Стало понятно, что нам придется полностью отделить – причем отделить физически – работы с древними ДНК от всех остальных лабораторных проектов. В особенности стоило обратить внимание на изоляцию ПЦР, при которой получались триллионы молекул. Нам нужна была лаборатория, которая занималась бы исключительно выделением и амплификацией древнего материала. На нашем этаже нашлась маленькая комнатка без окон, мы ее полностью вычистили и покрасили, затем задумались, как бы избавиться от тех ДНК, что неминуемо проникли в лабораторию с новыми столами и инструментами. Меры мы приняли самые жесткие. Абсолютно все в лаборатории было вымыто хлоркой, которая окисляет ДНК. К потолку приделали ультрафиолетовые лампы, их включали на ночь, так как ультрафиолет разрушает молекулы ДНК. Мы купили новые реагенты – и первая в мире “чистая” лаборатория для исследования древнего материала заработала (рис. 4.1). И все сразу поменялось. Наши контрольные растворы перестали выдавать ДНК, как им и полагалось. А из рабочих растворов, как и полагалось, определялась ДНК. Но мало-помалу, спустя несколько месяцев, в контроле опять стали появляться ДНК. Я рвал и метал. Ну что опять?! Мы выбросили все реагенты и закупили новые.
Рис. 4.1. Олива и Матиас в первой “чистой комнате” в лаборатории в Мюнхене. Фото: Мюнхенский университет
И опять ситуация исправилась, но ненадолго. Я прямо-таки с ума сходил на почве “чистоты в чистой комнате”, а еще мы установили изуверские правила работы в “чистой комнате”, и эти правила действуют и соблюдаются до сих пор. Во-первых, доступ в комнату был открыт только тем, кто непосредственно проводил эксперимент, в нашем случае только Матиасу и Оливе. Перед тем как войти, они облачались в специальные халаты, шапочки, бахилы, надевали перчатки и закрывали лицо щитком. Еще несколько тщетных экспериментов – и у нас добавилось новое правило: входить в комнату можно только утром непосредственно из дому. Если им приходилось пройти через помещения, где содержались продукты ПЦР, вход в “чистую комнату” на весь день им был закрыт. Все химикаты поступали прямо в “чистую комнату”, мы купили новое оборудование, которое тоже привезли прямо туда. Постепенно ситуация улучшалась. И все равно новые реагенты обязательно тестировались на присутствие человеческой ДНК, и не однажды целую партию отправляли обратно. Матиаса и Оливу оставалось только пожалеть: они-то рассчитывали позаниматься ДНК древних людей и вымерших животных, а вместо этого попали в кабалу утомительных процедур, по сто раз перепроверяли реагенты и волновались, как бы не занести лишней ДНК.
В конце концов наши усилия начали приносить плоды, и общее настроение поднялось. До сих пор мы исследовали мягкие ткани, кожные или мышечные. Но я вспомнил, как в Упсале успешно вытягивал ДНК из хрящей мумий, то есть из ткани, похожей на костную. Если бы удалось выделить ДНК из древних костей, а не из мягких тканей, то перед нами открылось бы множество новых возможностей, так как от древних людей остаются в основном кости. В 1991 году Эрика Хагельберг и Дж. Б. Клегг из Оксфордского университета опубликовали статью с описанием процесса выделения ДНК из костей древних людей и животных[19]. Поэтому, взяв наконец под контроль инородные загрязнения, Матиас занялся освоением технологий выделения ДНК из костей древних животных. В этом случае вероятность перепутать целевую ДНК с загрязнениями значительно уменьшалась: ведь с животными мы почти не работали. Один из таких методов, описанных в литературе, предлагал протокол для экстрагирования ДНК микроорганизмов. Основан он на том, что ДНК в условиях солевого раствора высокой концентрации связывается с кремниевыми микрочастицами – в данном случае с тончайшей стеклянной пылью. Затем кремниевые частицы тщательно отмываются, чтобы избавиться от всех нежелательных компонентов, которые могут вмешаться в ПЦР. И после этого молекулы ДНК отделяют от кремниевых частиц методом понижения концентрации соли. Конечно, процесс экстрагирования ДНК оказался весьма громоздким, но он работал и приносил результаты.
Мы с Матиасом опубликовали описание этого метода в 1993 году; в том эксперименте мы работали с костями плейстоценовой лошади и получили последовательность ее мтДНК. Так мы доказали, что можем надежно реконструировать ДНК из костей возрастом 25 тысяч лет. А это, между прочим, была первая полученная последовательность ДНК доледниковых времен[20]. Придуманный нами тогда протокол с небольшими модификациями используют до сих пор. Все предшествующие треволнения поместились в первое, вступительное предложение статьи: мы написали, что нашу молодую область знаний “омрачают проблемы”. Но и это постепенно менялось. На самом деле Матиас и Олива, сами того не сознавая, заложили фундамент для тех открытий, что нам предстояли в следующие несколько лет. В 1994 году Матиас выделил первую последовательность ДНК из сибирского мамонта: он работал с образцами четырех особей, возрастом от 9700 до 50 тысяч лет. Мы отправили результаты в Nature, где они и были опубликованы вместе с похожими результатами Эрики Хагельберг, получившей ДНК из костей двух мамонтов[21]. И, несмотря на скромную длину реконструированных фрагментов мтДНК, все же здесь просматривались серьезные перспективы, если нуклеотидов окажется побольше. К примеру, мы заметили множество различий между последовательностями ДНК у четырех особей мамонтов. Такая информация не только способна прояснить родственные связи между мамонтами и двумя существующими видами отряда – индийским и африканским слоном, – но и позволяет проследить историю мамонтов от позднего плейстоцена до самого их вымирания около 4000 лет назад. У древней ДНК появилось наконец что отпраздновать.
В то же время выяснилось, что новые технологии выделения древней ДНК приложимы в неожиданных областях биологии. В один прекрасный день у меня на пороге появился университетский зоолог Феликс Кнауэр и завел разговор о применении наших ДНК-методик к “охранной генетике”, то есть в той области знаний, где генетика служит сохранению редких и исчезающих видов. Феликсу предстояло исследовать последнюю сохранившуюся популяцию итальянских медведей, обитающих на южных альпийских склонах, но в качестве материала для исследования у него был только медвежий помет. Я предложил Феликсу и нескольким студентам попробовать наш метод “кремниевого” выделения в сочетании с ПЦР на этом специфическом материале. В результате мы сумели амплифицировать ДНК медведя и показали, что можно работать и с таким материалом. До этого, чтобы получить ДНК дикого животного, его приходилось убивать или усыплять и брать кровь у сонного, что рискованно и для животного, очевидно, неприятно. Теперь же можно изучать генетические связи итальянского медведя и его европейских сородичей без всяких сложностей. Из того же материала мы реконструировали генетическую составляющую растений, которые шли медведю в пищу, так что и о медвежьей диете кое-что смогли рассказать. Все эти результаты мы опубликовали в небольшой статье в Nature[22]. С тех пор выделение ДНК из помета стало повсеместной практикой в области генетики редких животных.
Пока мы корпели над методиками распознавания и устранения занесенных чужеродных ДНК, в Nature и в Science одна за другой появлялись эффектные работы – их авторы будто бы добивались грандиозных успехов, рядом с которыми бледнели наши вымученные фрагменты ДНК возрастом в какие-нибудь несчастные пару десятков тысяч лет. Мода на такие работы началась году в девяностом, я тогда еще работал в Беркли. Ученые из Калифорнийского университета в Ирвайне опубликовали ДНК-последовательность ископаемой Magnolia latahensis из миоценовых отложений в Айдахо; возраст отложений составлял 17 миллионов лет[23]. Прямо ошеломительное открытие, и казалось, что теперь мы можем изучать эволюцию в невиданных масштабах в миллионы лет – так, пожалуй, и до динозавров недолго добраться! Но я, по правде сказать, был настроен скептически. Еще в 1985 году, когда работал у Томаса Линдаля, я на собственном опыте убедился, что фрагменты ДНК могут сохраниться спустя тысячи лет, но о миллионах даже речи не идет. Мы с Аланом Уилсоном произвели на основе работ Линдаля некоторую экстраполяцию, в которой проверили длительность жизни ДНК в присутствии воды и при усредненных условиях: при температурах не самых низких и не самых высоких, если среда не слишком щелочная и не слишком кислая. По нашим подсчетам выходило, что по прошествии нескольких десятков тысяч лет – а при самых благоприятных условиях, положим, и сотен тысяч – распадутся последние молекулы. Но кто знает – возможно, те отложения в Айдахо создавались при каких-то уж совсем исключительных условиях. Перед тем как отправиться в Германию, я посетил эти местонахождения. Они были сложены темными глинами, раскопки производились бульдозером. Первые же снятые слои обнажили зеленые листья магнолии, которые мгновенно почернели, оказавшись на воздухе. Я собрал много этих листьев и привез с собой в Мюнхен. В своей новой лаборатории я попытался выделить их ДНК и получил множество длинных фрагментов. Но далее, прогнав их через ПЦР, мне не удалось амплифицировать ни одного фрагмента растительной ДНК. Поскольку у меня было подозрение, что все длинные фрагменты последовательности принадлежат бактериям, а не растениям, я провел реакцию с бактериальными праймерами – и немедленно получил положительный результат. Очевидно, в глине развивались бактерии. Единственное возможное объяснение: группа из Ирвайна, работающая с генами растений и не имеющая специальной “чистой комнаты” для исследования древних ДНК, амплифицировала какую-то занесенную ДНК и решила, что это ДНК магнолии. В 1991 году мы с Аланом опубликовали наши теоретические подсчеты в статье о стабильности ДНК[24], а в следующей статье описали мои неудачные попытки получить ДНК из ископаемых листьев из Айдахо[25]. За год до того Алан слег с тяжелой формой лейкемии, так что настроение было очень печальное. Несмотря на болезнь, он внес весомый вклад в обе статьи. Он умер в июле того же года в возрасте всего пятидесяти пяти лет.
