enero 4, 2022

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Arthur Kornberg murió el 26 de octubre de 2007. Fue uno de los científicos más notables de nuestro tiempo. Su descubrimiento de la ADN polimerasa I(Bessman et al. 1958; Lehman et al. 1958a) y su demostración de que copia fielmente la secuencia base de una hebra de ADN de plantilla (Lehman et al. 1958b) le llevó a ser galardonado con el Premio Nobel de inmediato en 1959. Anteriormente, la opinión predominante era que las enzimas funcionan en la dirección del metabolismo de una célula y en la producción de la energía que una célula necesita, mientras que la síntesis de ADN es parte del misterio de la vida. En un artículo del Simposio Cold Spring Harbor sobre la estructura del ADN (Watson y Crick 1953), los autores declararon: «No es obvio para nosotros si se requeriría una enzima especial para llevar a cabo la polimerización o si la cadena única helicoidal existente podría actuar efectivamente como una enzima.»El trabajo de Arthur con la ADN polimerasa I cambió todo esto, colocando la autorreplicación de genes en un pie de igualdad bioquímico con el metabolismo energético y poniendo fin al vitalismo. Su descubrimiento lanzó una nueva fiebre del oro, señalando el camino a medida que los científicos corrían para encontrar enzimas como la ARN polimerasa, que copia la secuencia de una cadena de ADN en ARN, y enzimas de restricción, que resultaron ser endonucleasas de ADN específicas.

Arthur nació el 3 de marzo de 1918. Provenía de una familia de inmigrantes judíos de clase trabajadora. Su padre no tenía educación formal, pero podía hablar al menos seis idiomas. Arthur era precoz y se graduó de la Escuela Secundaria Abraham Lincoln en Nueva York a los 15 años. Cuando se graduó del City College de Nueva York a los 19 años, recibió el mejor título en ciencias de su clase. En la universidad, trabajó por las noches, los fines de semana y los días festivos vendiendo ropa para hombres, y ahorró lo suficiente para pagar los primeros dos años de la escuela de medicina en la Universidad de Rochester.

Arthur ha descrito su historia y su entrada accidental en el trabajo de investigación en un capítulo de Reseñas Anuales (Kornberg 1989a). Como estudiante de medicina, le intrigó encontrar síntomas de una ictericia leve en sí mismo, que resultó ser el síndrome de Gilberts, una dificultad para metabolizar la bilirrubina. Rolla Dyer, Director de los Institutos Nacionales de Salud (NIH), leyó su artículo que describe una encuesta de personas con este ligero trastorno metabólico, y esto lo llevó a ser llamado a los NIH del servicio marítimo en el Servicio de Salud Pública en 1942. La primera investigación de Arthur involucró la búsqueda de factores nutricionales faltantes en una dieta sintética alimentada a ratas. Fue convertido a la búsqueda de enzimas mientras hacía un trabajo postdoctoral en 1946 con Severo Ochoa en la Universidad de Nueva York. Se convirtió en un apasionado defensor del uso de enzimas para deconstruir el funcionamiento de las células. Su credo era simple y positivo: «Si una célula puede hacerlo, entonces un bioquímico puede hacerlo y yo puedo hacerlo. Su libro sobre su carrera científica fue llamado » Por el Amor a las enzimas «(Kornberg 1989b), y escribió directrices para principiantes sobre los» Diez Mandamientos » de usar enzimas para diseccionar procesos biológicos (Kornberg 2000).

Arthur tenía una presencia dominante; cuando decía algo, la gente escuchaba. Recuerdo la historia de Arthur hablando en una audiencia del congreso. Después de la audiencia, un miembro del comité se sorprendió al enterarse de que otro miembro había cambiado su voto y le preguntó por qué lo había hecho. «No quiero que Arthur Kornberg me llame tonto» fue la respuesta. Dan Koshland, un viejo amigo de Arthur, estaba hablando en un evento que Arthur había organizado. Comenzó diciendo: «Nunca digo’ no ‘ a Arthur Kornberg.»Por otro lado, Arthur te pondría inmediatamente a gusto en una conversación personal. Un amigo comentó: «Te hizo sentir que toda su atención se centraba en ti.»

Una de las muchas habilidades notables de Arthur fue la construcción de departamentos. Dejó los NIH en 1953 para convertirse en presidente de un nuevo Departamento de Microbiología en la Universidad de Washington, St.Louis, donde una vez fue becario posdoctoral con Carl y Gerty Cori. Arthur los admiraba mucho (Kornberg 2005), y la perspectiva de renovar el contacto era una fuerte atracción. Uno de sus primeros nombramientos importantes fue Melvin Cohn, que había pasado varios años en el Instituto Pasteur de París, trabajando con Jacques Monod en desentrañar la historia de la síntesis enzimática inducida en Escherichia coli. Mel tenía una sólida formación en inmunología desde sus primeros trabajos con A. M. Pappenheimer Jr., y en St. Louis comenzó un estudio de síntesis de anticuerpos en células individuales. Los otros miembros del departamento de San Louis, que más tarde se mudaría a Stanford con Arthur, fue Paul Berg y Bob Lehman, que habían sido becarios posdoctorales con Arthur, y Dave Hogness y Dale Kaiser, que provenían del Instituto Pasteur.

Cuando Arthur se le ofreció la Cátedra de Bioquímica en Stanford en 1958, no dijo que sí, pero no dijo que no. En cambio, respondió: «Debo regresar a San Luis para consultar a mis colegas.»La ocasión para formar un nuevo Departamento de Bioquímica fue el traslado de la Facultad de Medicina de Stanford de San Francisco al campus principal de Stanford, cerca de Palo Alto. Stanford también nombró a Joshua Lederberg como Presidente de un nuevo Departamento de Genética; su oficina en Stanford estaría cerca de Arthur’s. Cuando el departamento de St.Louis se mudó a Stanford en junio de 1959, me uní como bioquímico físico, proveniente de la Universidad de Wisconsin.

La nueva ciencia de la biología molecular recién comenzaba a existir en 1959, y el nivel de entusiasmo en nuestro departamento era intenso. El dogma central, el ADN hace ARN hace proteínas, fue ampliamente aceptado, pero muchos de los pasos bioquímicos eran misterios. En San Louis, Paul Berg había comenzado un estudio de los adenilatos aminoacilo enzimáticos que son intermedios en la síntesis de ARNt aminoacilo (Berg 1961), y Paul continuó analizando los pasos en la síntesis de proteínas. El trabajo de Arthur sobre la síntesis enzimática del ADN había demostrado la necesidad de caracterizar las nucleasas de E. coli, las enzimas que degradan el ADN, y Bob Lehman había comenzado este trabajo en St.Louis. Dave Hogness y Dale Kaiser habían realizado un estudio del bacteriófago lambda como modelo de cómo un genoma pequeño atraviesa su ciclo de vida. Estaban desarrollando métodos para hacer este estudio en los niveles de ADN y ARNm. Dos becarios postdoctorales de Australia, Ross Inman y Gerry Wake, se unieron a mí en un esfuerzo por probar si el ADN recién sintetizado hecho por Pol I permanece emparejado con su hebra de plantilla, mediante el uso de curvas de fusión de ADN para distinguir las hélices dobles que contienen 5-bromouracilo en una hebra.

Arthur pensó cuidadosamente en los detalles de la organización del departamento, así como en la vida de la escuela de medicina y la universidad. Su plan era crear el lugar de trabajo ideal. Los grupos de investigación cooperarían entre sí y nada interferiría con la investigación, aunque el departamento se enorgullecía de la enseñanza de su popular curso de bioquímica general. Arthur a veces discutía con Wallace Sterling, el presidente de Stanford, sus ideas sobre cómo debería desarrollarse la ciencia médica en Stanford. Invitó dos veces al Presidente Sterling a un almuerzo informal con la facultad de Bioquímica para que nosotros también lo conociéramos.

Estas son algunas de las innovaciones que Arthur hizo cuando el departamento comenzó en 1959. Los estudiantes y los becarios posdoctorales se mezclaron en laboratorios comunes para que los diferentes grupos de investigación se familiarizaran con el trabajo de investigación de los demás. Se compartieron enzimas raras y se pusieron instrumentos importantes a disposición de todos. Se compartieron las becas de investigación. Se esperaba que cada miembro de la facultad trajera la cantidad de dinero gastada por su grupo, pero no se requería una contabilidad estricta y no había plazos financieros. Todo el departamento asistió a seminarios de martes / jueves al mediodía. Al principio, solo los miembros de la facultad y los científicos visitantes dieron charlas, pero más tarde se agregaron becarios posdoctorales y estudiantes de último año. El departamento solo admitía cuatro nuevos estudiantes cada año para una facultad de siete, y los futuros estudiantes eran examinados rigurosamente. Muchos de los primeros estudiantes se convirtieron en científicos bien conocidos. El tamaño de los grupos se mantuvo pequeño. Los miembros de la facultad trabajaron en el laboratorio y enseñaron a los estudiantes por el método de aprendiz. Las reuniones de la facultad se llevaban a cabo solo cuando había algo importante que decidir; Arthur tomó decisiones menores él mismo. Los asuntos se decidían por consenso en las reuniones de la facultad; una vez que se había discutido un asunto, no había necesidad de votar. Cómo empezó todo esto en la práctica? Fabulosamente, según becarios postdoctorales que, cuando comenzaron nuevos trabajos y se fueron, recordaron con nostalgia sus días en Stanford.

De los siete miembros originales de la facultad, solo quedó uno. En 1959, pude sentir la tensión entre Arthur y Mel Cohn sobre cómo abordar los problemas biológicos. Mel habló con entusiasmo sobre la biología de la Gestalt, la opinión de que uno no puede entender un problema biológico diseccionándolo en partes. Arthur abogó por el uso de la química, específicamente las enzimas, como la herramienta básica para resolver problemas biológicos. En 1962, Mel Cohn dejó Stanford para ir al recién formado Instituto Salk, y en 1963-64, Lubert Stryer y George Stark se unieron a nuestro departamento. Pronto estaban haciendo experimentos innovadores, especialmente desarrollando nuevos métodos que atrajeron una gran atención. Los experimentos de Lubert sobre la transferencia de energía de fluorescencia (Stryer y Haugland 1967) llevaron al desarrollo de FRET (transferencia de energía de resonancia de fluorescencia) como una herramienta biofísica importante. George desarrolló métodos ampliamente utilizados para analizar experimentos de transcripción y traducción en papel: el método del Norte (Alwine et al. 1977) para ARNm y el método occidental (Renart et al. 1979) para las proteínas. Aunque tanto Lubert como George finalmente dejaron nuestro departamento, mantuvieron estrechos lazos. En 1971, Ron Davis se unió al departamento y, al igual que los seis profesores originales, nunca abandonó Stanford. Ron trajo consigo microscopía electrónica de ADN, una herramienta poderosa que pronto se usó ampliamente en el departamento.

El primer Departamento de Bioquímica de Stanford era una comunidad donde todos compartían y se regocijaban en los descubrimientos hechos por otros. En 1959, todo el departamento se reunía en la casa de Arthur una noche al mes para escuchar los últimos hallazgos de un grupo de investigación. En pocos años, no cabíamos todos en la sala de Arthur e intentamos reunirnos en una sala del campus de Stanford, pero el ambiente no era el mismo. Luego, en 1972, comenzamos reuniones dos veces al año en Asilomar, que duraban unos días, en las que todos los grupos de investigación informaban. En aquellos días, siempre había al menos un descubrimiento sorprendente en cada reunión.

En 1970, las soluciones a los principales problemas de cómo el ADN hace ARN hace proteínas eran claras, al menos en líneas generales, y nuestros miembros de la facultad avanzaban hacia nuevos problemas. Arthur había descubierto que la replicación del ADN es un problema multienzimático incluso en sistemas virales simples, y comenzó a trabajar en los mecanismos enzimáticos detallados de la replicación del ADN, primero de los fagos M13 y φx174, luego de la propia E. coli. Paul Berg emprendió el estudio de virus animales y pronto se vio involucrado con problemas de ADN recombinante. Bob Lehman comenzó a estudiar la recombinación genética a nivel de ADN, utilizando herramientas enzimáticas y genéticas. Dave Hogness realizó el análisis del desarrollo en Drosophila a los niveles de ADN y ARNm mediante el estudio de mutantes de desarrollo que hacen monstruos con patas o alas adicionales. Dale Kaiser eligió un sistema bacteriano, Myxococcus, para realizar un análisis genético del desarrollo en un sistema procariótico. Incluso Arthur probó las aguas de la investigación del desarrollo a nivel enzimático utilizando esporas bacterianas como un posible sistema modelo. Sin embargo, su trabajo de replicación de ADN hizo a un lado las esporas. Comencé una búsqueda de intermedios estructurales en el plegado de proteínas y el mecanismo de plegado.

Un momento dramático llegó en 1969 cuando John Cairns anunció que él y su asistente habían encontrado un mutante viable de E. coli que carece de actividad detectable de la enzima ADN polimerasa I (De Lucia y Cairns 1969). Pronto siguió una búsqueda de otras polimerasas de ADN. Sorprendentemente, fue el hijo de Arthur, Tom, que trabajaba con Malcolm Gefter en Columbia, quien encontró primero ADN polimerasa II y luego ADN polimerasa III, la enzima que replica el cromosoma E. coli. La historia es resumida por Arthur en sus memorias científicas (Kornberg 1989a). Tom era un estudiante de música en Juilliard con una prometedora carrera como violonchelista por delante. En el momento en que el mutante de Cairns se hizo público, Tom había sufrido una lesión en su mano que interfirió con su juego de violonchelo. Sin formación formal en bioquímica, Tom se unió al laboratorio de Gefter y tuvo éxito donde otros tenían poca suerte. Otro momento dramático llegó en 2006, cuando el hijo mayor de Arthur, Roger, recibió el Premio Nobel de Química por su trabajo sobre la base molecular de la transcripción eucariótica (Kornberg 2007). El tercer hijo de Arthur, Ken, es un arquitecto conocido por sus diseños de laboratorios científicos.

Aquí hay dos ejemplos de investigación que despegaron debido a la política de Arthur de mezclar grupos de investigación en laboratorios comunes. En 1968, Immo Scheffler, un estudiante de mi grupo que estaba analizando transiciones de hélice–bobina de ADN en hélices de horquillas, compartió un laboratorio con Toto Olivera, un becario postdoctoral en el grupo de Bob Lehman que estaba examinando las propiedades enzimáticas de la ligasa de ADN de E. coli. Toto e Immo encontraron que la ligasa cerrará los oligoncleótidos d(TA)en moléculas circulares de una sola hebra (Olivera et al. 1968) si son lo suficientemente grandes (n = 16 o más). Luego, Immo y Elliot Elson, que estaba trabajando con Immo en el análisis de las curvas de fusión de horquillas, descubrieron que podían usar los oligonucleótidos circulares, que hacen hélices de horquillas dobles con un bucle de cuatro bases en cada extremo, para obtener información detallada sobre el papel de los pequeños bucles en la fusión del ADN (Scheffler et al. 1970). Un segundo ejemplo es el de Doug Vollrath, un estudiante del grupo de Ron Davis que en 1986 compartió un laboratorio con Gil Chu, un becario postdoctoral del grupo de Paul Berg. Gil tiene un doctorado en física del Instituto Tecnológico de Massachusetts. Doug estaba tratando de obtener patrones de gel de agarosa mejor resueltos para moléculas de ADN gigantes utilizando la nueva técnica de aplicar un campo eléctrico alterno, que aprovecha la fuerte dependencia del tiempo de reorientación del ADN del peso molecular. Gil se dio cuenta de que podía abordar el problema de obtener bandas de ADN rectas y regulares que se resolvieran bien resolviendo ecuaciones de la teoría eléctrica básica. Su solución requiere múltiples electrodos cuyos voltajes se pueden controlar individualmente. El resultado fueron patrones de banda de ADN bellamente resueltos (Chu et al. 1986).

Como ejemplo de cómo funcionaba la política de compartir enzimas, Dale Kaiser recuerda el regalo de Arthur en 1965 de dos enzimas purificadas que hicieron posible el trabajo del laboratorio de Dale en los extremos cohesivos del ADN lambda de fagos (Strack y Kaiser 1965). Las dos enzimas eran E. coli exo III, que degrada las hebras de ADN desde el extremo 3′, y E. coli DNA Pol I, que copia la secuencia base de una hebra de plantilla sintetizando ADN en el extremo 3′ de una hebra de imprimación. Las altas especificidades de las dos enzimas son importantes para interpretar los resultados. Strack y Kaiser tenían disponible un ensayo de infectividad que mide la capacidad del ADN lambda purificado para producir fagos en E. coli cuando también se agrega fagos auxiliares inactivos. Se sabía que el ADN lambda purificado tiene sitios cohesivos (Hershey et al. 1963) que funcionan en la formación de dímeros y trimers de ADN. Strack y Kaiser encontraron que tanto exo III como Pol I inactivan el ADN lambda, como se prueba por el ensayo de infectividad, y los marcadores genéticos internos se pierden después del tratamiento enzimático a la misma velocidad que los marcadores externos, lo que indica que cada una de las dos enzimas inactiva el ADN lambda en un proceso de todo o nada. Sus resultados se ajustan a un modelo en el que los extremos colgantes de una sola hebra sobresalen en cada extremo del ADN lambda de doble hebra y proporcionan los sitios cohesivos encontrados por Hershey and coworkers (1963). Exo III se degrada progresivamente desde el extremo de 3′, mientras que pol I usa el extremo colgante de 5′ como plantilla para extender el extremo de 3′ hasta que solo quede ADN de doble cadena, lo que evita que el ADN lambda circularice.

En 1990, a la edad de 72 años, Arthur comenzó un nuevo campo de investigación, la síntesis enzimática y la degradación del polifosfato, que implicaba investigar las funciones biológicas del polifosfato. Arthur y su difunta esposa, Sylvy, habían descubierto la síntesis de polifosfatos en E. coli en 1956(Kornberg et al. 1956). El polifosfato contiene enlaces fosfatados de alta energía y se puede utilizar para producir ATP a partir de AMP. Por lo tanto, el polifosfato es una forma de almacenamiento de energía de reserva para las células bacterianas y se puede esperar que desempeñe un papel vital en el ciclo de vida de las bacterias. Arthur encontró numerosos casos en los que esto es cierto (Kornberg 1999). En particular, en las bacterias patógenas, el metabolismo del polifosfato es comúnmente requerido para la virulencia.

Arthur estaba orgulloso de los logros científicos de todos los grupos de investigación de nuestro departamento, y se interesó personalmente por todos los que pasaban. Muchos de los graduados son muy conscientes del papel de Arthur en hacer del departamento un gran lugar para hacer investigación. Por mi parte, sé que en el fondo fue el entorno de Stanford el que atrajo a gente de primera a mi grupo, y fue Arthur el principal responsable.

Cuando Arthur murió de insuficiencia respiratoria en octubre, tenía 89 años y había estado enfermo durante aproximadamente una semana. Anteriormente, estaba dirigiendo activamente la investigación sobre polifosfato. El Departamento de Bioquímica de Stanford recordó a Arthur con una clase de 4 horas.»Los estudiantes y profesores seleccionaron artículos favoritos de la lista de 463 publicaciones de Arthur y dieron breves resúmenes de 5 a 10 minutos. A Arthur le hubiera gustado.

ROBERT L. BALDWIN
Departamento de Bioquímica, Beckman Center, Stanford Medical Center, Stanford, CA

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