# ЛСД, гейзеры и Нобелевская премия: как Кэри Муллис изобрел ПЦР

Источник: https://www.youtube.com/watch?v=zaXKQ70q4KQ
Канал: Veritasium
Опубликовано: 26.12.2024

---

Кэри Муллис в 1960-х годах учился на биохимика в Беркли и регулярно употреблял ЛСД [1:23]. Его докторская диссертация содержала столько шуток, что комиссия потребовала вырезать «сумасбродные фрагменты» перед защитой [1:37]. Нестандартный подход Муллиса к науке привел к созданию метода ПЦР, который сегодня используется во всех генетических лабораториях мира [25:38].

## 🧬 Зарождение биотехнологий и компания Cetus
[[JUMP:02:30]]

Том Уайт нанял Кэри Муллиса в биотехнологический стартап Cetus, зная о его навыках синтеза галлюциногенов в Беркли [2:43]. Компания Cetus, основанная в 1971 году, стала одной из первых в мире организаций, работающих с манипуляциями ДНК [2:55]. В то время ученые только начинали понимать механизмы работы вирусов-бактериофагов, которые внедряют свою ДНК в клетки бактерий [3:07].

Исследователи обнаружили у бактерий защитные молекулы — рестрикционные ферменты. Эти молекулы сканируют ДНК вируса и разрезают её в специфических местах [3:39]. Ученые извлекли эти ферменты, создав набор «наноскопических ножниц» для работы с человеческим геномом [3:54]. Cetus стремилась использовать эти инструменты для создания коммерческих тестов на генетические заболевания [4:06].

## 🔍 Проблема поиска мутаций в геноме
[[JUMP:04:16]]

Одной из главных целей компании была диагностика серповидноклеточной анемии на генетическом уровне [4:19]. Ген бета-глобина, отвечающий за форму эритроцитов, находится на кончике 11-й хромосомы [4:33]. Болезнь возникает, если человек наследует замену нуклеотида аденина (A) на тимин (T) от обоих родителей [4:46]. Муллис сравнивал поиск этой единственной ошибки среди 6 миллиардов букв генома с попыткой прочитать номерной знак на Земле, находясь на Луне [5:16].

Для поиска мутаций тогда использовали метод Саузерн-блоттинга:

*   ДНК разрезали ферментами на фрагменты разной длины [5:30].
*   С помощью гель-электрофореза фрагменты разделяли по размеру [5:56].
*   ДНК «расстегивали» при температуре выше 90 градусов, разрушая водородные связи [6:47].
*   Вводили радиоактивные зонды — короткие синтетические цепочки ДНК, которые прикреплялись к целевой мутации [7:14].

Этот процесс занимал недели и был крайне неэффективным для коммерческого использования [8:38]. Уровни радиоактивного сигнала часто оказывались слишком слабыми для точной диагностики [9:03].

## 🚗 Эврика на дороге в Мендосино
[[JUMP:10:39]]

Кэри Муллис в Cetus занимался скучной работой — синтезом коротких радиоактивных фрагментов ДНК [9:16]. Когда в лаборатории появился аппарат, способный выполнять месячный объем его работы за день, у Муллиса появилось свободное время [10:12]. Идея ПЦР пришла к нему в пятницу вечером весной 1983 года во время поездки на автомобиле в округ Мендосино [10:40].

Муллис представил ДНК-копировальный аппарат:

1.  Вместо мощного телескопа для поиска «номера на Луне» нужно просто создать миллиард копий этого номера [11:05].
2.  Использование праймеров позволяет пометить нужный участок ДНК с двух сторон [11:48].
3.  ДНК-полимераза прикрепляется к праймерам и достраивает комплементарную цепь [12:02].
4.  Полимераза работает только в одном направлении — от 5'-конца к 3'-концу, где находится свободная OH-группа [13:21].

Повторение цикла «нагрев — отжиг праймеров — достраивание цепи» дает экспоненциальный рост копий [14:01]. После 30 циклов количество специфических фрагментов ДНК превышает один миллиард [14:17]. Муллис записал идею на обратной стороне квитанции за бензин [15:09].

## 🌡️ Решение проблемы термостабильности
[[JUMP:18:10]]

Первые эксперименты Муллиса в 1983 году с человеческой ДНК провалились из-за сложности генома [16:18]. Коллеги по Cetus, включая Тома Уайта и Генри Эрлиха, считали его данные небрежными и лишенными контроля [17:10]. Муллису дали испытательный срок в один год, назначив дополнительных техников для проверки метода [17:38]. К весне 1985 года группа доказала работоспособность ПЦР [17:54].

Главной проблемой оставалась нетермостойкость полимеразы из бактерии E. coli [18:19]. Она разрушалась при 95 градусах, необходимых для разделения цепей ДНК. Ученым приходилось вручную добавлять новую порцию фермента после каждого цикла [18:46]. Решение нашлось в открытии Тома Брока и Хадсона Фриза, сделанном в 1964 году в Йеллоустоне [19:24].

Они обнаружили бактерию Thermus Aquaticus (Taq), живущую в кипящей воде гейзеров [21:50]. Ферменты Taq-полимеразы адаптированы к экстремальным температурам [22:04]. Использование этой полимеразы позволило автоматизировать ПЦР и резко повысить чистоту реакции, так как высокая температура мешала праймерам прикрепляться к случайным участкам [23:25].

## 🏆 Нобелевская премия и отрицание науки
[[JUMP:26:59]]

Муллис покинул Cetus вскоре после презентации ПЦР на симпозиуме в 1986 году, поссорившись с коллегами из-за очередности авторов в научных публикациях [25:09]. В 1993 году он получил Нобелевскую премию по химии [27:25]. После этого Муллис фактически перестал заниматься наукой и начал продвигать эксцентричные взгляды [28:18].

Кэри Муллис публично заявлял о следующих вещах:

*   Встреча со светящимся енотом и похищение инопланетянами [28:30].
*   Отрицание глобального потепления и разрушения озонового слоя [29:33].
*   Утверждение, что ВИЧ не вызывает СПИД [29:33].

Его позиция по ВИЧ имела катастрофические последствия. Президент ЮАР Табо Мбеки, опираясь на мнение Муллиса, ограничил доступ населения к антиретровирусной терапии [30:13]. По оценкам исследователей, это привело к смерти более 330 000 человек [30:26]. Кэри Муллис умер в 2019 году от пневмонии, за год до того, как ПЦР стал основным инструментом борьбы с пандемией COVID-19 [30:39].