január 4, 2022

PMC

Arthur Kornberg meghalt október 26-án, 2007. Korunk egyik legjelentősebb tudósa volt. A DNS-polimeráz I felfedezése (Bessman et al. 1958; Lehman et al. 1958a) és annak bizonyítása, hogy hűen másolja a sablon DNS-szál alapszekvenciáját (Lehman et al. 1958b) oda vezetett, hogy 1959-ben azonnal megkapta a Nobel-díjat. Korábban az volt az uralkodó nézet, hogy az enzimek a sejt anyagcseréjének irányításában és a sejt számára szükséges energia előállításában működnek, míg a DNS-szintézis az élet rejtélyének része. A Cold Spring Harbor Symposium papír a DNS szerkezetéről (Watson and Crick 1953), a szerzők kijelentették: “nem nyilvánvaló számunkra, hogy egy speciális enzimre lenne szükség a polimerizáció elvégzéséhez, vagy hogy a meglévő spirális egyetlen lánc hatékonyan működhet enzimként.”Arthur munkája a DNS polimeráz I-vel mindezt megváltoztatta, a gének önreplikációját egyenlő biokémiai alapokra helyezte az energia-anyagcserével, és véget vetett a vitalizmusnak. Felfedezése új aranylázt indított el, rámutatva az utat, amikor a tudósok olyan enzimeket kerestek, mint az RNS-polimeráz, amely egy DNS-szál szekvenciáját RNS-be másolja, valamint a restrikciós enzimeket, amelyekről kiderült, hogy specifikus DNS-endonukleázok.

Arthur született március 3, 1918. Zsidó bevándorló munkáscsaládból származott. Apja nem rendelkezett formális végzettséggel, de legalább hat nyelven tudott beszélni. Arthur koraérett volt, és 15 évesen végzett a New York-i Abraham Lincoln High School-ban. Amikor 19 éves korában végzett a New York-i Városi Főiskolán, osztályában a legjobb tudományos fokozatot kapta. A főiskolán esténként, hétvégéken és ünnepnapokon dolgozott, férfi ruházatot árult, és annyit spórolt, hogy kifizesse az orvosi egyetem első két évét a Rochesteri Egyetemen.

Arthur leírta történetét és véletlen belépését a kutatómunkába egy éves áttekintő fejezetben (Kornberg 1989a). Orvostanhallgatóként érdekelte, hogy enyhe sárgaság tüneteit találja magában, ami Gilberts-szindrómának bizonyult, a bilirubin metabolizálásának nehézsége. Az enyhe anyagcserezavarban szenvedő emberek felmérését leíró cikkét Rolla Dyer, a Nemzeti Egészségügyi Intézetek (NIH) igazgatója olvasta fel, és ez vezetett ahhoz, hogy 1942-ben visszahívták az NIH-be a közegészségügyi szolgálat tengeri szolgálatából. Arthur első kutatása a hiányzó táplálkozási tényezők keresését foglalta magában a patkányoknak táplált szintetikus étrendben. 1946-ban posztdoktori munkát végzett Severo Ochoa-val a New York-i Egyetemen. Szenvedélyes szószólója lett az enzimek használatának a sejtek működésének dekonstruálására. Hitvallása egyszerű és pozitív volt: “ha egy sejt képes rá, akkor egy biokémikus is képes rá, és én is meg tudom csinálni.”Tudományos karrierjéről szóló könyvét “az enzimek szeretetéért” (Kornberg 1989b) nevezték el, és iránymutatásokat írt kezdőknek az enzimek biológiai folyamatok boncolására történő felhasználásának “Tízparancsolatáról” (Kornberg 2000).

Arthur volt parancsoló jelenléte; amikor mondott valamit, az emberek meghallgatták. Emlékszem Arthur történetére, aki egy kongresszusi meghallgatáson beszélt. A meghallgatás után az egyik bizottsági tag meglepődött, amikor megtudta, hogy egy másik tag megváltoztatta szavazatát, és megkérdezte tőle, miért tette ezt. “Nem akarom, hogy Arthur Kornberg bolondnak nevezzen” – hangzott a válasz. Dan Koshland, Arthur régi barátja beszélt egy rendezvényen, amelyet Arthur szervezett. Azzal kezdte, hogy “soha nem mondok nemet Arthur Kornbergnek.”Másrészt Arthur azonnal megkönnyítené Önt egy személyes beszélgetésben. Egy barátom megjegyezte: “úgy érezte, hogy az egész figyelme rád összpontosul.”

Arthur egyik figyelemre méltó képessége az osztályépítés volt. 1953-ban elhagyta az NIH-t, hogy a St. Louis-i Washington Egyetem mikrobiológiai Tanszékének elnöke legyen, ahol egyszer rövid ideig posztdoktori ösztöndíjas volt Carl és Gerty Cori mellett. Arthur nagyon csodálta őket (Kornberg 2005), és a kapcsolat megújításának lehetősége erős vonzerő volt. Az egyik első nagy kinevezése az volt Melvin Cohn, aki több évet töltött a Institut Pasteur, Párizs, Jacques Monoddal együttműködve az indukált enzimszintézis történetének kibontásán Escherichia coli. Mel erős immunológiai háttérrel rendelkezett A. M. Pappenheimer Jr. – vel végzett korai munkája óta, és St. Louis-ban elkezdte tanulmányozni az antitestszintézist egyetlen sejtben. Az osztály többi tagja St. Louis, aki később Stanfordba költözött Arthurral, Paul Berg és Bob Lehman volt, akik Arthur posztdoktori ösztöndíjasai voltak, valamint Dave Hogness és Dale Kaiser, akik mindketten a Pasteur intézetből származtak.

amikor Arthur 1958-ban felajánlotta a biokémiai tanszéket Stanfordban, nem mondott igent, de nem mondott nemet. Ehelyett azt válaszolta: “vissza kell térnem St. Louisba, hogy konzultáljak kollégáimmal.”Az új biokémiai osztály létrehozásának oka a Stanford Orvostudományi Iskola San Franciscóból a Palo Alto melletti Stanford fő campusába költözése volt. Stanford is kinevezett Joshua Lederberg elnöke egy új genetikai osztály; irodája Stanford lenne közel Arthur. amikor a tanszék St. Louis költözött Stanford júniusban, 1959, csatlakoztam, mint a fizikai biokémikus, érkező University of Wisconsin.

a molekuláris biológia új tudománya éppen 1959-ben jött létre, és a tanszékünkön az izgalom szintje intenzív volt. A központi dogma, DNS teszi RNS teszi fehérjék, széles körben elfogadott, de sok a biokémiai lépések voltak rejtélyek. A St. Louis, Paul Berg megkezdte az aminoacil-adenilátok enzim tanulmányozását, amelyek intermedierek az aminoacil-tRNS-ek szintézisében (Berg 1961), és Paul folytatta a fehérjeszintézis lépéseinek elemzését. Arthur a DNS enzimatikus szintézisével kapcsolatos munkája megmutatta az E. coli nukleázainak, a DNS-t lebontó enzimeknek a jellemzésének szükségességét, Bob Lehman pedig St. Louisban kezdte meg ezt a munkát. Dave Hogness és Dale Kaiser a lambda bakteriofágot tanulmányozta, mint modellt arra, hogy egy kis Genom hogyan megy keresztül életciklusán. Olyan módszereket fejlesztettek ki, amelyekkel ezt a vizsgálatot DNS és mRNS szinten lehet elvégezni. Két posztdoktori ösztöndíjas Ausztráliából, Ross Inman és Gerry Wake, csatlakoztak hozzám annak tesztelésére, hogy a Pol I által újonnan szintetizált DNS bázis-párosítva marad-e a sablonszálával, DNS olvadási görbék segítségével megkülönböztetve az 5-bromouracilt tartalmazó kettős spirálokat egy szálban.

Arthur gondosan átgondolta a tanszék megszervezésének részleteit, valamint az orvosi iskola és az egyetem életébe való beillesztését. Célja az ideális munkahely megteremtése volt. A kutatócsoportok együttműködnek egymással, és semmi sem zavarja a kutatást, bár a tanszék büszke volt az Általános biokémia népszerű tanfolyamának oktatására. Arthur néha megbeszélte Wallace Sterling, a Stanford elnöke, elképzeléseit arról, hogy az orvostudománynak hogyan kell fejlődnie Stanfordban. Kétszer is meghívta Sterling elnököt egy informális ebédre a biokémia karral, hogy mi is megismerhessük.

Íme néhány újítás, amelyet Arthur tett, amikor az osztály 1959-ben elindult. A diákok és a posztdoktori ösztöndíjasok közös laboratóriumokban keveredtek össze, hogy a különböző kutatócsoportok megismerjék egymás kutatási munkáját. Ritka enzimeket osztottak meg, és a főbb eszközöket mindenki számára elérhetővé tették. A kutatási támogatásokat megosztották. Minden oktatótól elvárták, hogy hozza be a csoportja által elköltött pénzösszeget, de szigorú könyvelésre nem volt szükség, és nem voltak pénzügyi határidők. Az egész osztály részt vett kedd / csütörtök délben szemináriumok. Eleinte csak a kar tagjai és a látogató tudósok tartottak előadásokat, de később posztdoktori ösztöndíjasokat és idősebb hallgatókat is felvettek. A tanszék évente csak négy új hallgatót vett fel egy hétéves karra, a leendő hallgatókat pedig szigorúan átvizsgálták. A korai hallgatók közül sokan jól ismert tudósok lettek. A csoportok mérete kicsi volt. A kar tagjai maguk dolgoztak a laboratóriumban, és tanonc módszerrel tanították a hallgatókat. A Kari üléseket csak akkor tartották, amikor valami fontos döntést kellett hozni; Arthur maga hozott kisebb döntéseket. A kérdéseket a Kari üléseken konszenzussal határozták meg; miután egy kérdést megvitattak, nem volt szükség szavazásra. Hogyan működött mindez a gyakorlatban? Mesésen, posztdoktori ösztöndíjasok szerint, akik, amikor új munkahelyeket kezdtek és elmentek, vágyakozva emlékeztek a Stanfordi napjaikra.

az eredeti hét kar tagjai közül csak egy maradt. 1959-ben feszültséget éreztem Arthur és Mel Cohn között a biológiai problémák megoldása miatt. Mel lelkesen beszélt a Gesztaltbiológiáról, arról a nézetről, hogy nem lehet megérteni egy biológiai problémát részekre bontva. Arthur a kémia, különösen az enzimek használatát javasolta a biológiai problémák megoldásának alapvető eszközeként. 1962-ben Mel Cohn elhagyta a Stanfordot az újonnan alakult Salk Intézetbe, 1963-64-ben pedig Lubert Stryer és George Stark csatlakozott az Osztályunkhoz. Hamarosan innovatív kísérleteket végeztek, különös tekintettel olyan új módszerek kifejlesztésére, amelyek nagy figyelmet szenteltek. Lubert kísérletei a fluoreszcencia energiaátvitelről (Stryer and Haugland 1967) a FRET (fluorescence resonance energy transfer), mint fő biofizikai eszköz kifejlesztéséhez vezettek. George széles körben alkalmazott módszereket dolgozott ki a transzkripciós és transzlációs kísérletek papíron történő elemzésére: az Északi módszer (Alwine et al. 1977) az mRNS-ek és a nyugati módszer (Renart et al. 1979) a fehérjék számára. Bár Lubert és George is elhagyta az osztályunkat, szoros kapcsolatot tartottak fenn. 1971-ben Ron Davis csatlakozott a tanszékhez, és az eredeti six karhoz hasonlóan soha nem hagyta el Stanfordot. Ron magával hozta a DNS elektronmikroszkópiáját, egy hatékony eszközt, amelyet hamarosan széles körben használtak az osztályon.

a korai Stanford Biokémiai Tanszék olyan közösség volt, ahol mindenki osztozott és örült mások felfedezéseinek. 1959-ben az egész osztály összegyűlt Arthur otthonában havonta egy este, hogy meghallgassa egy kutatócsoport legújabb eredményeit. Néhány éven belül nem fértünk be Arthur nappalijába, és megpróbáltunk találkozni a Stanford campus egyik szobájában, de a légkör nem volt ugyanaz. Aztán 1972-ben évente kétszer, néhány napig tartó találkozókat kezdtünk Asilomarban, amelyeken minden kutatócsoport beszámolt. Azokban a napokban minden találkozón mindig volt legalább egy meglepő felfedezés.

1970-re, megoldások a fő probléma, hogy hogyan DNS teszi RNS teszi fehérjék egyértelmű volt legalább vázlat, és a kar tagjai voltak mozog az új problémákat. Arthur felfedezte, hogy a DNS-replikáció még az egyszerű vírusrendszerekben is több enzimes probléma, és elkezdte kidolgozni a DNS-replikáció részletes enzimatikus mechanizmusait, először az M13 és a 674 fágok, majd maga az E. coli esetében. Paul Berg az állati vírusok tanulmányozásába kezdett, és hamarosan a rekombináns DNS problémáival foglalkozott. Bob Lehman elkezdte tanulmányozni a genetikai rekombinációt DNS szinten, mind enzimatikus, mind genetikai eszközökkel. Dave Hogness a Drosophila DNS-és mRNS-szintű fejlődésének elemzését olyan fejlődési mutánsok tanulmányozásával vállalta, amelyek extra lábakkal vagy szárnyakkal rendelkező szörnyeket hoznak létre. Dale Kaiser egy bakteriális rendszert, a Myxococcust választotta a prokarióta rendszer fejlődésének genetikai elemzésére. Még Arthur is tesztelte a fejlődés vizsgálatának vizeit enzimatikus szinten, bakteriális spórák felhasználásával, mint lehetséges Modellrendszer. DNS-replikációs munkája azonban félretolta a spórákat. Elkezdtem keresni a szerkezeti intermediereket a fehérje hajtogatásban és a hajtogatás mechanizmusában.

drámai pillanat jött 1969-ben, amikor John Cairns bejelentette, hogy asszisztensével egy életképes E. coli mutánst talált, amely nem rendelkezik a DNS polimeráz I enzim kimutatható aktivitásával (De Lucia and Cairns 1969). Hamarosan más DNS-polimerázok keresése következett. Meglepő módon Arthur fia, Tom, Malcolm Gefterrel dolgozott a Columbia-ban, aki megtalálta az első DNS-polimeráz II-t, majd a DNS-polimeráz III-t, az E. coli kromoszómát replikáló enzimet. A történetet Arthur foglalja össze tudományos emlékiratában (Kornberg 1989a). Tom zenei hallgató volt a Juilliardon, ígéretes csellista karrier állt előtte. Abban az időben, amikor Cairns mutánsa nyilvánosságra került, Tom olyan sérülést szenvedett a kezén, amely megzavarta csellójátékát. Hivatalos biokémiai képzés nélkül Tom csatlakozott Gefter laboratóriumához, és sikerrel járt ott, ahol másoknak kevés szerencséjük volt. Egy másik drámai pillanat 2006-ban jött, amikor Arthur legidősebb fia, Roger megkapta a kémiai Nobel-díjat az eukarióta transzkripció molekuláris alapjain végzett munkájáért (Kornberg 2007). Arthur harmadik fia, Ken, tudományos laboratóriumok terveiről ismert építész.

íme két példa a kutatásra, amely Arthur politikája miatt indult el, hogy a kutatócsoportokat közös laboratóriumokban keverje össze. 1968–ban Immo Scheffler, a csoportom egyik hallgatója, aki hajtűhélixekben elemezte a DNS-spirál-tekercs átmenetet, megosztott egy laboratóriumot Toto Olivera-val, Bob Lehman posztdoktori munkatársával, aki az E. coli DNS-ligáz enzimatikus tulajdonságait vizsgálta. Toto és Immo megállapította, hogy a ligáz a d(TA)n oligoncleotidokat egyszálú kör alakú molekulákká zárja (Olivera et al. 1968), ha elég nagyok (n = 16 vagy nagyobb). Ezután Immo és Elliot Elson, akik az Immo-val dolgoztak a hajtű olvadási görbék elemzésén, úgy találták, hogy felhasználhatják a kör alakú oligonukleotidokat, amelyek kettős hajtű spirálokat készítenek, mindkét végén négy bázisú hurokkal, hogy részletes információkat szerezzenek a kis hurkok szerepéről a DNS olvadásában (Scheffler et al. 1970). A második példát Doug Vollrath, Ron Davis csoportjának hallgatója szolgáltatja, aki 1986-ban laboratóriumot osztott meg Gil Chu-val, Paul Berg posztdoktori munkatársával. Gil Ph.D. – t szerzett fizikából a Massachusetts Institute of Technology-n. Doug az Óriás DNS-molekulák számára jobban megoldott agarózgélmintákat próbált megszerezni egy váltakozó elektromos mező alkalmazásának új technikájával, amely kihasználja a DNS átirányítási idejének a molekulatömegtől való erős függőségét. Gil rájött, hogy meg tudja oldani az egyenes, szabályos DNS-sávok problémáját, amelyek jól megoldhatók az alapvető elektromos elmélet egyenleteinek megoldásával. Megoldása több elektródát igényel, amelyek feszültsége egyedileg szabályozható. Az eredmény szépen megoldódott DNS sáv minták (Chu et al. 1986).

az enzimek megosztásának politikájának példájaként Dale Kaiser emlékeztet Arthur 1965-ös ajándékára két tisztított enzimről, amelyek lehetővé tették Dale laboratóriumának munkáját a fág lambda DNS kohéziós végein (Strack and Kaiser 1965). A két enzim az E. coli exo III volt, amely lebontja a DNS-szálakat a 3′ végről, és az E. coli DNS Pol I, amely egy sablonszál alapszekvenciáját másolja a DNS szintetizálásával a primer szál 3′ végén. A két enzim magas specifitása fontos az eredmények értelmezésében. Strack és Kaiser rendelkezésére állt egy fertőzőképességi vizsgálat, amely azt méri, hogy a tisztított lambda DNS képes-e fágot termelni az E. coli-ban, amikor inaktív helper fágot is hozzáadnak. Ismert volt, hogy a tisztított lambda DNS kohéziós helyekkel rendelkezik (Hershey et al. 1963), amely a DNS dimerek és trimerek kialakításában működik. Strack és Kaiser azt találták, hogy mind az exo III, mind a Pol I inaktiválja a lambda DNS-t, amint azt a fertőzőképességi vizsgálat tesztelte, és a belső genetikai markerek elvesznek az enzimkezelés után ugyanolyan sebességgel, mint a külső markerek, ami azt jelzi, hogy mindkét enzim inaktiválja a lambda DNS-t egy mindent vagy semmit folyamat során. Eredményeik illeszkednek egy olyan modellhez, amelyben a kétszálú lambda DNS mindkét végén lógó egyszálú végek nyúlnak ki, és biztosítják a Hershey és munkatársai (1963) által talált kohéziós helyeket. Az Exo III fokozatosan lebomlik a 3 ‘végétől, míg a pol I a lógó 5′ véget használja sablonként a 3’ vég meghosszabbításához, amíg csak kettős szálú DNS marad, ami megakadályozza a lambda DNS körkörösödését.

1990-ben, 72 éves korában Arthur új kutatási területet indított el, a polifoszfát enzimatikus szintézisét és lebomlását, amely magában foglalta a polifoszfát biológiai funkcióinak vizsgálatát. Arthur és néhai felesége, Sylvy 1956-ban fedezték fel az E. coli polifoszfát szintézisét (Kornberg et al. 1956). A polifoszfát nagy energiájú foszfátkötéseket tartalmaz, és felhasználható ATP előállítására AMP-ből. Így a polifoszfát a baktériumsejtek tartalék energiájának tárolási formája, és várhatóan létfontosságú szerepet játszik a baktériumok életciklusában. Arthur számos olyan esetet talált, amelyekben ez igaz (Kornberg 1999). Nevezetesen a patogén baktériumokban a polifoszfát metabolizmus általában szükséges a virulenciához.

Arthur büszke volt a tanszékünk összes Kutatócsoportjának tudományos eredményeire, és személyesen érdeklődött mindenki iránt, aki átment. A diplomások közül sokan tisztában vannak Arthur szerepével abban, hogy az osztály remek hely a kutatásra. A magam részéről tudom, hogy legbelül a Stanfordi környezet vonzotta az első osztályú embereket a csoportomba,és Arthur volt a felelős.

amikor Arthur októberben légzési elégtelenségben halt meg, 89 éves volt, és körülbelül egy hétig beteg volt. Korábban aktívan irányította a polifoszfát kutatását. A Stanford biokémiai Osztálya 4 órás “betanítással” emlékezett Arthurra.”A diákok és a tanárok kiválasztott kedvenc papírok Arthur listája 463 kiadványok és adott rövid 5-10 perces összefoglalók. Arthurnak tetszett volna.

ROBERT L. BALDWIN
biokémiai osztály, Beckman Központ, Stanford Orvosi Központ, Stanford, Kalifornia

Vélemény, hozzászólás?

Az e-mail-címet nem tesszük közzé.