ianuarie 4, 2022

PMC

Arthur Kornberg a murit pe 26 octombrie 2007. A fost unul dintre cei mai remarcabili oameni de știință ai timpului nostru. Descoperirea ADN polimerazei I (Bessman și colab. 1958; Lehman și colab. 1958a) și demonstrația sa că copiază fidel secvența de bază a unei catene ADN șablon (Lehman și colab. 1958b) a dus la acordarea Premiului Nobel imediat în 1959. Anterior, opinia predominantă a fost că enzimele funcționează în direcționarea metabolismului unei celule și în producerea energiei de care are nevoie o celulă, în timp ce sinteza ADN-ului face parte din misterul vieții. Într-un Cold Spring Harbor simpozion lucrare privind structura ADN-ului (Watson și Crick 1953), autorii au declarat: „nu este evident pentru noi dacă ar fi necesară o enzimă specială pentru a efectua polimerizarea sau dacă lanțul elicoidal existent ar putea acționa eficient ca o enzimă.”Munca lui Arthur cu ADN polimeraza am schimbat toate acestea, plasând auto-replicarea genelor pe o bază biochimică egală cu metabolismul energetic și punând capăt vitalismului. Descoperirea sa a lansat o nouă goană după aur, arătând calea pe măsură ce oamenii de știință au alergat să găsească enzime precum ARN polimeraza, care copiază secvența unei catene de ADN în ARN și enzime de restricție, care s-au dovedit a fi endonucleaze ADN specifice.

Arthur s-a născut pe 3 martie 1918. Provenea dintr-o familie de imigranți evrei din clasa muncitoare. Tatăl său nu avea educație formală, dar putea vorbi cel puțin șase limbi. Arthur a fost precoce și a absolvit liceul Abraham Lincoln din New York la vârsta de 15 ani. Când a absolvit City College din New York la vârsta de 19 ani, a primit cea mai bună diplomă de știință din clasa sa. În facultate, a lucrat serile, weekendurile și sărbătorile vânzând îmbrăcăminte pentru bărbați și a economisit suficient pentru a plăti primii doi ani de școală medicală la Universitatea din Rochester.

Arthur și-a descris povestea și intrarea accidentală în activitatea de cercetare într-un capitol anual de recenzii (Kornberg 1989a). Ca student la medicină, a fost intrigat să găsească în sine simptome ale unui icter ușor, care s-a dovedit a fi sindromul Gilberts, o dificultate în metabolizarea bilirubinei. Lucrarea sa care descrie un sondaj al persoanelor cu această ușoară tulburare metabolică a fost citită de Rolla Dyer, directorul Institutelor Naționale de sănătate (NIH), iar acest lucru a dus la rechemarea sa la NIH de la serviciul maritim în serviciul de sănătate publică în 1942. Prima cercetare a lui Arthur a implicat căutarea factorilor nutriționali lipsă într-o dietă sintetică hrănită șobolanilor. A fost convertit în căutarea enzimelor în timp ce făcea muncă postdoctorală în 1946 cu Severo Ochoa la Universitatea din New York. El a devenit un susținător pasionat al utilizării enzimelor pentru a deconstrui modul în care funcționează celulele. Crezul său era simplu și pozitiv: „dacă o celulă o poate face, atunci un biochimist o poate face și eu o pot face.”Cartea sa despre cariera sa științifică a fost numită” pentru dragostea enzimelor „(Kornberg 1989b) și a scris îndrumări pentru începători cu privire la” cele Zece Porunci ” ale utilizării enzimelor pentru disecția proceselor biologice (Kornberg 2000).

Arthur a avut o prezență comandantă; când a spus ceva, oamenii l-au ascultat. Îmi amintesc povestea lui Arthur vorbind la o audiere a Congresului. După audiere, un membru al Comisiei a fost surprins să afle că un alt membru și-a schimbat votul și l-a întrebat de ce a făcut acest lucru. „Nu vreau să fiu numit prost de Arthur Kornberg” a fost răspunsul. Dan Koshland, un vechi prieten al lui Arthur, vorbea la un eveniment pe care Arthur îl organizase. El a început prin a spune „nu-i spun Niciodată” nu ” lui Arthur Kornberg.”Pe de altă parte, Arthur te-ar pune imediat în largul tău într-o conversație personală. Un prieten a remarcat: „te-a făcut să simți că toată atenția lui era concentrată asupra ta.”

una dintre multele abilități remarcabile ale lui Arthur a fost construirea de departamente. A părăsit NIH în 1953 pentru a deveni președinte al unui nou Departament de Microbiologie la Universitatea Washington, St.Louis, unde a fost odată pe scurt postdoctoral cu Carl și Gerty Cori. Arthur le-a admirat foarte mult (Kornberg 2005), iar perspectiva reînnoirii contactului a fost o atracție puternică. Una dintre primele sale numiri majore a fost Melvin Cohn, care a petrecut câțiva ani la Institut Pasteur, Paris, lucrând cu Jacques Monod la dezlegarea poveștii sintezei enzimatice induse în Escherichia coli. Mel a avut un background puternic în imunologie de la munca sa timpurie cu A. M. Pappenheimer Jr., iar în St. Louis a început un studiu al sintezei anticorpilor în celule unice. Ceilalți membri ai Departamentului din St. Louis care s-ar muta mai târziu la Stanford cu Arthur au fost Paul Berg și Bob Lehman, care fuseseră semeni postdoctorali cu Arthur, și Dave Hogness și Dale Kaiser, care au venit amândoi de la Institut Pasteur.

când lui Arthur I s-a oferit Catedra de biochimie la Stanford în 1958, el nu a spus Da, dar nu a spus nu. În schimb, el a răspuns: „trebuie să mă întorc la St.Louis pentru a-mi consulta colegii.”Ocazia pentru formarea unui nou Departament de Biochimie a fost mutarea școlii Medicale Stanford din San Francisco în campusul principal Stanford de lângă Palo Alto. Stanford l-a numit, de asemenea, pe Joshua Lederberg ca președinte al unui nou Departament de genetică; biroul său de la Stanford ar fi aproape de cel al lui Arthur. când Departamentul de la St.Louis s-a mutat la Stanford în iunie 1959, m-am alăturat acestuia ca biochimist fizic, provenind de la Universitatea din Wisconsin.

noua știință a biologiei moleculare tocmai a apărut în 1959, iar nivelul de entuziasm din departamentul nostru a fost intens. Dogma centrală, ADN-ul face ca ARN-ul să producă proteine, a fost larg acceptată, dar multe dintre etapele biochimice au fost mistere. În St. Louis, Paul Berg a început un studiu al enzimei-aminoacil adenilați care sunt intermediari în sinteza Arnt aminoacil (Berg 1961), iar Paul a continuat să analizeze pașii în sinteza proteinelor. Lucrarea lui Arthur asupra sintezei enzimatice a ADN-ului a arătat necesitatea caracterizării nucleazelor E. coli, enzimele care degradează ADN-ul, iar Bob Lehman începuse această lucrare în St.Louis. Dave Hogness și Dale Kaiser au întreprins un studiu al bacteriofagului lambda ca model pentru modul în care un genom mic trece prin ciclul său de viață. Ei au fost în curs de dezvoltare metode pentru a face acest studiu la nivelul ADN-ului și ARNm. Doi bursieri postdoctorali din Australia, Ross Inman și Gerry Wake, mi s-au alăturat într-un efort de a testa dacă ADN-ul nou sintetizat realizat de Pol i rămâne asociat de bază cu catena sa șablon, prin utilizarea curbelor de topire a ADN-ului pentru a distinge spiralele duble care conțin 5-bromouracil într-o singură catenă.

Arthur s-a gândit cu atenție la detaliile organizării departamentului, precum și la stabilirea acestuia în viața școlii medicale și a Universității. Planul său era să creeze locul de muncă ideal. Grupurile de cercetare ar coopera între ele și nimic nu ar interfera cu cercetarea, deși Departamentul s-a mândrit cu predarea cursului său popular în biochimie generală. Arthur a discutat uneori cu Wallace Sterling, Președintele Stanford, ideile sale despre cum ar trebui să se dezvolte știința medicală la Stanford. L-a invitat de două ori pe președintele Sterling la un prânz informal cu Facultatea de Biochimie, ca să-l cunoaștem și noi.

iată câteva dintre inovațiile pe care Arthur le-a făcut când Departamentul a început în 1959. Studenții și bursierii postdoctorali au fost amestecați împreună în laboratoare comune, astfel încât diferitele grupuri de cercetare să se familiarizeze reciproc cu activitatea de cercetare. Enzimele Rare au fost împărtășite, iar instrumentele majore au fost puse la dispoziția tuturor. Granturile de cercetare au fost împărțite. Fiecare membru al Facultății era de așteptat să aducă suma de bani cheltuită de grupul său, dar contabilitatea strictă nu era necesară și nu existau termene financiare. Întregul departament a participat la seminarii marți / joi la prânz. La început, doar membrii facultății și oamenii de știință în vizită au ținut discuții, dar mai târziu au fost adăugați bursieri postdoctorali și studenți seniori. Departamentul a admis doar patru studenți noi în fiecare an pentru o facultate de șapte, iar potențialii studenți au fost examinați riguros. Mulți dintre primii studenți au devenit oameni de știință cunoscuți. Dimensiunile grupului au fost păstrate mici. Membrii facultății au lucrat ei înșiși în laborator și au predat studenților prin metoda ucenicului. Ședințele facultății au avut loc numai atunci când era ceva important de decis; Arthur a luat el însuși decizii mai mici. Problemele au fost decise la ședințele Facultății prin consens; odată ce o problemă a fost discutată, nu a mai fost nevoie de vot. Cum au funcționat toate acestea în practică? Fabulos, potrivit semenilor postdoctorali care, când au început noi locuri de muncă și au plecat, și-au amintit cu tristețe zilele la Stanford.

dintre cei șapte membri originali ai Facultății, doar unul a mai rămas vreodată. În 1959, am putut simți tensiunea dintre Arthur și Mel Cohn cu privire la modul de abordare a problemelor biologice. Mel a vorbit cu entuziasm despre biologia Gestalt, opinia că nu se poate înțelege o problemă biologică disecând-o în părți. Arthur a susținut utilizarea chimiei, în special a enzimelor, ca instrument de bază pentru rezolvarea problemelor biologice. În 1962, Mel Cohn a părăsit Stanford pentru noul Institut Salk, iar în 1963-64, Lubert Stryer și George Stark s-au alăturat departamentului nostru. În curând au făcut experimente inovatoare, în special dezvoltând noi metode care au atras atenția largă. Experimentele lui Lubert privind transferul de energie fluorescentă (Stryer și Haugland 1967) au dus la dezvoltarea FRET (fluorescence resonance energy transfer) ca instrument biofizic major. George a dezvoltat metode utilizate pe scară largă pentru analiza experimentelor de transcriere și traducere pe hârtie: metoda nordică (Alwine și colab. 1977) pentru ARNm și metoda Occidentală (Renart și colab. 1979) pentru proteine. Deși atât Lubert, cât și George au părăsit în cele din urmă Departamentul nostru, au păstrat legături strânse. În 1971, Ron Davis s-a alăturat departamentului și, la fel ca cele șase facultăți originale, nu a părăsit niciodată Stanford. Ron a adus cu el microscopia electronică a ADN-ului, un instrument puternic care în curând a fost folosit pe scară largă în departament.

Departamentul de Biochimie de la Stanford a fost o comunitate în care toată lumea împărtășea și se bucura de descoperirile făcute de alții. În 1959, întregul departament se aduna la casa lui Arthur într-o seară pe lună pentru a asculta ultimele descoperiri ale unui grup de cercetare. În câțiva ani, nu ne-am putut încadra cu toții în sufrageria lui Arthur și am încercat să ne întâlnim într-o cameră din campusul Stanford, dar atmosfera nu era aceeași. Apoi, în 1972, am început întâlniri de două ori pe an la Asilomar, care au durat câteva zile, la care au raportat toate grupurile de cercetare. În acele zile, a existat întotdeauna cel puțin o descoperire surprinzătoare la fiecare întâlnire.

până în 1970, soluțiile la problemele majore ale modului în care ADN-ul face ARN-ul face proteine erau clare cel puțin în contur, iar membrii facultății noastre treceau la noi probleme. Arthur a descoperit că replicarea ADN-ului este o problemă multi-enzimatică chiar și în sistemele virale simple și a început să elaboreze mecanismele enzimatice detaliate ale replicării ADN-ului, mai întâi a fagilor M13 și a celor de la x174, apoi a E. coli în sine. Paul Berg a întreprins studiul virusurilor animale și în curând a fost implicat cu probleme de ADN recombinant. Bob Lehman a început să studieze recombinarea genetică la nivel de ADN, folosind atât instrumente enzimatice, cât și genetice. Dave Hogness a întreprins analiza dezvoltării în Drosophila la nivelurile ADN și ARNm studiind mutanții de dezvoltare care fac monștri cu picioare sau aripi suplimentare. Dale Kaiser a ales un sistem bacterian, Myxococcus, pentru a elabora o analiză genetică a dezvoltării într-un sistem procariot. Chiar și Arthur a testat apele investigării dezvoltării la nivel enzimatic prin utilizarea sporilor bacterieni ca posibil sistem model. Cu toate acestea, munca sa de replicare a ADN-ului a împins sporii deoparte. Am început o căutare a intermediarilor structurali în plierea proteinelor și mecanismul de pliere.

un moment dramatic a venit în 1969, când John Cairns a anunțat că el și asistentul său au găsit un mutant viabil de E. coli care nu are activitate detectabilă a enzimei ADN polimeraza I (de Lucia și Cairns 1969). A urmat curând o căutare a altor ADN polimeraze. Uimitor, fiul lui Arthur, Tom, care lucra cu Malcolm Gefter la Columbia, a găsit mai întâi ADN polimeraza II și apoi ADN polimeraza III, enzima care reproduce cromozomul E. coli. Povestea este rezumată de Arthur în memoriile sale științifice (Kornberg 1989a). Tom a fost student la muzică la Juilliard, cu o carieră promițătoare ca violoncelist în fața lui. În momentul în care mutantul lui Cairns a devenit cunoscut publicului, Tom a suferit o vătămare la mână care a interferat cu jocul său de violoncel. Fără pregătire formală în biochimie, Tom s-a alăturat laboratorului lui Gefter și a reușit acolo unde alții aveau puțin noroc. Un alt moment dramatic a venit în 2006, când fiul cel mare al lui Arthur, Roger, a primit Premiul Nobel pentru Chimie pentru munca sa pe baza moleculară a transcrierii eucariote (Kornberg 2007). Al treilea fiu al lui Arthur, Ken, este un arhitect cunoscut pentru proiectele sale de laboratoare științifice.

iată două exemple de cercetare care au decolat din cauza politicii lui Arthur de amestecare a grupurilor de cercetare în laboratoarele comune. În 1968, Immo Scheffler, un student din grupul meu care analiza tranzițiile de helix–bobină ADN în helicele acului de păr, a împărtășit un laborator cu Toto Olivera, un coleg postdoctoral din grupul lui Bob Lehman care examina proprietățile enzimatice ale E. coli ADN ligază. Toto și Immo au descoperit că ligaza va închide d (TA)n oligoncleotide în molecule circulare cu o singură catenă (Olivera și colab. 1968) dacă sunt suficient de mari (n = 16 sau mai mari). Apoi, Immo și Elliot Elson, care lucrau cu Immo la analiza curbelor de topire a acului de păr, au descoperit că pot folosi oligonucleotidele circulare, care fac spirale duble cu ac de păr cu o buclă cu patru baze la fiecare capăt, pentru a obține informații detaliate despre rolul buclelor mici în topirea ADN-ului (Scheffler și colab. 1970). Un al doilea exemplu este oferit de Doug Vollrath, un student din grupul lui Ron Davis care în 1986 a împărțit un laborator cu Gil Chu, un coleg postdoctoral din grupul lui Paul Berg. Gil are un doctorat în fizică de la Institutul de Tehnologie din Massachusetts. Doug încerca să obțină modele de gel de agaroză mai bine rezolvate pentru moleculele de ADN gigant folosind noua tehnică de aplicare a unui câmp electric alternativ, care profită de dependența puternică a timpului de reorientare a ADN-ului de greutatea moleculară. Gil și-a dat seama că ar putea aborda problema obținerii unor benzi ADN drepte, regulate, care sunt bine rezolvate prin rezolvarea ecuațiilor din teoria electrică de bază. Soluția sa necesită mai mulți electrozi ale căror tensiuni pot fi controlate individual. Rezultatul a fost modele de bandă ADN frumos rezolvate (Chu și colab. 1986).

ca un exemplu al modului în care a funcționat Politica de partajare a enzimelor, Dale Kaiser amintește darul lui Arthur în 1965 a două enzime purificate care au făcut posibilă lucrarea din laboratorul lui Dale asupra capetelor coezive ale ADN-ului Lambda al fagului (Strack și Kaiser 1965). Cele două enzime au fost E. coli exo III, care degradează catenele ADN de la capătul 3′ și E. coli ADN Pol i, care copiază secvența de bază a unei catene șablon prin sintetizarea ADN-ului la capătul 3′ al unei catene de primer. Specificitățile ridicate ale celor două enzime sunt importante în interpretarea rezultatelor. Strack și Kaiser au avut la dispoziție un test de infecțiozitate care măsoară capacitatea ADN-ului lambda purificat de a produce fagi în E. coli atunci când se adaugă și fagi Helper inactivi. Se știa că ADN-ul lambda purificat are situri coezive (Hershey și colab. 1963) care funcționează în formarea dimerilor și trimerilor ADN. Strack și Kaiser au descoperit că atât exo III, cât și Pol i inactivează ADN-ul lambda, așa cum a fost testat prin testul de infecțiozitate, iar markerii genetici interiori se pierd după tratamentul enzimatic în același ritm ca markerii exteriori, indicând faptul că fiecare dintre cele două enzime inactivează ADN-ul lambda într-un proces total sau deloc. Rezultatele lor se potrivesc unui model în care capetele cu un singur fir ies la fiecare capăt al ADN-ului lambda dublu catenar și oferă site-urile coezive găsite de Hershey și colegii de muncă (1963). Exo III se degradează progresiv de la capătul 3′, în timp ce pol i folosește capătul 5′ atârnat ca șablon pentru a extinde capătul 3′ până când rămâne doar ADN dublu catenar, ceea ce împiedică circularizarea ADN-ului lambda.

în 1990, la vârsta de 72 de ani, Arthur a început un nou domeniu de cercetare, sinteza enzimatică și degradarea polifosfatului, care a implicat investigarea funcțiilor biologice ale polifosfatului. Arthur și răposata sa soție, Sylvy, descoperiseră sinteza polifosfatului în E. coli în 1956 (Kornberg și colab. 1956). Polifosfatul conține legături fosfatice de mare energie și poate fi utilizat pentru a face ATP din AMP. Astfel, polifosfatul este o formă de stocare a energiei de rezervă pentru celulele bacteriene și se poate aștepta să joace un rol vital în ciclul de viață al bacteriilor. Arthur a găsit numeroase cazuri în care acest lucru este adevărat (Kornberg 1999). În special, în bacteriile patogene, metabolismul polifosfatului este de obicei necesar pentru virulență.

Arthur a fost mândru de realizările științifice ale tuturor grupurilor de cercetare din departamentul nostru și a avut un interes personal pentru toți cei care au trecut. Mulți dintre absolvenți sunt foarte conștienți de rolul lui Arthur în a face departamentul un loc minunat pentru a face cercetare. Din partea mea, știu că în adâncul meu mediul Stanford a fost cel care a atras oameni de prim rang în grupul meu și Arthur a fost cel care a fost în principal responsabil.

când Arthur a murit de insuficiență respiratorie în octombrie, avea 89 de ani și era bolnav de aproximativ o săptămână. Anterior, el a condus în mod activ cercetarea asupra polifosfatului. Departamentul de Biochimie Stanford și-a amintit de Arthur cu o „predare de 4 ore.”Studenții și Facultatea au selectat lucrări preferate din lista lui Arthur de 463 de publicații și au oferit rezumate scurte de 5 până la 10 minute. Lui Arthur i-ar fi plăcut asta.

ROBERT L. BALDWIN
Departamentul de Biochimie, Beckman Center, Stanford Medical Center, Stanford, ca

Lasă un răspuns

Adresa ta de email nu va fi publicată.