Множество важных научных открытий подарил миру ХХ век, в том числе в области биологии и генетики. И одним из таких открытий является обнаружение мобильных генетических элементов. Трудно представить, что существование подвижных элементов в геноме всего несколько десятилетий назад казалось настоящей фантастикой. Генетики, заявлявшие о странных «прыгающих» генах, всерьез рисковали своей репутацией. Точку в этом вопросе, положившую конец всем сомнениям, поставила группа советских ученых, которые первыми обнаружили в 1976 году мобильные элементы в геноме дрозофилы.
Но несмотря на то что это открытие было огромной важности и сыграло большую роль в развитии генетики и молекулярной биологии, имена первооткрывателей известны сегодня лишь узкому кругу специалистов. Одним из них был замечательный ученый Евгений Витальевич Ананьев.
Его коллега биолог Виктор Барский из Института молекулярной биологии им. В. А. Энгельгардта РАН вспоминал: «Я старше Евгения Витальевича и уже был сотрудником Института молекулярной биологии, когда в 1965 году Женя Ананьев начал работать в институте. Он учился в школе на вечернем отделении биофака и совмещал учебу с работой. Женя сразу поразил всех своей целеустремленностью, жаждой знаний, а также способностью доводить всякую поручаемую ему работу до совершенства».
Виктор Евгеньевич пишет о работе Е. Ананьева в лаборатории известного генетика и цитолога Александры Алексеевны Прокофьевой-Бельговской, где под руководством молодого талантливого генетика Виктора Гиндилиса тот работал над фотографическим атласом хромосом человека:
«Для этого необходимо было освоить микроскопическую технику, научиться изготавливать препараты хромосом, терпеливо выбирать хромосомы наиболее пригодные для фотографирования и, наконец, получать качественные фотографии. В результате такой трудоемкой работы Женя создал замечательный атлас хромосом человека, которым лаборатория гордилась много лет… Всю жизнь Е. В. Ананьев стремился выполнять оригинальные исследования и в любой работе пытался найти новый подход, который не только решал поставленную задачу, но и открывал новые возможности. Это особенно ярко проявилось в его последней работе по созданию искусственной хромосомы растений, которая сильно опередила свое время».
После окончания биофака МГУ Евгений Ананьев в 1970 году поступил на работу в качестве старшего лаборанта в биологический отдел Института атомной энергии им. И. В. Курчатова, реорганизованный в 1978 году в Институт молекулярной генетики АН СССР. Руководителем лаборатории, где Евгений начал работу, был выдающийся ученый-генетик Владимир Гвоздев.
Он предложил Ананьеву тему для кандидатской диссертации: исследовать структуру хромосом дрозофилы при эффекте положения (эффект положения — влияние расположения генов в хромосоме на проявление их активности. — Ред.) и при дозовой компенсации. Два года напряженной работы принесли свои плоды. Е. В. Ананьев обнаружил, что при эффекте положения снижается репликация хромосом, а при дозовой компенсации наблюдалось снижение уровня транскрипции. Обе эти работы были отмечены Премией им. И. В. Курчатова для молодых ученых и легли в основу его кандидатской диссертации.
В. А. Гвоздев, ныне академик РАН, вспоминает, что заняться ему, биохимику, биохимической генетикой дрозофилы предложил после защиты кандидатской его учитель Роман Хесин. Генетиков со стороны Гвоздеву брать не хотелось, но был очень нужен хороший цитолог, и коллеги посоветовали Евгения Ананьева: «Надо было работать с политенными хромосомами дрозофилы, разглядывать их и фотографировать детали их структуры. Я проводил с Женей за микроскопом многие часы и получал громадное эстетическое удовольствие от разглядывания приготовленных им с таким искусством препаратов. Такое смешанное с эстетикой научное удовольствие, которое иногда случается». Итогом исследования стали две совместные публикации, составившие основу кандидатской диссертации Е. Ананьева, в которых он выступил не только как микроскопист, но и как равноправный научный сотрудник.
Позднее Владимир Гвоздев попросил Евгения, как аса микроскопии, наладить метод детекции на политенных хромосомах тех участков, которые соответствовали бы синтезирующимся на них РНК. Он, в частности, пишет: «Налаживание этой методики пришлось очень ко времени, поскольку в 1970-х годах стали интенсивно клонировать гены и определять их локализацию в геноме, а на дрозофиле это можно было легко сделать на политенных хромосомах, используя гибридизацию (связывание соответствующей/комплементарной последовательности нуклеиновой кислоты) с политенными хромосомами». Данная работа велась по просьбе биохимика Георгия Георгиева из Института молекулярной биологии АН СССР; было необходимо определить локализацию ряда клонированных генов.
«Неожиданно Женя обнаружил, что места расположения клонированных генов различаются в хромосомах, унаследованных от отца и матери, т. е. локализация этих генов в геноме непостоянна. Это открытие я уложил в одну простенькую фразу, но прийти к такому выводу было не так просто, для этого требовалось как большое мастерство микроскописта, так и природное умение поразмышлять над полученным результатом. В результате были открыты подвижные (мобильные) гены у дрозофилы», — отмечает В. А. Гвоздев.
Стоит сказать, что еще в 1950 году Барбара Мак-Клинток получила генетические доказательства существования подвижных генов у кукурузы, а спустя 20 лет были найдены мобильные элементы у бактерий; мобильные элементы у животных не были найдены.
Получить первые доказательства существования мобильных элементов у дрозофилы удалось 26-летнему аспиранту Николаю Чурикову из лаборатории Г. Георгиева в Институте молекулярной биологии и 29-летнему Евгению Ананьеву. Чуриков клонировал ДНК дрозофилы, а Ананьев проводил гибридизацию фрагментов на политенных хромосомах. 15 марта 1976 года Чуриков отвез в Институт атомной энергии Ананьеву меченый тритием фрагмент ДНК дрозофилы Dm225. 26 июня 1976 года Ананьев проявил препараты и получил хорошую гибридизацию.
Вот как об этом вспоминал сам Евгений Витальевич: «К этому времени я уже освоил методику in situ гибридизации на политенных хромосомах дрозофилы. На моем первом и единственном препарате я увидел, что этот кусочек ДНК гибридизуется примерно с 40 участками на политенных хромосомах. Одно ядро, однако, привлекло мое внимание. В этом ядре отцовская и материнская хромосомы, составляющие пару гомологичных хромосом, не были тесно сконъюгированы, как обычно наблюдается в большинстве ядер, а несколько разошлись друг от друга. Распределение гибридизующихся участков на этих гомологичных хромосомах оказалось полностью различным. Это было что-то совершенно новое!
Это была загадка! Что это? Мобильные элементы, которые недавно были найдены у бактерий, или мистические контролирующие элементы, обнаруженные у кукурузы Барбарой Мaк-Клинток? А может, просто некая особенность генома дрозофилы? Я подумал, что разгадка может крыться в том, что для проведения эксперимента я использовал особо крупные личинки дрозофилы, которых получал путем скрещивания двух родительских линий этой мушки. Поэтому асимметричное распределение сайтов гибридизации могло быть связано с изначальнo существующими различиями в хромосомах родителей. Как только я увидел, что последовательность сайтов не совпадает, мне пришла в голову мысль, что это „прыгающие“ гены».
Далее он пишет: «Получение дальнейших доказательств потребовало от меня мобилизации всех моих сил. Я наготовил препаратов политенных хромосом, сфотографировал большое число ядер с хорошо расправленными политенными хромосомами, напечатал фотографии и засел за их анализ. Постепенно, через две недели, я наконец-то научился распознавать все хромосомы и каждую из их 100 секций. Первое, что я установил, — это существенные различия между родительскими линиями. Две линии дрозофилы, с которыми я работал, имели всего 1 или 2 общих сайта гибридизации. Все остальные сайты, чуть больше 20 в каждой линии, оказались в неродственных участках хромосом. Второе — разные клетки одного и того же организма имели одно и то же расположение сайтов гибридизации».
В этих воспоминаниях ключевой является фраза «Одно ядро, однако, привлекло мое внимание». Она свидетельствует о тончайшей наблюдательности молодого ученого. Такая, казалось бы, мелкая деталь не ускользнула от него. Чтобы докопаться до причины этой неувязки, он провел логическое исследование, которое позволило ему сделать единственно правильный вывод: фрагмент Dm225 является не чем иным, как мобильным элементом.
Так что открытие мобильных элементов нельзя назвать счастливой случайностью. Это было строгое научное исследование, завершившееся правильным объяснением наблюдаемого явления. Эти результаты были первыми молекулярными доказательствами существования мобильных элементов у эукариот, открытием выдающегося значения. За цикл работ «Мобильные элементы животных» в 1983 году группа советских ученых получила Государственную премию СССР. Среди них были Е. В. Ананьев и Н. А. Чуриков.
Ныне доктор биологических наук, Николай Чуриков подчеркивает, что ему очень повезло, что в ранние годы его научной работы он начал сотрудничество с Евгением Ананьевым и что им вместе удалось открыть мобильные элементы: «Вспоминая Женю, я всегда вспоминаю и историю этого открытия. И всегда чувствую сожаление, что Женя, который своими руками сделал важный вклад в него, не продвинулся в научной карьере в СССР и потом в России. Знаю также, что коллеги за рубежом, имеющие даже меньшие достижения, получали раннее признание в своих академиях, и это приносило новые успехи в науке. Надо было видеть, как он работал. Помню, что однажды зимой, в 1984 году, я знакомил Женю с американским ученым Джоном Йодером. Женя показал рисунки из неопубликованных статей. На обратном пути Джон сказал: „Блестящий человек!“».
После защиты докторской диссертации «Цитогенетика мобильных элементов дрозофилы» Е. В. Ананьев начинает самостоятельную научную карьеру и в 1983 году становится заведующим лабораторией молекулярной цитогенетики в Институте общей генетики им. Н. И. Вавилова АН СССР. Вместе с новой должностью меняется и направление исследований Е. В. Ананьева. Теперь они оказываются тесно связаны с генной инженерией растений. В его лаборатории начинают активно изучать геном ячменя.
Александр Колчинский, ведущий исследования в Университете штата Иллинойс (Чикаго, США), рассказывает, что впервые познакомился с Евгением Витальевичем где-то в 1984 году в электричке по дороге из Пущино в Москву: «Е. А. произвел на меня впечатление ученого, недавние успехи которого стимулировали вполне оправданные амбиции, желание браться за крупные проекты и руководить научным коллективом. В Институте молекулярной генетики ему такой возможности не дали, и его пригласил руководить лабораторией Алексей Алексеевич Созинов, недавно назначенный директором в Институт общей генетики, раздираемый в то время интригами. Условием перехода было полное изменение объекта работы — Е. А. должен был заниматься генетикой ячменя».
Он также пишет, что очень трудно сейчас объяснить, какой была ситуация в советской науке в 1987 году: «Мы [тогда] только что получили новое помещение, но оно было непригодно для экспериментальной работы, и мы сами его ремонтировали. Несмотря на всё это, мы ставили эксперименты, публиковали статьи, в лаборатории было защищено несколько кандидатских. Мы стали ездить на конференции, благо все ограничения на выезды за границу исчезли. В 1989 году мы с Женей поехали в Индию на конференцию, а затем посетили ряд научных учреждений. В Хайдарабаде, где находился Индийский центр молекулярной биологии, нас повели в храм Бирла. Туда вела извилистая лестница, на стене которой был высечены иллюстрации к „Махабхарате“. И тут выяснилось, что Женя гораздо лучше помнит сюжет и героев эпоса, чем сопровождавшие нас молодые индийские гиды! Я тогда еще не знал, что он увлекался индийскими легендами и что стены его квартиры украшены его собственными картинами на эти темы».
В конце 1980-х — начале 1990-х годов лаборатория стала сотрудничать с генетиком ячменя Томом Блейком (Thomas Blake) из Университета Монтаны в Бозмане (США). Блейк прекрасно понимал, что тогда происходило в СССР, и на протяжении ряда лет помогал, чем только мог. К концу 1991 года большинство сотрудников Ананьева уехало работать за границу, работать стало некому. В январе 1992 года и сам Евгений Витальевич начал работу в лаборатории Блейка.
Александр Колчинский вспоминает, что, хотя «за 16 лет работы в США Е. А. получил крупные результаты… его научная карьера складывалась в Америке трудно, для ученого его таланта и масштаба. Примерно через три года после приезда Е. А. был принят в лабораторию генетики в Университете штата Миннесота. За два с половиной года работы в Миннеаполисе, без лаборантов, фактически в положении начинающего научного сотрудника, он первым в мире получил фундаментальные сведения о структуре центромерных участков индивидуальных хромосом. До этого подобные работы были сделаны только для дрожжей».
Когда Колчинский приехал к Ананьеву в Миннеаполис, то увидел, что над рабочим местом Евгения Витальевича стоит длинный ряд альбомов с результатами: «Представить себе, что всё это было сделано в одиночку и за короткий срок, было просто невозможно, это требовало невероятной организованности и работы по 14 часов в день без выходных. Зато этот проект был в русле главной темы всей его научной деятельности — изучения структуры хромосом. После Миннесоты Ананьев смог найти соотетствующее его заслугам место в лаборатории генетики кукурузы фирмы „Пионер“ (в штате Айова). Евгений Витальевич добился от руководства лаборатории поддержки своей идеи создания искусственной хромосомы».
Профессор Энтони Рафальский (Antoni Rafalski), работавший с Ананьевым в компании DuPont Pioneer, отмечает, что сразу подружился с ним и его женой, генетиком Ольгой Данилевской, которой тоже предложили работу в этой компании: «В то время Евгений Витальевич работал над амбициозным и сложным проектом по конструированию искусственной хромосомы растений. Чтобы достичь этой цели, ему нужно было собрать синтетическую конструкцию, используя элементы хромосомы — теломеру и центромеру. Его опыт как цитогенетика был бесценен для этого проекта».
Рафальский пишет: «Ключевым элементом был центромерный повтор centC, открытый им еще в Университете Миннесоты. Используя этот элемент, Евгению Витальевичу и его сотрудникам удалось создать генетические конструкции, которые смогли реплицироваться при введении в клетки растений. Первые результаты были очень обнадеживающие. Они получили мини-хромосомы и приступили к изучению их наследования. К сожалению, эта работа была прервана болезнью Евгения Витальевича. Без его руководства проект не мог двигаться вперед. Насколько мне известно, до сих пор никто не добился успеха в создании искусственной хромосомы растений. Хотя с помощью новых методов хромосомной инженерии, таких как CRISPR-Cas, может быть, удастся достичь этой цели. Мне по-прежнему недостает дружбы с Евгением Витальевичем и его заразительного энтузиазма».
В свою очередь Ольга Данилевская вспоминает, как 9 февраля 2006 года были обнаружены первые растения с искусственной хромосомой: «Какой восторг они вызвали у Евгения Витальевича! Он считал, что искусственная хромосома была вершиной его научной карьеры. Действительно, создание искусственной хромосомы было логическим и элегантным исследованием. В Миннесоте он обнаружил функциональный элемент цетромеры и сразу понял, что на его основе можно создать искусственную хромосому. Он несколько лет упорно шел к этой цели, которая завершилась блестящим успехом». К сожалению, у этой истории печальный конец. В августе 2006 года у Евгения Витальевича была обнаружена глиобластома, одна из наиболее агрессивных опухолей мозга, и этот диагноз стал, увы, смертным приговором. Тем не менее Евгений Ананьев писал в то время другу: «Я рад, что я не умер внезапно. У меня есть немного времени посмотреть на свою жизнь, подумать о своей карьере, написать историю своей жизни».
На лечение Ананьев попал в одну из лучших больниц США — клинику «МЭЙО», и там, в гостиничном номере, в перерывах между сеансами облучения после операции он стал писать свои воспоминания об открытии мобильных элементов, выдержки из которых приведены выше.
В декабре 2007 года, в последние дни своей жизни, Евгений Витальевич уже не мог писать, но диктовал детали памятного лета 1976 года, когда было сделано ключевое наблюдение. Как отмечает Ольга Данилевская, «в его угасающем сознании доминирующей была мысль, что он внес свой вклад в величайшее открытие генетики конца ХХ века. Очень хотелось бы, чтобы его имя не было предано забвению».
Подробнее о Е. Ананьеве см. www.bionet.nsc.ru/vogis/pict_pdf/2012/16_1/32.pdf
Алексей Ржешевский,
научный журналист
Я могу только подтвердить, что это был действительно очень целеустремлённый человек, который взялся быть оппонентом на защите моей кандидатской диссертации. Пригласил его кстати работать в ИОГен Созинов, который был в те времена директором ИОГена. Помещение непригодное для работы располагалось в бывшей школе.