биомолекула.ру. Взгляд изнутри.
 

Логин:
Пароль:


Великий рекомбинатор

[15 марта, 2015 г.]

Словосочетание «генная инженерия» прочно вошло в лексикон нашего времени. Существуют тысячи генномодифицированных организмов, идет речь о генной терапии наследственных заболеваний, «редактирование» геномов ведется в тысячах лабораторий по всему миру. Первый шаг на этом пути сделал человек, и поныне живущий на Земле. В следующем году создатель первой в мире рекомбинантной ДНК — Пол Берг — будет праздновать 90-летие, а в этом — 35-летие присуждения ему Нобелевской премии. Формулировка Нобелевского комитета: «за фундаментальные исследования биохимических свойств нуклеиновых кислот, в особенности рекомбинантных ДНК». Сама же генная инженерия постепенно приближается к своему полувековому юбилею, который мировая наука отметит в 2022 году.

«Охотники за микробами»

Рисунок 1. Одно из многих русскоязычных изданий «Охотников за микробами» П. де Крюи (СССР, изд-во «Молодая гвардия», 1957 г.).

В 1926 году случилось два знаменательных события в истории биологии и биохимии. Второе, менее важное (возможно!) — это рождение нашего героя, одного из трех сыновей производителя одежды Гарри Берга и домохозяйки Сары Бродски. Первое же событие имело, наверное, даже большее значение, чем рождение отца генной инженерии. 36-летний американский микробиолог из Мичигана Поль Генри де Крюи (иногда у нас его называли «де Кройф» и даже «де Крайф») написал книжку, которая стала, пожалуй, первым научно-популярным бестселлером.

Даже в СССР/России эта книга выдержала, наверное, не менее десятка изданий (рис. 1). И популярна до сих пор. «Охотники за микробами» Крюи с 1920-х и по сей день приводят в науку всё новых и новых людей: по меньшей мере, я знаю биохимиков младше меня, в детстве зачарованно читавших эту книжку, а нынче публикующих замечательные статьи в Nature.

Наш герой в детстве тоже зачитывался сравнительно недавним бестселлером. Так что его судьба была предопределена сразу же — микробы, вирусы, их биохимия.

Но для начала нужно было пройти стандартный путь — школу и университет. Берг закончил школу Авраама Линкольна в январе 1943 года. К тому времени США уже участвовали во Второй мировой, и как только ему исполнилось 17 лет (июнь 1943), Берг пошел во флот. Он должен был стать летчиком палубной авиации, а этому нужно было учиться. Чтобы не терять времени в простом ожидании, Берг поступил в Пенн Стейт (Pennsylvania State University). Правда, летчиком Пол так и не стал: программу сократили, и ему пришлось служить по прямо противоположной специальности — на подводной лодке. В 1946 году Берг демобилизовался и уже в 1948 стал бакалавром в своем университете, а в 1952 его ждала докторская степень по биохимии в Западном резервном университете Кейза (Case Western Reserve University). В своей диссертации он показал роль фолиевой кислоты и витамина B12 в синтезе метионина.

С тех пор (так уж случилось) Берг работает только с лучшими. К примеру, в 1954 году Берг перешел на кафедру микробиологии в Медицинскую школу университета Вашингтона (WUSM), где начал работать с Артуром Корнбергом — первым человеком, синтезировавшим ДНК, и нобелевским лауреатом 1959 года за это достижение (рис. 2) [1].

Артур Корнберг

Рисунок 2. Артур Корнберг (1918-2007). Лауреат Нобелевской премии по физиологии и медицине 1959 года.

Ренато Дульбекко

Рисунок 3. Ренато Дульбекко (1914-2012). Лауреат Нобелевской премии по физиологии и медицине 1975 года.

В лаборатории Корнберга (уже в Стэнфорде, куда Корнберг с командой ушел в 1959 году) Берг изучает механизм, по которому аминокислоты собираются в белки. Собственно говоря, именно Берг установил, как транспортные рибонуклеиновые кислоты (тРНК) переносят аминокислоты в место синтеза белка.

Примерно к середине 1960-х годов работа генов в клетках становится понятнее. В первую очередь — благодаря бактериофагам, которые могут встраивать свою ДНК в геном бактерий. Как всегда, главные открытия были сделаны на «лабораторной мыши» микробиологов — кишечной палочке E. coli — и заражающем ее бактериофаге лямбда. Вирусы применялись для анализа работы генов, тогда же биохимики и генетики научились при помощи вирусов манипулировать генами. Бергу очень хотелось делать то же самое с генами многоклеточных организмов.

В 1967 году Берг взял в Стэнфорде отпуск на год. Впрочем, «отпуск» в его случае не означал отсутствие работы. Он поехал в Солковский (не путать со Сколковским!!!) институт к еще одному будущему нобелиату — Ренато Дульбекко (рис. 3). Дульбекко незадолго до того открыл полиомавирус, вызывающий опухоли у мышей. Главной целью Берга было освоение работы с культурами клеток, однако ДНК-вирус его заинтересовал.

Когда Берг вернулся в Стэнфорд, он продолжил эксперименты с полиомавирусами, взяв в работу полиомавирус SV40 (рис. 4). Берг понял, что можно использовать SV40 как вектор для введения в обычную клетку другой генетической информации*. И запланировал очень изящный эксперимент, по-хорошему, ставший началом всей генной инженерии.

* — С тех пор прошло немало времени, и векторное «меню» сейчас может удовлетворить любого генноинженерного гурмана: «Молекулярное клонирование, или как засунуть в клетку чужеродный генетический материал» [3]. — Ред.

В обычных условиях SV40 не взаимодействует с кишечной палочкой. Поэтому Берг использовал набор ферментов, выделенных Корнбергом, чтобы разрезать ДНК SV40 и бактериофага лямбда и затем «собрать» из кусочков химерную, или, как принято говорить, рекомбинантную ДНК. В итоге получилась плазмида — кольцевая молекула, состоящая из ДНК вируса SV40 и ДНК бактериофага лямбда с «заимствованным» у кишечной палочки галактозным опероном (последовательностью генов, кодирующих метаболизм галактозы) (рис. 5).

Полиомавирус SV40 и его ДНК

Рисунок 4. Электронные фотографии вирионов полиомавируса SV40 и его ДНК. Иллюстрация из нобелевской лекции Пола Берга [2].

Схема эксперимента Берга

Рисунок 5. Схема эксперимента Берга. Иллюстрация из нобелевской лекции Пола Берга [2].

Чем хорошо писать о нобелиатах последних 30 лет? Во-первых, многие из них живы по сей день. А во-вторых, легко можно найти видео, где они сами рассказывают о своих работах.

Давайте послушаем самого Берга:

Успех пришел в 1972 году, а за успехом пришел испуг. Ну ладно, не испуг — нормальная и правильная предосторожность: об онкогенности вирусов тогда было известно (из работ Дульбекко в частности), причем полиомавирус SV40 был способен вызывать рак у некоторых животных. Поэтому Берг задумался — вдруг искусственные вирусы будут порождать новые, онкогенные бактерии?

В 1974 году он написал письмо в крупнейшие научные журналы (Nature, Science и другие), в котором призвал ввести годичный мораторий на операции с рекомбинантными ДНК. И начал готовить конференцию для обсуждения потенциальной опасности. В 1975 году в Калифорнии прошла знаменитая Асиломарская конференция по рекомбинантной ДНК [4]. Впрочем, достаточно быстро стало понятно, что опасность была преувеличена — и работы с рекомбинантной ДНК были продолжены.

Началась эпоха генной инженерии, а пять лет спустя — в 1980 году — Берг был удостоен Нобелевской премии по химии. Наш герой получил половину премии, вторую часть поделили между собой личности не менее легендарные — Уолтер Гилберт (вообще начинавший в физике элементарных частиц и работавший у Абдуса Салама) и Фредерик Сенгер (уже получавший химического «нобеля» в 1958 году за расшифровку структуры инсулина). Эти двое создали метод установления первичной структуры ДНК — секвенирование [5]. Право выступить на нобелевском банкете от всех троих получил Берг. В своей речи [6] Берг привел ставшую классической метафору другого нобелевского лауреата, Питера Брайена Медавара: «Если мы представим развитие живых организмов сжатым в год космического времени, то развитие человека заняло только день. Только в течение последних 10–15 минут длится наша жизнь, совсем не сомнительная. Мы — всё еще новички и можем надеяться стать лучше. Высмеивать надежду на прогресс — окончательная глупость, последнее слово бедности духа и подлости ума».

В своём интервью [7] на сайте Нобелевского комитета Берг говорит: «Не совсем корректно называть меня отцом генной инженерии. Мы сделали лишь первый шаг на пути к ней».

Первоначально статья была опубликована в блоге автора на сайте Политехнического музея [8].

Литература

  1. биомолекула: «Артур Корнберг (1918–2007)»;
  2. Guide to the Paul Berg Papers. Онлайн-архив Калифорнийской цифровой библиотеки;
  3. биомолекула: «Молекулярное клонирование, или как засунуть в клетку чужеродный генетический материал»;
  4. Berg P., Baltimore D., Brenner S., Roblin R.O., Singer M.F. (1975). Summary statement of the Asilomar conference on recombinant DNA molecules. PNAS. 72, 1981–1984;
  5. биомолекула: «454-секвенирование (высокопроизводительное пиросеквенирование ДНК)»;
  6. Речь П.Н. Берга на нобелевском банкете (1980). Сайт Нобелевского комитета;
  7. Интервью с П.Н. Бергом (2001). Сайт Нобелевского комитета;
  8. Паевский А. «Отец генной инженерии». Сайт политехнического музея.

Автор: Паевский Алексей.

Число просмотров: 252.

Creative Commons License — условия использования и распространения материалов сайта.
Вернуться в раздел «Личность»

Комментарии

(Оставить комментарий) (показывать сначала старые комментарии)

Яндекс.Метрика

© 2007–2015 «биомолекула.ру»
Электропочта: info@biomolecula.ru
О проекте · RSS · Сослаться на нас

Дизайн и программирование —
Batch2k15.

Сопровождение сайта — НТК «Биотекст».

Условия использования сайта
Об ошибках сообщайте вебмастеру.