фаголизиса при производстве антибиотиков стимулировали уникальные генетические исследования актинофагов в Советском Союзе в лаборатории С. И. Алиханяна. Известно, что бактериофаги играли очень существенную роль в генетическом изучении самих бактерий. В конце 1950-х годов, в связи с важностью актиномицетов, образующих большинство антибиотиков, многие известные генетики микроорганизмов за рубежом, ранее работавшие с удобными модельными бактериями, попытались начать генетическое изучение актиномицетов, но большинство из них вскоре отказалось от этой идеи.
Генетическое изучение актиномицетов, хотя они и принадлежали к бактериям, было сильно затруднено более сложным их строением, чем у модельных бактериальных генетических объектов.
Однако в середине 1950-х годов стали проводиться фундаментальные исследования по генетике актиномицетов на штамме, который не использовался в качестве промышленного продуцента. У истоков генетического изучения штамма актиномицетов Streptomyces coelicolor A(3) стояли итальянский ученый Джузеппе Сермонти, а также английский учёный Дэвид Хопвуд. Интенсивные исследования, проводимые в Англии, были настолько эффективными и результативными, что штамм Streptomyces coelicolor A(3) стал модельным объектом генетики актиномицетов. Трудно переоценить роль этих исследований в практике использования актиномицетов в качестве промышленных продуцентов. В течение десятилетий Дэвид Хопвуд возглавлял большой отдел в Институте Джона Иннеса (г. Норидж, Англия). За свои научные заслуги Дэвид Хопвуд, помимо научных званий, получил звание сэра из рук английской королевы. В. Англии ценят своих героев. С обоими учеными, Д. Хопвудом и Д. Сермонти, С. И. Алиханян поддерживал тесные контакты, умудряясь это осуществлять в эпоху железного занавеса. В свою очередь, они по заслугам оценивали вклад, который вносила лаборатория Алиханяна в генетическое изучение актиномицетов и создание основ селекции актиномицетов.
Достаточно сказать, что наличие генетической рекомбинации у актиномицетов было практически одновременно продемонстрировано супругами Сермонти, 1955, Алиханяном и Миндлин, 1957, Брэндлом и Шибальским, 1957, и Д. Хопвудом, 1957. Потом Д. Хопвуд в исследованиях на модельном штамме обогнал всех своих коллег.
Нельзя также не упомянуть и о статьях и книгах С. И. Алиханяна и его сотрудников об основах селекции продуцентов антибиотиков, которые публиковались в нашей стране и за рубежом. Эти статьи были настоящей находкой для шпионов, т. к. зарубежные фармацевтические компании, занимающиеся селекцией, предпочитали молчать о результатах своих исследований, а на работах Алиханяна учились многие его коллеги как в нашей стране, так и за ее пределами.
Джузеппе Сермонти в 1960-е годы вместе со своей женой Изабеллой Спада-Сермонти приезжали в лабораторию С. И. Алиханяна, а в 1973 году Д. Сермонти участвовал в международной конференции по генетике актиномицетов, которую организовал Сос Исаакович на горном курорте Цехкадзор в Армении, о которой еще будет речь впереди. Пригласил Сос Исаакович участвовать в этой конференции и Д. Хопвуда, но тот до 1988 года в Советский Союз не приезжал. Работа в прикладном институте антибиотиков ограничивала возможности генетического изучения как актиномицетов, так и их вирусов, актинофагов, т. к. объектами исследования всегда должны были быть актиномицеты, используемые в промышленности. Это тормозило работы по генетическому изучению актиномицетов и осуществлению кардинальных исследований по генетическому контролю биосинтеза антибиотиков.
Первоначальный этап моей работы, однако, завершился публикацией сначала в отечественном престижном журнале Доклады Академии Наук, а потом и в английском журнале статья Алиханяна, С. И., Ильиной, Т. С. и Ломовской, Н. Д. «Трансдукция у актиномицетов» (S. I. Alikhanian, T. S. Iljina, N. D. Lomovskaya Transduction in Actinomycetes. 1960, Nature 188: 245–246). В статье были впервые приведены доказательства наличия у актиномицетов феномена трансдукции, т. е. переноса генов актиномицета с помощью актинофага. Следует учесть, что феномены общей и специализированной трансдукции на модельных бактериях были открыты в начале 50-х годов и продолжали интенсивно изучаться в конце 1950-ых. Так что мы шли по горячим следам. Тамиллу Сергеевну злые языки называли Ледерберг и Ледерберг, так часто она цитировала авторов открытия феномена трансдукции. К сожалению, наша работа по трансдукции не имела продолжения, ввиду слабой генетической изученности актиномицета – объекта трансдукции. Правда, даже сейчас, по прошествии многих лет, в литературе можно найти упоминания об этой работе.
В общем, для меня в самом начале работы в лаборатории С. И. Алиханяна стало очевидным, что я, наконец, нашла своё призвание стать генетиком микроорганизмов. Этому призванию я не изменила в течение всей моей долгой научной карьеры и ничуть об этом не жалею. Правда, проработав микробным генетиком в течение, практически, полувека, я решила, что это достаточный срок для человеческой жизни и даже перестала следить за её достижениями. Иногда немного жалею об этом, но моя новая работа по сохранению памяти о жизни и работе моих родных, коллег, друзей и ряда выдающихся генетиков поколения моих родителей не оставляет мне на это времени.
Теперь нельзя не упомянуть о совершенно необъятной деятельности, которую предпринял Сос Исаакович Алиханян по изданию в СССР на русском языке книг зарубежных авторов, подводящих итоги, ставших классикой работ по микробной генетике. Я не знаю, какой энергией надо было обладать, чтобы пробить издание этих книг еще в годы засилья в биологической науке лысенковской идеологии. На этих книгах, изданных под редакцией и с предисловием С. И. Алиханяна, учились, по крайней мере, два поколения советских генетиков и молекулярных биологов. Наверное, первой ласточкой была книга знаменитых французских генетиков Ф. Жакоба и Э. Вольмана «Пол и генетика бактерий». Она вышла в издательстве Academic Press в 1961 году, а уже в 1962 была выпущена Издательством Иностранной Литературы на русском языке в переводе А. А. Прозорова и С. З. Миндлин. Вслед за этой первой птичкой выходят один за другим русские переводы тоже под редакцией и с предисловием С. И. Алиханяна: фундаментальный труд У. Хейса «Генетика бактерий и бактериофагов» (перевод К. Н. Гринберга), 1965; Ф. Сталя «Механизмы наследственности» (перевод В. Г. Никифорова), М., Мир, 1966; А. Рейвина «Эволюция генетики» (перевод В. В. Суходольца), 1967; В. Брауна «Генетика бактерий» (перевод В. Н. Крылова), М., Наука, 1968 и, наконец, почти библия молекулярных биологов и генетиков, которая выходила в 1974 и 1981 годах в переводе Ю. Н. Зографа, Т. С. Ильиной и В. Г. Никифорова, книга Гюнтера Стента и Р. Кэлиндера под редакцией и с предисловием С. И. Алиханяна «Молекулярная генетика» М., Мир, 1974. Сейчас второе издание этой книги 1981 года (тираж 13500 экземпляров) считается букинистическим. Нельзя не упомянуть также, что русский перевод книги Г. Стента «Молекулярная биология вирусов бактерий» М., Мир (перевод М. И. Верховцевой и Л. Р. Гольдиной под редакцией и с предисловием А. С. Кривицкого) был опубликован в 1965 году. В 2000 году, отдыхая на Ямайке, познакомились в автобусе с американкой, которая приехала на остров из Беркли (Калифорния) отпраздновать свадьбу дочери. Разговорившись, узнали, что она хорошо знакома с Гюнтером Стентом. Список переводных изданий можно продолжать. Они сокращали пробел в генетическом образовании, по крайней мере, двух поколений генетиков, работающих в Советском Союзе. Тяжелый труд переводчиков этих изданий выполняли, главным образом, высококвалифицированные сотрудники лабораторий С. И. Алиханяна и Р. Б. Хейсина, которые совмещали этот труд с напряженной экспериментальной научной работой.
В моей научной жизни большую роль сыграло переводное издание книги М. Адамса «Бактериофаги» (перевод Т. С. Ильиной) М., Из-во Иностранной литературы, 1961 год, под редакцией и с предисловием А. С. Кривицкого. Книга была издана у нас через два года после её выхода из печати на английском языке в 1959 году. Впоследствии вышли в свет и переводные издания книг Херши А. Д. (ред), «Фаг лямбда» М., Мир (русский перевод под редакцией Б. Н. Ильяшенко) и Д. Уотсона. «Молекулярная биология гена» М., Мир, 1978.
В 1966 году году выходит в свет и первый сборник статей отечественных генетиков «Актуальные вопросы современной генетики». Книга была издана по материалам Всесоюзного семинара по генетике для преподавателей университетов (семинар был организован кафедрой генетики МГУ в 1964 г.) под редакцией С. И. Алиханяна. Научным редактором этого сборника был мой муж Лёня Фонштейн. Он был очень доволен тем, что познакомился сразу со многими выдающимися классическими генетиками того времени, а авторы этого сборника благосклонно принимали его замечания как научного редактора.
Он в эти годы много редактировал, хотя эта работа плохо оплачивалась. Как научный редактор он работал быстро и продуктивно. Книга В. Н. Сойфера «Молекулярные механизмы мутагенеза» тоже вышла под его научной редакцией, хотя помнится, что впервые между автором и редактором были какие-то разногласия, какие, не помню.
Впоследствии Лёня редактировал и книги Н. П. Дубинина. Сейчас уже не можем вспомнить всех книг, которые он редактировал. Недавно вспомнила, что он был уже ответственным редактором книги Н. П. Дубинина «Некоторые проблемы современной генетики», М., Наука, 1994, которая вышла уже после нашего отъезда в Америку.
В 1963 году выходит настольная книга всех советских генетиков того времени «Генетика», Л., ЛГУ, 1963, М. Е. Лобашева, заведующего кафедрой генетики Ленинградского университета с основами классической генетики. По рассказам ленинградских молодых генетиков, преподавание этого курса в ЛГУ, практически, не прерывалось в тяжелые годы лысенкоизма.
Начинают выходить книги и монографии по генетике микроорганизмов и отечественных авторов: «Генетика и селекция микроорганизмов», М., Наука, 1964 (отв. ред. С. И. Алиханян), Д. М. Гольдфарба «Введение в генетику бактерий» (научн. ред. Н. Д. Ломовская), 1966; С. И. Алиханяна
«Современная генетика», М., Наука, 1967; И. А. Захарова и К. В. Квитко «Генетика микроорганизмов» Л.,1967; Алиханяна, С. И. «Селекция промышленных микроорганизмов», М., Наука, 1968; «Генетические основы селекции микроорганизмов» М., Наука, 1969. (отв. ред. С. И. Алиханян).
Я (Н. Л.) в самом начале работы в РБО. Института атомной энергии им. Курчатова (1958 г.) после доклада, сделанного мной на семинаре лаборатории, руководимой С. И. Алиханяном. Доклад, по предложению С. И. Алиханяна, был посвящен реферированию статьи А. Львова, посвященной открытию им явления лизогении у бактериофагов и получившего за это открытие Нобелевскую премию. Тут я впервые осознала, что моё призвание быть генетиком микроорганизмов и их вирусов бактериофагов. При этом имелось в виду изучение актиномицетов – продуцентов большинства антибиотиков и их вирусов, умеренных актинофагов, способных к лизогенизации их актиномицетных хозяев. Моя мечта сбылась через несколько лет работы в лаборатории С. И. Алиханяна с вирулентным фагом Т4. А пока собираю литературу по лизогении. Слева от меня картотека статей по изучению этого явления у бактерий и бактериофагов.
Сос Исаакович Алиханян в своем рабочем кабинете 1980 гг.