4 stycznia, 2022

PMC

Arthur Kornberg zmarł 26 października 2007 roku. Był jednym z najwybitniejszych naukowców naszych czasów. Jego odkrycie polimerazy DNA i (Bessman et al. 1958; Lehman et al. 1958a) i jego wykazanie, że wiernie kopiuje podstawową sekwencję nici DNA szablonu (Lehman et al. 1958b) doprowadził do natychmiastowego przyznania mu Nagrody Nobla w 1959 roku. Wcześniej panował pogląd, że enzymy działają w kierowaniu metabolizmem komórki i wytwarzaniu energii, której potrzebuje komórka, podczas gdy synteza DNA jest częścią tajemnicy życia. W referacie Cold Spring Harbor Symposium on the structure of DNA (Watson and Crick 1953) autorzy stwierdzili: „nie jest dla nas oczywiste, czy do przeprowadzenia polimeryzacji potrzebny byłby specjalny enzym, czy też istniejący Helical single chain mógłby skutecznie działać jako enzym.”Praca Arthura z polimerazą DNA zmieniła to wszystko, stawiając replikację genów na równi biochemicznej z metabolizmem energetycznym i kładąc kres witalizmowi. Jego odkrycie zapoczątkowało nową gorączkę złota, wskazując drogę, gdy naukowcy ścigali się, aby znaleźć enzymy takie jak polimeraza RNA, która kopiuje sekwencję nici DNA do RNA, i enzymy restrykcyjne, które okazały się specyficznymi endonukleazami DNA.

Artur urodził się 3 marca 1918 roku. Pochodził z żydowskiej rodziny robotniczej. Jego ojciec nie miał formalnego wykształcenia, ale znał przynajmniej sześć języków. Arthur był wcześniakiem i w wieku 15 lat ukończył Abraham Lincoln High School w Nowym Jorku. Po ukończeniu City College of New York w wieku 19 lat otrzymał najlepszy stopień naukowy w swojej klasie. W college ’ u pracował wieczorami, w weekendy i święta sprzedając odzież męską, i zaoszczędzał wystarczająco dużo, aby zapłacić za pierwsze dwa lata szkoły medycznej na Uniwersytecie w Rochester.

Artur opisał swoją historię i swoje przypadkowe wejście do pracy badawczej w rozdziale Annual Reviews (Kornberg 1989a). Jako student medycyny był zaintrygowany, aby znaleźć w sobie objawy łagodnej żółtaczki, która okazała się zespołem Gilbertsa, trudnością w metabolizowaniu bilirubiny. Jego artykuł opisujący badanie osób z tym lekkim zaburzeniem metabolicznym został odczytany przez Rolla Dyera, Dyrektora National Institutes of Health (NIH), co doprowadziło do odwołania go do NIH z obowiązku morskiego w publicznej służbie zdrowia w 1942 roku. Pierwsze badania Arthura dotyczyły poszukiwania brakujących czynników żywieniowych w syntetycznej diecie karmionej szczurami. W 1946 roku został przerobiony na poszukiwanie enzymów, wykonując pracę podoktorancką u Severo Ochoa na New York University. Stał się pasjonatem używania enzymów do dekonstrukcji działania komórek. Jego credo było proste i pozytywne :” jeśli komórka może to zrobić, to biochemik może to zrobić, a ja mogę to zrobić.”Jego książka o jego karierze naukowej została nazwana” For the Love of Enzymes „(Kornberg 1989b) i napisał wytyczne dla początkujących na temat „Dziesięciu Przykazań” używania enzymów do analizy procesów biologicznych (Kornberg 2000).

Artur miał; kiedy coś powiedział, ludzie słuchali. Pamiętam historię Arthura przemawiającego na przesłuchaniu w Kongresie. Po przesłuchaniu jeden z członków komisji był zaskoczony, gdy dowiedział się, że inny poseł zmienił swój głos i zapytał go, dlaczego to zrobił. „Nie chcę być nazywany głupcem przez Arthura Kornberga” – była odpowiedź. Dan Koshland, wieloletni przyjaciel Artura, przemawiał na imprezie zorganizowanej przez Artura. Zaczął od powiedzenia: „nigdy nie mówię” nie ” Arthurowi Kornbergowi.”Z drugiej strony, Artur natychmiast uspokoiłby cię w osobistej rozmowie. Przyjaciel zauważył: „sprawił, że poczułeś, że cała jego uwaga skupiona jest na Tobie.”

jednym z wielu niezwykłych zdolności Artura było budowanie Wydziału. Opuścił NIH w 1953 roku, aby zostać przewodniczącym nowego wydziału mikrobiologii na Washington University w St. Louis, gdzie był krótko Postdoctoral fellow z Carlem i Gerty Cori. Artur bardzo ich podziwiał (Kornberg 2005), a perspektywa odnowienia kontaktu była silną atrakcją. Jednym z jego pierwszych poważnych spotkań był Melvin Cohn, który spędził kilka lat w Institut Pasteur w Paryżu, pracując z Jacques ’ em Monodem nad rozwikłaniem historii indukowanej syntezy enzymów w Escherichia coli. Mel miał silne doświadczenie w immunologii od jego wczesnej pracy z A. M. Pappenheimer Jr., a w St. Louis rozpoczął badania syntezy przeciwciał w pojedynczych komórkach. Pozostali członkowie oddziału w St. Louis, który później przeniósł się do Stanford z Arthurem, to Paul Berg i Bob Lehman, którzy byli podoktorami u Arthura, oraz Dave Hogness i Dale Kaiser, którzy obaj pochodzili z Instytutu Pasteura.

kiedy w 1958 roku zaproponowano Arthurowi katedrę Biochemii w Stanford, nie powiedział „tak”, ale nie powiedział „nie”. Zamiast tego odpowiedział: „muszę wrócić do St. Louis, aby skonsultować się z moimi kolegami.”Okazją do utworzenia nowego Wydziału Biochemii było przeniesienie Stanford Medical School z San Francisco do głównego kampusu Stanford w pobliżu Palo Alto. Stanford wyznaczył również Joshuę Lederberga jako przewodniczącego nowego Wydziału Genetyki; jego biuro w Stanford byłoby blisko Artura. kiedy wydział w St. Louis przeniósł się do Stanford w czerwcu 1959 roku, dołączyłem do niego jako biochemik fizyczny, pochodzący z Uniwersytetu Wisconsin.

nowa nauka biologii molekularnej dopiero powstała w 1959 roku, a poziom ekscytacji na naszym Wydziale był intensywny. Centralny dogmat, DNA sprawia, że RNA produkuje białka, był powszechnie akceptowany, ale wiele etapów biochemicznych było tajemnicą. W St. Louis, Paul Berg rozpoczął badania nad enzymem-aminoacyl adenylates, które są półproduktami w syntezie aminoacyl Trna (Berg 1961), A Paul kontynuował analizę etapów syntezy białek. Prace Arthura nad enzymatyczną syntezą DNA wykazały konieczność scharakteryzowania nukleaz E. coli, enzymów degradujących DNA, a Bob Lehman rozpoczął tę pracę w St. Louis. Dave Hogness i Dale Kaiser podjęli badania bakteriofagowego lambda jako modelu dla tego, jak mały Genom przechodzi przez swój cykl życia. Opracowywali metody dokonywania tego badania na poziomie DNA i mRNA. Dwóch Postdoctoral fellows z Australii, Ross Inman i Gerry Wake, dołączyło do mnie, aby sprawdzić, czy nowo zsyntetyzowane DNA wykonane przez Pol I pozostaje sparowane z jego nicią szablonową, używając krzywych topnienia DNA do rozróżnienia podwójnych Helis, które zawierają 5-bromouracyl w jednej nici.

Artur dokładnie zastanowił się nad szczegółami organizacji wydziału, a także nad wpisaniem go w życie szkoły medycznej i Uniwersytetu. Jego planem było stworzenie idealnego miejsca pracy. Grupy badawcze będą ze sobą współpracować i nic nie będzie kolidować z badaniami, chociaż Wydział szczycił się nauczaniem swojego popularnego kursu w ogólnej biochemii. Arthur czasami dyskutował z Wallace Sterlingiem, prezydentem Stanfordu, o swoich pomysłach na temat tego, jak nauka medyczna powinna się rozwijać w Stanford. Dwa razy zaprosił prezydenta Sterlinga na nieformalny lunch z Wydziałem Biochemii, żebyśmy go też poznali.

oto niektóre z innowacji, których dokonał Arthur, gdy dział rozpoczął działalność w 1959 roku. Studenci i doktoranci zostali wymieszani we wspólnych laboratoriach, tak aby różne grupy badawcze były zaznajomione ze swoją pracą badawczą. Rzadkie enzymy były dzielone, a główne instrumenty były dostępne dla wszystkich. Granty badawcze były dzielone. Każdy członek wydziału miał przynieść kwotę pieniędzy wydanych przez jego grupę, ale ścisła księgowość nie była wymagana i nie było żadnych terminów finansowych. Cały dział uczestniczył w wtorkowych/czwartkowych seminariach w południe. Na początku tylko członkowie wydziału i naukowcy wizytujący dawali wykłady, ale później Postdoctoral fellows i starsi studenci zostali dodani. Wydział przyjmował tylko czterech nowych studentów każdego roku na Wydziale siedmiu, a przyszli studenci byli poddawani rygorystycznej kontroli. Wielu z pierwszych studentów stało się znanymi naukowcami. Liczebność grupy utrzymywała się na niskim poziomie. Członkowie wydziału pracowali w laboratorium sami i nauczali studentów metodą apprentice. Zebrania Wydziału odbywały się tylko wtedy, gdy było coś ważnego do podjęcia decyzji; Artur sam podejmował mniejsze decyzje. Kwestie były rozstrzygane na posiedzeniach Wydziału przez konsensus; raz kwestia została omówiona, nie było potrzeby głosowania. Jak to wszystko działało w praktyce? Bajecznie, według Postdoctoral fellows którzy, kiedy zaczęli nowe prace i odszedł, świadomie wspominali swoje dni w Stanford.

z pierwszych siedmiu członków wydziału pozostał tylko jeden. W 1959 roku wyczułem napięcie między Arthurem a Melem Cohnem o to, jak radzić sobie z problemami biologicznymi. Mel entuzjastycznie wypowiadał się na temat biologii gestaltu, poglądu, że nie można zrozumieć problemu biologicznego poprzez rozwarstwienie go na części. Arthur opowiadał się za wykorzystaniem chemii, w szczególności enzymów, jako podstawowego narzędzia do rozwiązywania problemów biologicznych. W 1962 roku Mel Cohn odszedł ze Stanford do nowo utworzonego Salk Institute, a w latach 1963-64 do wydziału dołączyli Lubert Stryer i George Stark. Wkrótce przeprowadzali innowacyjne eksperymenty, zwłaszcza opracowując nowe metody, które przyciągały szeroką uwagę. Eksperymenty Luberta nad transferem energii fluorescencji (Stryer and Haugland 1967) doprowadziły do opracowania FRET (fluorescence resonance energy transfer) jako głównego narzędzia biofizycznego. George opracował szeroko stosowane metody analizy eksperymentów transkrypcyjnych i translacyjnych na papierze: metoda Północna (Alwine et al. 1977) for mRNAs and the Western method (Renart et al. 1979) za białka. Chociaż Lubert i Jerzy ostatecznie opuścili nasz dział, utrzymali bliskie więzi. W 1971 roku Ron Davis dołączył do wydziału i, podobnie jak oryginalna szóstka Wydziału, nigdy nie opuścił Stanford. Ron przyniósł ze sobą mikroskopię elektronową DNA, potężne narzędzie, które wkrótce było szeroko stosowane w Wydziale.

wczesny Wydział Biochemii Stanford był społecznością, w której wszyscy dzielili się i cieszyli odkryciami innych. W 1959 roku cały wydział zbierał się w domu Arthura jeden wieczór w miesiącu, aby wysłuchać najnowszych odkryć jednej grupy badawczej. W ciągu kilku lat nie mogliśmy zmieścić się w salonie Arthura i próbowaliśmy spotkać się w pokoju na kampusie Stanford, ale atmosfera nie była taka sama. Następnie, w 1972 roku, rozpoczęliśmy dwa razy w roku spotkania w Asilomar, trwające kilka dni, na których zgłaszały się wszystkie grupy badawcze. W tamtych czasach na każdym spotkaniu było co najmniej jedno zaskakujące odkrycie.

do 1970 r.rozwiązania głównych problemów, jak DNA sprawia, że RNA tworzy białka, były jasne przynajmniej w zarysie, a nasi pracownicy Wydziału przechodzili do nowych problemów. Arthur odkrył, że replikacja DNA jest problemem wielu enzymów nawet w prostych systemach wirusowych i zaczął opracowywać szczegółowe mechanizmy enzymatyczne replikacji DNA, najpierw fagów M13 i φx174, a następnie samej E. coli. Paul Berg podjął się Badań nad wirusami zwierzęcymi i wkrótce został zaangażowany w problemy rekombinacji DNA. Bob Lehman zaczął badać rekombinację genetyczną na poziomie DNA, wykorzystując zarówno narzędzia enzymatyczne, jak i genetyczne. Dave Hogness podjął się analizy rozwoju Drosophila na poziomie DNA i mRNA, badając mutanty rozwojowe, które tworzą potwory z dodatkowymi nogami lub skrzydłami. Dale Kaiser wybrał system bakteryjny, Myxococcus, do opracowania genetycznej analizy rozwoju w systemie prokariotycznym. Nawet Arthur testował wody rozwoju na poziomie enzymatycznym, wykorzystując zarodniki bakterii jako możliwy system modelowy. Jednak jego replikacja DNA odsunęła zarodniki na bok. Zacząłem poszukiwania półproduktów strukturalnych w fałdowaniu białek i mechanizmu fałdowania.

dramatyczny moment przyszedł w 1969 roku, kiedy John Cairns ogłosił, że on i jego asystent znaleźli zdolnego do życia mutanta E. coli, który nie ma wykrywalnej aktywności enzymu polimerazy DNA I (De Lucia and Cairns 1969). Wkrótce potem rozpoczęto poszukiwania innych polimeraz DNA. O dziwo, to syn Arthura, Tom, pracujący z Malcolmem Gefterem w Columbii, odkrył najpierw polimerazę DNA II, a następnie polimerazę DNA III, enzym replikujący chromosom E. coli. Historia jest streszczona przez Artura w jego pamiętniku naukowym (Kornberg 1989a). Tom był studentem muzyki w Juilliard z obiecującą karierą wiolonczelisty. W czasie, gdy mutant Cairnsa stał się publicznie znany, Tom doznał kontuzji ręki, która zakłóciła jego grę na wiolonczeli. Bez formalnego szkolenia z Biochemii, Tom dołączył do laboratorium Geftera i odniósł sukces tam, gdzie inni mieli małe szczęście. Kolejny dramatyczny moment nastąpił w 2006 roku, kiedy najstarszy syn Artura, Roger, otrzymał Nagrodę Nobla w dziedzinie chemii za pracę nad molekularnymi podstawami transkrypcji eukariotycznej (Kornberg 2007). Trzeci syn Artura, Ken, jest architektem znanym z projektów laboratoriów naukowych.

oto dwa przykłady badań, które wystartowały z powodu polityki Artura mieszania grup badawczych we wspólnych laboratoriach. W 1968 roku Immo Scheffler, student z mojej grupy, który analizowal przejścia helisy–cewki dna w helisach spinki do wlosów, dzielil laboratorium z Toto Olivera, Postdoctoral fellow w grupie Boba Lehmana, który Badal enzymatyczne wlasciwosci ligazy DNA E. coli. Toto i Immo odkryli, że ligaza zamknie D (TA)N oligoncleotydy w jednoniciowe okrągłe cząsteczki (Olivera et al. 1968), jeśli są wystarczająco duże (n = 16 lub większe). Następnie immo i Elliot Elson, który pracował z Immo nad analizą krzywych topnienia spinki do włosów, odkryli, że mogą użyć okrągłych oligonukleotydów, które tworzą podwójne helisy spinki do włosów z czterema pętlami na każdym końcu,aby uzyskać szczegółowe informacje na temat roli małych pętli w topieniu DNA (Scheffler et al. 1970). Drugi przykład podaje Doug Vollrath, student z grupy Rona Davisa, który w 1986 roku dzielił laboratorium z Gil Chu, Postdoctoral fellow z grupy Paula Berga. Gil ma doktorat z fizyki w Massachusetts Institute of Technology. Doug próbował uzyskać lepiej rozdzielone wzory żelu agarozowego dla gigantycznych cząsteczek DNA, stosując nową technikę nanoszenia zmiennego pola elektrycznego, które wykorzystuje silną zależność czasu reorientacji DNA od masy cząsteczkowej. Gil zdał sobie sprawę, że może rozwiązać problem uzyskania prostych, regularnych pasm DNA, które są dobrze rozwiązywane przez rozwiązywanie równań z podstawowej teorii elektrycznej. Jego rozwiązanie wymaga wielu elektrod, których napięcia mogą być indywidualnie sterowane. Rezultatem było pięknie rozwiązane wzory pasm DNA (Chu et al. 1986).

jako przykład działania polityki dzielenia się enzymami, Dale Kaiser przypomina Dar Arthura z 1965 roku dwóch oczyszczonych enzymów, które umożliwiły pracę z laboratorium Dale ’ a nad spójnymi końcami fagowego DNA lambda (Strack and Kaiser 1965). Dwa enzymy to E. coli exo III, który rozkłada nici DNA z końca 3′, i E. coli DNA Pol i, który kopiuje sekwencję zasadową nici szablonu poprzez syntezę DNA na końcu 3′ nici startera. Wysoka specyficzność tych dwóch enzymów jest ważna w interpretacji wyników. Strack i Kaiser dysponowali testem zakaźności, który mierzy zdolność oczyszczonego DNA lambda do wytwarzania fagów w E. coli, gdy dodaje się również nieaktywny pomocniczy FAG. Wiadomo było, że oczyszczone DNA lambda ma miejsca spójne (Hershey et al. 1963), które działają w tworzeniu dimerów i trimerów DNA. Strack i Kaiser odkryli, że zarówno exo III, jak i Pol i inaktywują lambda DNA, tak jak test zakaźności, a wewnętrzne markery genetyczne są tracone po leczeniu enzymem z taką samą szybkością jak markery zewnętrzne, co wskazuje, że każdy z dwóch enzymów inaktywuje lambda DNA w procesie all-or-none. Ich wyniki pasują do modelu, w którym zwisające jednoniciowe końce wystają na każdym końcu dwuniciowego DNA lambda i dostarczają spójnych miejsc znalezionych przez Hershey ’ a i współpracowników (1963). Exo III rozkłada się stopniowo od końca 3′, podczas gdy pol i używa zwisającego końca 5 'jako szablonu do przedłużenia końca 3′, aż pozostanie tylko dwuniciowe DNA, co zapobiega krążeniu DNA lambda.

w 1990 roku, w wieku 72 lat, Arthur rozpoczął nową dziedzinę badań, syntezę enzymatyczną i degradację polifosforanu, która obejmowała badanie funkcji biologicznych polifosforanu. Arthur i jego późna żona, Sylvy, odkryli syntezę polifosforanów w E. coli w 1956 roku (Kornberg et al. 1956). Polifosforan zawiera wysokoenergetyczne wiązania fosforanowe i może być stosowany do wytwarzania ATP z AMP. Tak więc polifosforan jest formą magazynowania energii rezerwowej dla komórek bakteryjnych i można oczekiwać, że odegra istotną rolę w cyklu życia bakterii. Arthur znalazł wiele przypadków, w których jest to prawdą (Kornberg 1999). W szczególności, w chorobotwórczych bakteriach metabolizm polifosforanów jest powszechnie wymagany do zjadliwości.

Artur był dumny z osiągnięć naukowych wszystkich grup badawczych w naszym Dziale i osobiście interesował się wszystkimi, którzy przeszli. Wielu absolwentów zdaje sobie sprawę z roli Artura w uczynieniu Wydziału doskonałym miejscem do prowadzenia badań. Z mojej strony Wiem, że w głębi duszy to środowisko Stanford przyciągnęło pierwszorzędnych ludzi do mojej grupy, A to Arthur był głównie odpowiedzialny.

kiedy Artur zmarł na niewydolność oddechową w październiku, miał 89 lat i był chory przez około tydzień. Wcześniej aktywnie kierował badaniami nad polifosforanami. Wydział Biochemii Stanford zapamiętał Arthura z 4-godzinnym „teach-in”.”Studenci i wykładowcy wybrali ulubione artykuły z listy 463 publikacji i dali krótkie 5-do 10-minutowe streszczenia. Arturowi by się to spodobało.

ROBERT L. BALDWIN
Biochemistry Department, Beckman Center, Stanford Medical Center, Stanford, CA

Dodaj komentarz

Twój adres e-mail nie zostanie opublikowany.