januar 4, 2022

PMC

Arthur Kornberg døde den 26.oktober 2007. Han var en af de mest bemærkelsesværdige forskere i vores tid. Hans opdagelse af DNA-polymerase I (Bessman et al. 1958; Lehman et al. 1958a) og hans demonstration af, at den trofast kopierer basissekvensen for en skabelon-DNA-streng (Lehman et al. 1958b) førte til, at han blev tildelt Nobelprisen straks i 1959. Tidligere var den fremherskende opfattelse, at celler fungerer ved at styre en celles metabolisme og ved at producere den energi, en celle har brug for, mens DNA-syntese er en del af livets mysterium. I et Cold Spring Harbor Symposium-papir om strukturen af DNA (1953) sagde forfatterne: “det er ikke indlysende for os, om der kræves et specielt fermium for at udføre polymeriseringen, eller om den eksisterende spiralformede enkeltkæde effektivt kunne fungere som et ferment.”Arthurs arbejde med DNA-polymerase i ændrede alt dette ved at placere selvreplikation af gener på lige biokemisk fod med energimetabolisme og sætte en stopper for vitalisme. Hans opdagelse lancerede en ny guldfeber, der peger på vejen, da forskere kørte for at finde DNA-polymerase, som kopierer sekvensen af en DNA-streng til RNA og restriktionsfaser, som viste sig at være specifikke DNA-endonukleaser.

Arthur blev født den 3. marts 1918. Han kom fra en jødisk indvandrerfamilie i arbejderklassen. Hans far havde ingen formel uddannelse, men kunne tale mindst seks sprog. Arthur var for tidlig og dimitterede fra Abraham Lincoln High School i en alder af 15 år. Da han dimitterede fra City College i en alder af 19, modtog han den bedste videnskab grad i sin klasse. På college arbejdede han aftener, helligdage og helligdage med at sælge herretøj, og han sparede nok til at betale for de første to år på medicinsk skole ved University of Rochester.

Arthur har beskrevet sin historie og hans utilsigtede indtræden i forskningsarbejde i et årligt Gennemgangskapitel (Kornberg 1989a). Som medicinstuderende var han fascineret af at finde symptomer på en mild gulsot i sig selv, hvilket viste sig at være Gilberts syndrom, et problem med at metabolisere bilirubin. Hans papir, der beskriver en undersøgelse af mennesker med denne lille metaboliske lidelse, blev læst af Rolla Dyer, direktøren for National Institutes of Health (NIH), og dette førte til, at han blev tilbagekaldt til NIH fra sea duty i Public Health Service i 1942. Arthurs første forskning involverede at søge efter manglende ernæringsfaktorer i en syntetisk diæt fodret med rotter. Han blev i 1946 konverteret til at søge i stedet for at udføre postdoktoralt arbejde med Severo Ochoa. Han blev en passioneret fortaler for at bruge celler til at dekonstruere, hvordan celler fungerer. Hans trosbekendelse var enkel og positiv: “hvis en celle kan gøre det, så kan en biokemiker gøre det, og jeg kan gøre det.”Hans bog om hans videnskabelige karriere blev navngivet” for kærlighed til Ensymer “(Kornberg 1989b), og han skrev retningslinjer for begyndere om de” ti bud ” om at bruge ensymer til at dissekere biologiske processer (Kornberg 2000).

Arthur havde en kommanderende tilstedeværelse; da han sagde noget, lyttede folk. Jeg kan huske historien om Arthur, der talte ved en kongreshøring. Efter høringen var et udvalgsmedlem overrasket over at høre, at et andet medlem havde ændret sin stemme og spurgte ham, hvorfor han gjorde dette. “Jeg vil ikke blive kaldt en fjols af Arthur Kornberg” var svaret. Dan Koshland, en mangeårig ven af Arthurs, talte ved en begivenhed, Arthur havde arrangeret. Han begyndte med at sige “Jeg siger aldrig ‘nej’ til Arthur Kornberg.”På den anden side ville Arthur straks sætte dig i ro i en personlig samtale. En ven bemærkede, ” han fik dig til at føle, at hele hans opmærksomhed var fokuseret på dig.”

en af Arthurs mange bemærkelsesværdige evner var afdelingsbygning. Han forlod NIH i 1953 for at blive formand for en ny afdeling for mikrobiologi ved St. Louis, hvor han engang kort var postdoktor med Carl og Gerty Cori. Arthur beundrede dem meget (Kornberg 2005), og udsigten til at forny kontakten var en stærk attraktion. En af hans første store udnævnelser var Melvin Cohn, der havde tilbragt flere år på Institut Pasteur, Paris, arbejder med Jac Monod på udrede historien om induceret syntese i Escherichia coli. Mel havde en stærk baggrund inden for Immunologi fra sit tidlige arbejde med A. M. Pappenheimer Jr., og i St. Louis begyndte han en undersøgelse af antistofsyntese i enkeltceller. De øvrige medlemmer af afdelingen i St. Louis, der senere skulle flytte til Stanford med Arthur, var Paul Berg og Bob Lehman, der havde været postdoktorale stipendiater med Arthur, og Dave Hogness og Dale Kaiser, som begge kom fra Institut Pasteur.

da Arthur blev tilbudt formanden for Biokemi i Stanford i 1958, sagde han ikke ja, men han sagde ikke nej. I stedet svarede han: “jeg må vende tilbage til St. Louis for at konsultere mine kolleger.”Anledningen til at danne en ny Biokemiafdeling var flytningen af Stanford Medical School fra San Francisco til Stanford-campus nær Palo Alto. Stanford udnævnte også Joshua Lederberg til formand for en ny Genetikafdeling; hans kontor i Stanford ville være tæt på Arthur ‘ s. da afdelingen i St. Louis flyttede til Stanford i juni 1959, sluttede jeg mig til det som en fysisk biokemiker, der kom fra universitetet.

den nye videnskab om molekylærbiologi var lige ved at blive til i 1959, og spændingsniveauet i vores afdeling var intens. Det centrale dogme, DNA gør RNA gør proteiner, blev bredt accepteret, men mange af de biokemiske trin var mysterier. I St. Louis, Paul Berg havde påbegyndt en undersøgelse af aminosyreadenylaterne, der er mellemprodukter i syntesen af aminoacyltrna ‘ er (Berg 1961), og Paul fortsatte med at analysere trin i proteinsyntese. Arthurs arbejde med DNA-syntese havde vist nødvendigheden af at karakterisere nukleaser af E. coli, de stoffer, der nedbryder DNA, og Bob Lehman var begyndt dette arbejde i St. Louis. Dave Hogness og Dale Kaiser havde foretaget en undersøgelse af bakteriofag lambda som model for, hvordan et lille genom gennemgår sin livscyklus. De udviklede metoder til at lave denne undersøgelse på DNA-og mRNA-niveauer. To postdoktorale stipendiater fra Australien, Ross Inman og Gerry vågner, sluttede sig til mig i et forsøg på at teste, om det nyligt syntetiserede DNA fremstillet af Pol I forbliver baseparret med sin skabelonstreng, ved at bruge DNA-smeltekurver til at skelne mellem dobbelt helices, der indeholder 5-bromouracil i en streng.

Arthur tænkte grundigt over detaljerne i organiseringen af afdelingen samt afregning det ind i livet i den medicinske skole og universitetet. Hans plan var at skabe den ideelle arbejdsplads. Forskningsgrupperne ville samarbejde med hinanden, og intet ville forstyrre forskningen, selvom afdelingen var stolt af undervisningen i sit populære kursus i generel biokemi. Arthur diskuterede undertiden med Stanfords præsident, hans ideer om, hvordan medicinsk videnskab skulle udvikle sig i Stanford. Han inviterede to gange præsident Sterling til en uformel frokost med Biokemifakultetet, så vi også kendte ham.

her er nogle af de nyskabelser, Arthur lavede, da afdelingen startede i 1959. Studerende og postdoc-stipendiater blev blandet sammen i fælles laboratorier, så de forskellige forskningsgrupper ville være fortrolige med hinandens forskningsarbejde. Sjældne instrumenter blev delt, og store instrumenter blev stillet til rådighed for alle. Forskningsbevillingerne blev delt. Hvert fakultetsmedlem forventedes at medbringe det beløb, som hans gruppe brugte, men streng regnskab var ikke påkrævet, og der var ingen økonomiske frister. Hele afdelingen deltog tirsdag / torsdag middag seminarer. Først holdt kun fakultetsmedlemmer og besøgende forskere foredrag, men senere blev postdoktorale stipendiater og seniorstuderende tilføjet. Afdelingen indrømmede kun fire nye studerende hvert år til et fakultet på syv, og potentielle studerende blev screenet strengt. Mange af de tidlige studerende blev kendte forskere. Gruppestørrelser blev holdt små. Fakultetets medlemmer arbejdede selv i laboratoriet og underviste studerende efter lærlingsmetoden. Fakultetsmøder blev kun afholdt, når der var noget vigtigt at beslutte; Arthur tog mindre beslutninger selv. Spørgsmål blev besluttet på fakultetsmøder ved konsensus; når et spørgsmål var blevet drøftet, var der ikke behov for at stemme. Hvordan fungerede alt dette i praksis? Fabelagtigt, ifølge postdoc-stipendiater, der, da de startede nye job og forlod, huskede trist deres dage i Stanford.

af de oprindelige syv fakultetsmedlemmer var der kun en tilbage. I 1959 kunne jeg mærke spændinger mellem Arthur og Mel Cohn om, hvordan man tackler biologiske problemer. Mel talte entusiastisk om Gestaltbiologi, synspunktet om, at man ikke kan forstå et biologisk problem ved at dissekere det i dele. Arthur foreslog at bruge kemi som det grundlæggende redskab til at løse biologiske problemer. I 1962 forlod Mel Cohn Stanford til det nyoprettede Salk Institute, og i 1963-64 sluttede Lubert Stryer og George Stark sig til vores afdeling. De lavede snart innovative eksperimenter, især ved at udvikle nye metoder, der tiltrak stor opmærksomhed. Luberts eksperimenter med fluorescensenergioverførsel (Stryer og Haugland 1967) førte til udviklingen af FRET (fluorescensresonansenergioverførsel) som et vigtigt biofysisk værktøj. George udviklede vidt anvendte metoder til analyse af transkriptions-og oversættelseseksperimenter på papir: den nordlige metode. 1977) for mRNA ‘ er og den vestlige metode (Renart et al. 1979) for proteiner. Selvom både Lubert og George til sidst forlod vores afdeling, bevarede de tætte bånd. I 1971 sluttede Ron Davis sig til afdelingen og forlod ligesom det oprindelige seks fakultet aldrig Stanford. Ron bragte med sig elektronmikroskopi af DNA, et kraftfuldt værktøj, der snart blev brugt bredt i afdelingen.

den tidlige Stanford Biochemistry Department var et samfund, hvor alle delte og glædede sig over de opdagelser, som andre gjorde. I 1959 samledes hele afdelingen hjemme hos Arthur en aften om måneden for at lytte til de seneste fund fra en forskningsgruppe. Inden for få år kunne vi ikke alle passe ind i Arthurs stue, og vi forsøgte at mødes på et rum på Stanford campus, men atmosfæren var ikke den samme. Derefter, i 1972, begyndte vi to gange om året møder i Asilomar, der varede et par dage, hvor alle forskningsgrupper rapporterede. I disse dage var der altid mindst en overraskende opdagelse på hvert møde.

i 1970 var løsninger på de store problemer med, hvordan DNA gør RNA gør proteiner, klare i det mindste i omrids, og vores fakultetsmedlemmer gik videre til nye problemer. Arthur havde fundet ud af, at DNA-replikation er et problem selv i enkle virale systemer, og han begyndte at udarbejde de detaljerede mekanismer for DNA-replikation, først af fager M13 og rpks174, derefter af E. coli selv. Paul Berg foretog undersøgelsen af dyrevirus og var snart involveret i problemer med rekombinant DNA. Bob Lehman begyndte at studere genetisk rekombination på DNA-niveau ved hjælp af både genetiske og genetiske værktøjer. Dave Hogness foretog analysen af udviklingen i Drosophila på DNA-og mRNA-niveauer ved at studere udviklingsmutanter, der fremstiller monstre med ekstra ben eller vinger. Dale Kaiser valgte et bakteriesystem, Myksococcus, til at udarbejde en genetisk analyse af udviklingen i et prokaryot system. Selv Arthur testede vandet for at undersøge udvikling på det fermatiske niveau ved at bruge bakteriesporer som et muligt modelsystem. Imidlertid skubbede hans DNA-replikationsarbejde sporer til side. Jeg begyndte en søgning efter strukturelle mellemprodukter i proteinfoldning og foldemekanismen.

et dramatisk øjeblik kom i 1969, da John Cairns meddelte, at han og hans assistent havde fundet en levedygtig mutant af E. coli, der mangler påviselig aktivitet af DNA-polymerase i (De Lucia og Cairns 1969). En søgning efter andre DNA-polymeraser fulgte snart. Utroligt nok var det Arthurs søn, Tom, der arbejdede med Malcolm Gefter i Columbia, der først fandt DNA-polymerase II og derefter DNA-polymerase III, som replikerer E. coli-kromosomet. Historien er opsummeret af Arthur i hans videnskabelige erindringsbog (Kornberg 1989a). Tom var musikstuderende på Juilliard med en lovende karriere som cellist foran sig. På det tidspunkt, hvor Cairns mutant blev offentligt kendt, havde Tom lidt en skade på hans hånd, der forstyrrede hans cellospil. Uden formel uddannelse i biokemi sluttede Tom sig til Gefter ‘ s laboratorium og lykkedes, hvor andre havde lidt held. Et andet dramatisk øjeblik kom i 2006, da Arthurs ældste søn, Roger, modtog Nobelprisen i kemi for sit arbejde på molekylær basis af eukaryot transkription (Kornberg 2007). Arthurs tredje søn, Ken, er en arkitekt kendt for sine design af videnskabelige laboratorier.

her er to eksempler på forskning, der startede på grund af Arthurs Politik om at blande forskningsgrupper i fælles laboratorier. I 1968 delte Immo Scheffler, en studerende i min gruppe, der analyserede DNA–spiralspoleovergange i hårnålehelices, et laboratorium med Toto Olivera, en postdoktor i Bob Lehmans gruppe, der undersøgte E. coli DNA-ligases egenskaber. Toto og Immo fandt ud af, at ligase vil lukke d(TA)n oligoncleotider i enkeltstrengede cirkulære molekyler (Olivera et al. 1968) hvis de er store nok (n = 16 eller større). Derefter fandt Immo og Elliot Elson, der arbejdede med Immo om analysen af hårnålsmeltningskurverne, at de kunne bruge de cirkulære oligonukleotider, som gør dobbelt hårnålshelices med en fire-base loop i hver ende for at få detaljerede oplysninger om små sløjfers rolle i DNA-smeltning (Scheffler et al. 1970). Et andet eksempel er givet af Doug Vollrath, en studerende i Ron Davis ‘ gruppe, der i 1986 delte et laboratorium med Gil Chu, en postdoktor i Paul Bergs gruppe. Gil har en ph. d.i fysik fra Massachusetts Institute of Technology. Doug forsøgte at opnå bedre opløste agarosegelmønstre for gigantiske DNA-molekyler ved at anvende den nye teknik til at anvende et alternerende elektrisk felt, som udnytter den stærke afhængighed af DNA-omorienteringstiden på molekylvægt. Gil indså, at han kunne løse problemet med at få lige, regelmæssige DNA-bånd, der er godt løst ved at løse ligninger fra grundlæggende elektrisk teori. Hans løsning kræver flere elektroder, hvis spændinger kan styres individuelt. Resultatet blev smukt løst DNA band mønstre (Chu et al. 1986).

som et eksempel på, hvordan politikken med at dele ensymer fungerede, minder Dale Kaiser om Arthurs gave i 1965 af to rensede ensymer, der muliggjorde arbejdet fra Dales laboratorium om de sammenhængende ender af fag lambda DNA (Strack og Kaiser 1965). E. coli ekso III, som nedbryder DNA-strenge fra 3 ‘- enden, og E. coli DNA Pol i, som kopierer basissekvensen for en skabelonstreng ved at syntetisere DNA i 3’ – enden af en primerstreng. De høje specificiteter af de to tegn er vigtige for fortolkningen af resultaterne. Strack og Kaiser havde et infektionsassay til rådighed, der måler oprenset lambda-DNA ‘ s evne til at producere fag i E. coli, når der også tilsættes inaktiv hjælperfag. Det var kendt, at renset lambda DNA har sammenhængende steder (Hershey et al. 1963), der fungerer ved dannelse af DNA-dimerer og trimerer. Strack og Kaiser fandt ud af, at både ekso III og Pol i inaktiverer lambda DNA, som testet ved infektionsanalysen, og indre genetiske markører går tabt efter behandling med samme hastighed som ydre markører, hvilket indikerer, at hver af de to tegn inaktiverer lambda DNA i en alt-eller-ingen-proces. Deres resultater passer til en model, hvor dinglende enkeltstrengede ender stikker ud i hver ende af dobbeltstrenget lambda-DNA og giver de sammenhængende steder, der findes af Hershey og kolleger (1963). Ekso III nedbrydes gradvist fra 3′-enden, mens pol i bruger den dinglende 5’ – ende som en skabelon til at udvide 3 ‘- enden, indtil der kun er dobbeltstrenget DNA tilbage, hvilket forhindrer lambda-DNA ‘ et i at cirkulere.

i 1990, i en alder af 72, startede Arthur et nyt forskningsfelt, som involverede undersøgelse af polyphosphatets biologiske funktioner. Arthur og hans afdøde kone, Sylvy, havde opdaget polyphosphatsyntese i E. coli tilbage i 1956 (Kornberg et al. 1956). Polyphosphat indeholder fosfatbindinger med høj energi og kan bruges til at fremstille ATP fra AMP. Polyphosphat er således en lagringsform for reserveenergi til bakterieceller og kan forventes at spille en afgørende rolle i bakteriens livscyklus. Arthur fandt adskillige tilfælde, hvor dette er sandt (Kornberg 1999). Især i patogene bakterier polyphosphat metabolisme er almindeligt påkrævet for virulens.

Arthur var stolt af de videnskabelige resultater fra alle forskningsgrupper i vores afdeling, og han interesserede sig personligt for alle, der gik igennem. Mange af kandidaterne er meget opmærksomme på Arthurs rolle i at gøre afdelingen til et godt sted at forske. For min del ved jeg inderst inde, at det var Stanford-miljøet, der tiltrak førsteklasses folk til min gruppe, og det var Arthur, der var hovedansvarlig.

da Arthur døde af åndedrætssvigt i oktober, var han 89 år gammel, og han havde været syg i omkring en uge. Tidligere ledede han aktivt forskning på polyphosphat. Stanford Biochemistry Department huskede Arthur med en 4-timers “teach-in.”Studerende og fakultet valgte foretrukne papirer fra Arthurs liste over 463 publikationer og gav korte 5 – til 10-minutters resume. Arthur ville have ønsket det.

ROBERT L. Balduin
biokemi afdeling, Beckman Center, Stanford Medical Center, Stanford, CA

Skriv et svar

Din e-mailadresse vil ikke blive publiceret.