Janeiro 4, 2022

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Arthur Kornberg died on October 26, 2007. Ele foi um dos cientistas mais notáveis do nosso tempo. His discovery of DNA polymerase I (Bessman et al. 1958; Lehman et al. 1958a) e a sua demonstração de que copia fielmente a sequência de base de um modelo de cadeia de ADN (Lehman et al. 1958b) levou-o a ser premiado com o Prêmio Nobel imediatamente em 1959. Anteriormente, a visão prevalecente era que as enzimas funcionam na direção do metabolismo de uma célula e na produção da energia que uma célula necessita, enquanto a síntese de DNA é parte do mistério da vida. Em Cold Spring Harbor Simpósio de papel na estrutura do DNA (Watson e Crick em 1953), os autores afirmaram Que “não é óbvio para nós, se uma enzima especial seria necessária para realizar a polimerização ou se as existentes helicoidal de cadeia única poderia atuar efetivamente como uma enzima.”O trabalho de Arthur com a DNA polimerase eu mudei tudo isso, colocando a auto-replicação de genes em pé de igualdade bioquímica com o metabolismo da energia e colocando um fim ao vitalismo. Sua descoberta lançou uma nova corrida do ouro, apontando a forma como os cientistas correu para encontrar enzimas como a RNA polimerase, que copia a sequência do DNA em RNA e enzimas de restrição, que acabou por ser específico de DNA endonucleases.Arthur nasceu em 3 de Março de 1918. Ele veio de uma família judia imigrante da classe trabalhadora. Seu pai não tinha educação formal, mas podia falar pelo menos seis línguas. Arthur era precoce e graduou-se na Abraham Lincoln High School, em Nova Iorque, aos 15 anos de idade. Quando ele se formou na City College of New York aos 19 anos, ele recebeu o melhor grau de ciência em sua classe. Na faculdade, ele trabalhou à noite, fins de semana e feriados vendendo roupas de homem, e ele economizou o suficiente para pagar os dois primeiros anos de medicina na Universidade de Rochester.Arthur descreveu sua história e sua entrada acidental em trabalhos de pesquisa em um capítulo anual de revisões (Kornberg 1989a). Como estudante de medicina, ele ficou intrigado por encontrar sintomas de icterícia leve em si mesmo, que provou ser a síndrome de Gilberts, uma dificuldade em metabolizar a bilirrubina. His paper describing a survey of people with this slight metabolic disorder was read by Rolla Dyer, the Director of the National Institutes of Health (NIH), and this led to his being recalled to the NIH from sea duty in the Public Health Service in 1942. A primeira pesquisa de Arthur envolveu a busca de fatores nutricionais em uma dieta sintética alimentada a ratos. Ele foi convertido para procurar enzimas enquanto fazia trabalhos de pós-doutorado em 1946 com Severo Ochoa na Universidade de Nova Iorque. He became a passionate advocate of using enzymes to deconstruct how cells work. Seu credo era simples e positivo: “se uma célula pode fazê-lo, então um bioquímico pode fazê-lo e eu posso fazê-lo. Seu livro sobre sua carreira científica foi nomeado ” For the Love of Enzymes “(Kornberg 1989b), e ele escreveu Diretrizes para iniciantes sobre os” Dez Mandamentos ” de usar enzimas para dissecar processos biológicos (Kornberg 2000).Arthur tinha uma presença comandante .; quando ele disse alguma coisa, as pessoas ouviram. Lembro-me da história do Arthur a falar numa audiência do Congresso. Após a audiência, um membro da Comissão ficou surpreso ao saber que outro membro tinha mudado seu voto e perguntou-lhe por que ele fez isso. “Não quero ser chamado de tolo por Arthur Kornberg” foi a resposta. Dan Koshland, um amigo de longa data de Arthur, estava falando em um evento que Arthur tinha organizado. Ele começou por dizer ” eu nunca digo ‘Não’ A Arthur Kornberg.”Por outro lado, Arthur colocaria você imediatamente à vontade em uma conversa pessoal. Um amigo comentou: “Ele fez você sentir que toda a sua atenção estava focada em você.Uma das muitas habilidades notáveis de Arthur foi a construção de um departamento. Ele deixou a NIH em 1953 para se tornar presidente de um novo departamento de Microbiologia na Universidade de Washington, St.Louis, onde foi um breve pós-doutorado com Carl e Gerty Cori. Arthur os admirava muito (Kornberg 2005), e a perspectiva de renovar o contato era uma forte atração. Uma de suas primeiras nomeações foi Melvin Cohn, que passou vários anos no Institut Pasteur, Paris, trabalhando com Jacques Monod para desvendar a história da síntese enzimática induzida em Escherichia coli. Mel teve uma forte formação de imunologia em seus primeiros trabalhos com A. M. Pappenheimer Jr., e em St. Louis ele começou um estudo de síntese de anticorpos em células únicas. Os outros membros do Departamento de St. Louis que mais tarde se mudou para Stanford com Arthur foi Paul Berg e Bob Lehman, que tinha sido pós-doutorado fellows com Arthur, e Dave Hogness e Dale Kaiser, que ambos vieram do Institut Pasteur.

When Arthur was offered the Chair of Biochemistry at Stanford in 1958, he did not say yes but he did not say no. Em vez disso, ele respondeu :” Eu devo voltar para St. Louis para consultar os meus colegas. A ocasião para formar um novo departamento de Bioquímica foi a mudança da Escola de Medicina de Stanford de San Francisco para o campus principal de Stanford perto de Palo Alto. Stanford também nomeou Joshua Lederberg como presidente de um novo departamento de genética; seu escritório em Stanford seria perto de Arthur. quando o departamento em St. Louis se mudou para Stanford em junho de 1959, eu me juntei a ele como um bioquímico físico, vindo da Universidade de Wisconsin.

a nova ciência da biologia molecular estava apenas a surgir em 1959, e o nível de excitação no nosso departamento era intenso. O dogma central, DNA faz RNA faz proteínas, foi amplamente aceito, mas muitos dos passos bioquímicos foram mistérios. Em St. Louis, Paul Berg tinha começado um estudo das enzimas-adenilatos aminoacil que são intermediários na síntese de aminoacil tRNAs (Berg 1961), e Paul continuou a analisar os passos na síntese proteica. O trabalho de Arthur na síntese enzimática do DNA mostrou a necessidade de caracterizar as nucleases de E. coli, as enzimas que degradam o DNA, e Bob Lehman tinha começado este trabalho em St.Louis. Dave Hogness e Dale Kaiser tinham realizado um estudo da bacteriophage lambda como um modelo para como um pequeno genoma passa por seu ciclo de vida. Eles estavam desenvolvendo métodos para fazer este estudo nos níveis de DNA e ARNm. Dois bolsistas de pós-doutorado da Austrália, Ross Inman e Gerry Wake, se juntaram a mim em um esforço para testar se o DNA recentemente sintetizado feito por Pol I permanece emparelhado com sua cadeia de template, usando curvas de fusão de DNA para distinguir hélices duplas que contêm 5-bromouracilo em uma cadeia.Arthur pensou cuidadosamente nos detalhes da organização do Departamento, bem como na vida da escola de Medicina e da Universidade. Seu plano era criar o local de trabalho ideal. Os grupos de pesquisa cooperariam uns com os outros e nada interferiria com a pesquisa, embora o departamento se orgulhasse do ensino de seu curso popular em Bioquímica geral. Arthur às vezes discutia com Wallace Sterling, o presidente de Stanford, suas ideias sobre como a ciência médica deveria se desenvolver em Stanford. Convidou duas vezes o Presidente Sterling para um almoço informal com a Faculdade de bioquímica para que também o conhecêssemos.

Aqui estão algumas das inovações que Arthur fez quando o departamento começou em 1959. Estudantes e pós-doutorandos foram misturados em laboratórios comuns para que os diferentes grupos de pesquisa estivessem familiarizados com o trabalho de pesquisa uns dos outros. As enzimas raras foram partilhadas e os principais instrumentos foram disponibilizados a todos. As bolsas de investigação foram partilhadas. Cada membro do corpo docente deveria trazer a quantidade de dinheiro gasto por seu grupo, mas não era necessária uma contabilidade rigorosa e não havia prazos financeiros. Todo o departamento participou de seminários de terça-feira/quinta-feira ao meio-dia. No início, apenas membros do corpo docente e cientistas visitantes deram palestras, mas mais tarde pós-doutorandos e estudantes seniores foram adicionados. O departamento admitia apenas quatro novos alunos a cada ano para uma faculdade de sete, e os potenciais alunos eram selecionados rigorosamente. Muitos dos primeiros alunos tornaram-se cientistas bem conhecidos. Os tamanhos dos grupos foram mantidos pequenos. Os membros do corpo docente trabalhavam no próprio laboratório e ensinavam os alunos pelo método do aprendiz. As reuniões da faculdade eram realizadas apenas quando havia algo importante para decidir; Arthur tomou decisões menores ele mesmo. As questões foram decididas nas reuniões da faculdade por consenso; uma vez que uma questão tinha sido discutida, não havia necessidade de votar. Como é que tudo isto funcionou na prática? Fabulosamente, de acordo com os pós-doutorandos que, quando eles começaram novos empregos e partiram, wistfully lembrou seus dias em Stanford.

dos sete membros originais da faculdade, apenas um já saiu. Em 1959, senti tensão entre Arthur e Mel Cohn sobre como lidar com problemas biológicos. Mel falou entusiasticamente sobre a biologia Gestalt, a visão de que não se pode entender um problema biológico dissecando-o em partes. Arthur defendeu o uso da química, especificamente enzimas, como a ferramenta básica para resolver problemas biológicos. Em 1962, Mel Cohn deixou Stanford para o recém-formado Instituto Salk, e em 1963-64, Lubert Stryer e George Stark se juntaram ao nosso departamento. Eles logo estavam fazendo experimentos inovadores, especialmente desenvolvendo novos métodos que atraíram grande atenção. Os experimentos de lupert em transferência de energia fluorescente (Stryer e Haugland 1967) levaram ao desenvolvimento de FRET (transferência de energia de ressonância de fluorescência) como uma importante ferramenta Biofísica. George desenvolveu métodos amplamente utilizados para analisar transcrições e experimentos de tradução em papel: o método do Norte (Alwine et al. 1977) para o mRNAs e o método Ocidental (Renart et al. 1979) para as proteínas. Apesar de Lupert e George terem deixado o nosso departamento, mantiveram laços estreitos. Em 1971, Ron Davis entrou para o departamento e, como os seis professores originais, nunca deixou Stanford. Ron trouxe com ele microscopia eletrônica de DNA, uma ferramenta poderosa que logo foi usada amplamente no departamento.

the early Stanford Biochemistry Department was a community where everyone shared and rejubiled in the discoveries made by others. Em 1959, todo o departamento se reunia em casa de Arthur uma noite por mês para ouvir as últimas descobertas de um grupo de pesquisa. Em poucos anos, não cabíamos todos na sala de estar do Arthur e tentámos encontrar-nos numa sala no campus de Stanford, mas a atmosfera não era a mesma. Então, em 1972, começamos reuniões duas vezes por ano em Asilomar, durando alguns dias, em que todos os grupos de pesquisa relataram. Naqueles dias, havia sempre pelo menos uma descoberta surpreendente em cada reunião.

em 1970, as soluções para os principais problemas de como o DNA faz o RNA faz as proteínas eram claras, pelo menos em linhas gerais, e nossos membros da faculdade estavam passando para novos problemas. Arthur descobriu que a replicação do DNA é um problema multi-enzimático, mesmo em sistemas virais simples, e ele começou a trabalhar nos mecanismos enzimáticos detalhados da replicação do DNA, primeiro de phages M13 e φx174, depois de E. coli em si. Paul Berg realizou o estudo dos vírus animais e logo foi envolvido com problemas de DNA recombinante. Bob Lehman começou a estudar recombinação genética ao nível do DNA, usando ferramentas enzimáticas e genéticas. Dave Hogness realizou a análise do desenvolvimento em Drosophila nos níveis de DNA e mRNA, estudando mutantes de desenvolvimento que fazem monstros com pernas extras ou asas. Dale Kaiser escolheu um sistema bacteriano, Myxococcus, para elaborar uma análise genética do desenvolvimento em um sistema procariótico. Até Arthur testou as águas para investigar o desenvolvimento a nível enzimático usando esporos bacterianos como um possível Sistema modelo. No entanto, o seu trabalho de replicação de ADN afastou os esporos. Comecei a procurar intermediários estruturais em dobragem de proteínas e o mecanismo de dobragem.

um momento dramático veio em 1969 quando John Cairns anunciou que ele e seu assistente tinham encontrado um mutante viável de E. coli que carece de atividade detectável da enzima DNA polimerase i (De Lucia e Cairns 1969). Uma busca por outras DNA polimerases logo se seguiu. Surpreendentemente, foi o filho de Arthur, Tom, trabalhando com Malcolm Gefter na Columbia, que encontrou primeiro DNA polimerase II e depois DNA polimerase III, a enzima que replica o cromossomo E. coli. A história é resumida por Arthur em suas memórias científicas (Kornberg 1989a). Tom era um estudante de música em Juilliard com uma carreira promissora como violoncelista à sua frente. Na época em que o mutante de Cairns tornou-se do conhecimento público, Tom havia sofrido uma lesão em sua mão que interferiu com seu violoncelo tocando. Sem treinamento formal em Bioquímica, Tom se juntou ao laboratório de Gefter e teve sucesso onde outros estavam tendo pouca sorte. Outro momento dramático veio em 2006, quando o filho mais velho de Arthur, Roger, recebeu o Prêmio Nobel de química por seu trabalho sobre a base molecular da transcrição eucariótica (Kornberg 2007). O terceiro filho de Arthur, Ken, é um arquiteto conhecido por seus projetos de laboratórios científicos.

Aqui estão dois exemplos de pesquisa que decolou por causa da Política de Arthur de misturar grupos de pesquisa em laboratórios comuns. Em 1968, Immo Scheffler, um estudante do meu grupo que estava a analisar as transições de DNA helix–coil em hélices Capilares, partilhou um laboratório com Toto Olivera, um pós-doutorado do grupo de Bob Lehman que estava a examinar as propriedades enzimáticas da ligase de ADN de E. coli. Toto e Immo descobriram que a ligase fechará d(TA)n oligoncleótidos em moléculas circulares de cadeia simples (Olivera et al. 1968) se forem suficientemente grandes (n = 16 ou mais). Em seguida, Immo Elliot e Elson, que estava trabalhando com Immo-se na análise da curva de fusão curvas, descobrimos que eles poderiam usar a circular oligonucleotídeos, que fazem o dobro do gancho de cabelo hélices, com um quatro-base loop em cada extremidade, para obter informações detalhadas sobre a função de pequenas argolas no DNA de fusão (Scheffler et al. 1970). Um segundo exemplo é fornecido por Doug Vollrath, um estudante do grupo de Ron Davis que em 1986 compartilhou um laboratório com Gil Chu, um pós-doutorado do grupo de Paul Berg. Gil tem um Ph. D. em física do Massachusetts Institute of Technology. Doug estava tentando obter padrões de gel de agarose melhor resolvidos para moléculas de DNA gigantes usando a nova técnica de aplicar um campo elétrico alternado, que tira vantagem da forte dependência do tempo de reorientação do DNA sobre o peso molecular. Gil percebeu que poderia resolver o problema de se endireitar e regular Bandas de DNA que são bem resolvidas resolvendo equações da teoria elétrica básica. Sua solução requer vários eletrodos cuja tensão pode ser controlada individualmente. O resultado foi lindamente resolvido padrões de banda de DNA (Chu et al. 1986).

como um exemplo de como a Política de compartilhamento de enzimas funcionou, Dale Kaiser relembra o dom de Arthur em 1965 de duas enzimas purificadas que tornaram possível o trabalho do laboratório de Dale nas extremidades coesas de phage lambda DNA (Strack e Kaiser 1965). As duas enzimas eram E. coli exo III, que degrada cadeias de ADN da extremidade 3′, e E. coli DNA Pol i, que copia a sequência de base de uma cadeia template sintetizando ADN na extremidade 3′ de uma cadeia primer. As altas especificidades das duas enzimas são importantes na interpretação dos resultados. O Strack e o Kaiser dispuseram de um ensaio de infecciosidade que mede a capacidade do ADN lambda purificado produzir fagias em E. coli, quando também é adicionada fagina auxiliar inactiva. Sabia-se que o DNA lambda purificado tem locais coesos (Hershey et al. 1963) essa função na formação de dímeros de DNA e aparadores. Strack e Kaiser descobriu que tanto a exo III e Pol I inativação lambda DNA, conforme testado pela a infectividade do ensaio, interna e marcadores genéticos são perdidas após o tratamento enzimático com a mesma tarifa externa marcadores, indicando que cada uma das duas enzimas inativa lambda DNA em um tudo-ou-nada processo. Seus resultados se encaixam em um modelo no qual pendurar um fio único termina saliente em cada extremidade do DNA lambda de cadeia dupla e fornecer os locais coesos encontrados por Hershey e colegas de trabalho (1963). Exo III degrada-se progressivamente a partir da extremidade 3′, enquanto pol I usa a extremidade 5′ dangling como um modelo para estender a extremidade 3′ até apenas restos de DNA de cadeia dupla, o que impede o DNA lambda de circularizar.

In 1990, at age 72, Arthur started a new research field, the enzymatic synthesis and degradation of polyphosphate, which involved investigating the biological functions of polyphosphate. Arthur e sua falecida esposa, Sylvy, descobriram a síntese de polifosfato em E. coli em 1956 (Kornberg et al. 1956). O polifosfato contém ligações de fosfato de alta energia e pode ser usado para produzir ATP a partir de AMP. Assim, o polifosfato é uma forma de armazenamento de energia de reserva para as células bacterianas e pode ser esperado para desempenhar um papel vital no ciclo de vida das bactérias. Arthur encontrou inúmeros casos em que isso é verdade (Kornberg 1999). Notavelmente, nas bactérias patogénicas, o metabolismo do polifosfato é geralmente necessário para a virulência.Arthur orgulhava-se das conquistas científicas de todos os grupos de pesquisa do nosso departamento e interessava-se por todos os que passavam. Muitos dos graduados estão profundamente cientes do papel de Arthur em fazer do Departamento um grande lugar para fazer pesquisa. Pela minha parte, sei que, no fundo, foi o ambiente de Stanford que atraiu pessoas de primeira categoria para o meu grupo, e foi o Arthur quem foi o principal responsável.Quando Artur morreu de insuficiência respiratória em outubro, tinha 89 anos e estava doente há cerca de uma semana. Antes, ele estava a dirigir uma pesquisa activa sobre o polifosfato. O Departamento de Bioquímica de Stanford lembrou-se do Arthur com uma aula de 4 horas.”Estudantes e professores selecionaram artigos favoritos da lista de 463 publicações de Arthur E deram resumos curtos de 5 a 10 minutos. O Arthur teria gostado disso.

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

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