Нобелівська премія і ЛСД: чим відомий винахідник ПЛР-тесту на коронавірус

Пандемія коронавірусної інфекції з кожним днем набирає обертів в Україні. Статистична інформація щодо невеликої кількості хворих на початку і в середині березня не давала реальної картини.

Це було пов'язано з тим, що експрес-тести на COVID-19 найчастіше давали неправильні результати, наприклад, у одного з хворих з Тернополя швидке тестування 4 рази поспіль показувало відсутність коронавірусу, а тільки лабораторне дослідження підтвердило, що людина була хвора. Після того, як в Україну почали постачати ПЛР-тести, що дають протягом 5 годин надійний результат, статистика щодо хворих на коронавірус пішла вгору.

Дуже цікава особистість вченого, який винайшов ПЛР-тест. Кері Малліс був вкрай неоднозначною особистістю, але він має кілька значних відкриттів, які принесли йому Нобелівську премію в 1993 році. Після цього він практично закинув науку і присвятив своє життя серфінгу, купивши будинок на березі океану. А його головне відкриття - полімеразна ланцюгова реакція - справила справжній вибух у біології та медицині. Ким же був Кері Малліс?

Кері Малліс однозначно входить в топ найбільш неоднозначних вчених. Дитинство він провів у сільській місцевості, і одним з його улюблених занять були хімічні досліди в сараї і в шкільній лабораторії. Потім він захопився ракетами, і одна з його найбільш вдалих ракет піднялася на милю з жабою на борту. Жаба вижила. Ще одна ракета налякала пілота комерційного лайнера, що заходив на посадку, але це вже інша історія. Вчитися Малліс вступ на біохімічний факультет, але курси обирав ті, які йому більше подобалися, а це була фізика, програмування, соціологія і астрологія. Але ось на курс з біохімії він так і не записався, і в результаті його не хотіли допускати до захисту дисертації. Тоді Малліс, перебуваючи під впливом ЛСД написав майже повністю божевільну статтю про космологічне значення звернення часу, і надіслав у найпрестижніший журнал Nature. Журнал зазвичай не публікував роботи аспірантів, але не цього разу. На загальний подив, стаття була опублікована, і Малліс був допущений до захисту.

Після захисту він змінив кілька областей діяльності, навіть пробував писати романи, поки не знайшов роботу в компанії, що займалася генетичними дослідженнями. З ним було непросто працювати, він був незалежний, вибуховий і скандальний, але його змушені були терпіти за неймовірну продуктивність і винахідливість.

Метод ПЛР він придумав не в лабораторії, а за кермом, коли він їхав нічною гірською дорогою у віддалену хатину, в якій любив проводити вікенди. Як він розповідав пізніше, в момент, коли його осяяла ідея, він закричав "Еврика" і ледь не злетів з дороги.

Що ж таке полімеразна ланцюгова реакція, або ПЛР?

Подвійна спіраль ДНК складається з двох довгих ланцюжків, утворених лише чотирма основами - аденін, тимін, гуанін і цитозин, причому навпроти аденіну в дзеркальному ланцюжку завжди стоїть тимін, а навпроти гуаніну - цитозин.

А-Ц-Ц-Т-Т-Г-А-Т-А-Ц-Г
Т-Г-Г-А-А-Ц-Т-А-Т-Г-Ц

Компанія, в якій працював Малліс, досліджувала генетичні мутації. Припустимо, що якесь генетичне захворювання пов'язано із заміною четвертої літери праворуч, скажімо, А на Ц. Неправильна ДНК виробляє неправильний білок, і це вже може створювати серйозні проблеми для організму. Як визначити наявність дефекту в зразку хромосоми? Малліс спочатку підігрівав розчин, щоб розділити нитки ДНК. Потім він додавав праймер - короткий ланцюжок, наприклад А-Ц-Ц (в реальності в його праймерах були десятки основ-літер), і праймер прикріплявся тільки до тієї ділянки, код якої був дзеркальним, або, як кажуть, комплементарним праймеру. Далі справа техніки - потрібно було додати в розчин кілька різних основ і спеціальний фермент полімеразу і подивитися, яка основа прикріпиться. Ланцюжки ДНК завжди ростуть в одному напрямку, причому напрямку росту протилежні для кожної нитки, і під час росту приєднують основи, використовуючи другу нитку як матрицю, тому метод повинен був би спрацювати. Проблемою було те, що якщо ДНК для аналізу мало, то і проводити аналіз було складно. Треба було якось збільшити чутливість методу.

Спочатку Малліс подумав, що можна приготувати ще один праймер і прикріпити його з іншого боку можливого дефекту до дзеркальної нитки ДНК. Можна навіть все це виконати в одній пробірці, залишається тільки одна проблема - після приєднання до ланцюжку першої основи полімераза продовжувала працювати, приєднуючи нові і нові основи і знижуючи точність методу. І тут Малліс і закричав - "Еврика!", ледь не розбудивши свою подругу і колегу Дженніфер, яка спала на пасажирському сидінні, адже тепер у його уявному експерименті замість однієї вийшли вже ДВІ ідентичні подвійні спіралі ДНК, матеріалу для дослідження тепер у два рази більше. Більш того, ЕВРИКА!, він може виконати цей фокус ще і ще раз, і у нього будуть вже 4, 8, 16, 32 молекули. А якщо повторити досвід тридцять разів поспіль, то рахунок зразків піде на мільярди! Ще через милю шляху він подумав, що праймери можна садити на нитку ДНК на будь-якій відстані один від одного, виявляючи та розмножуючи, як на суперкопіювальній машині фрагменти ДНК будь-якої довжини, та хоч цілі гени! Таким чином, за допомогою набору праймерів ставало можливим, як за відбитками пальців, виявляти присутність генетичного матеріалу навіть в дуже невеликих кількостях. Це був прорив, революція, неймовірне відкриття.

Малліс зупинив машину, розбудив подругу і спробував розповісти їй про своє відкриття. Не добившись успіху, він продовжив шлях до хатини і вже там всю ніч рахував і креслив діаграми, списавши всі доступні поверхні. Він ледве дочекався понеділка, щоб пірнути в бібліотеку. Не може бути, щоб така проста ідея нікому не прийшла в голову раніше. Виявилося, може. Він був першим. Це був 1983 рік. Колеги сприйняли його ідею скептично, журнал Nature відмовився приймати статтю (напевно, там запам'ятали його дебют), і тільки в 1985 році йому вдалося опублікуватися в Science. Публікацією несподівано зацікавився Департамент енергетики США (який відповідає в тому числі за ядерну безпеку), і дослідникам довелося доводити, що ПЛР не має нічого спільного з атомною бомбою. Стаття викликала фурор, і компанії, в якій працював Малліс, вдалося продати патенти за 300 мільйонів доларів. Малліс отримав $10000 бонусу.

У 1993 році Кері Малліс отримав Нобелівську премію. У своїй Нобелівській лекції він з неабиякою часткою гумору розповів свою біографію і описав метод, а також яскраво описав свій душевний стан і почуття самотності через розрив з Дженніфер. Втім, це почуття самотності не завадило йому запросити на церемонію всіх колишніх дружин, з якими він зберіг добрі стосунки, а також ледь не був заарештований наступного дня шведським поліцейським за пустощі з лазерною указкою.

Отримавши премію, Малліс купив собі будинок на березі океану, щоб мати можливість без обмежень займатися серфінгом. Він прожив яскраве, насичене життя, у нього було чотири дружини, діти і онуки, а ще подруги, улюблена робота, слава і визнання. Він міг дозволити собі робити те, що хотів, говорити те, що хотів, проводити наукові експерименти, спілкуватися з інопланетянами, вести кампанію за лігалайз ЛСД, заперечувати СНІД і руйнування озонового шару і виступати з іншими скандальними заявами. Напевно, це є щастя.                                                                                                                                                                    

Полімеразна ланцюгова реакція викликала справжню революцію в біології, медицині і не тільки. Лабораторії отримали спосіб швидко і недорого визначити присутність патогенів, провести аналіз на наявність ГМО, методику освоїли медики, ветеринари, і навіть палеонтологи. Пошук фрагментів ДНК зробив революцію в криміналістиці. І ключова роль в приборканні пандемії covid-19 теж у ПЛР, полімеразної ланцюгової реакції, яку винайшов такий яскравий і такий некомфортний Кері Малліс.