Артур Корнберг, один из самых выдающихся и влиятельных биохимиков своего поколения, скончался 26 октября 2007 года. Он умер на 89 году жизни, до конца своих дней оставаясь преданным сторонником фундаментальной биологии. В этом году из его лаборатории в свет вышли три статьи, посвященные достижениям в исследовании метаболизма полифосфатов, что являлось главной сферой научных интересов Корнберга последние 15 лет.

Артур родился 3 марта 1918 года в Бруклине. В 1941 году он получил степень доктора медицины в университете Рочестера. Затем провёл несколько лет в только что появившемся научно-исследовательском институте NIH, изучая влияние витаминов на здоровье. Вскоре поле окончания Второй мировой войны с всё возрастающим интересом он занялся изучением ферментов. В то время энзимология была ещё молодой наукой, поэтому Артур начал со стажировки в ведущих энзимологических лабораториях. Он провёл год в лаборатории Северо Очоа (Severo Ochoa) на медицинском факультете университета Нью-Йорка, изучая ферменты цикла трикарбоновых кислот. Более десяти лет спустя, в 1959 году, Артур вместе с Очоа разделят Нобелевскую премию «за их открытие механизмов биологического синтеза рибонуклеиновых и дезоксирибонуклеиновых кислот». Оба учёных начали свои исследования много позже того времени, которое Артур провел в лаборатории Очоа. За этой первоначальной тренировкой в 1947 году последовала работа с Карлом и Герти Кори на медицинском факультете университета Вашингтона, поддерживаемая стипендией. Здесь он изучал ферменты метаболизма нуклеотидных коферментов. Тогда лаборатория Кори была наилучшим местом для биохимических исследований. Сам Очоа обучался в этой лаборатории, равно как и Луи Лелуар (Luis Leloir), который позднее был награжден Нобелевской премией по химии за своё открытие «кирпичиков» биосинтеза углеводов. В 1953 году по настоянию Кори, Артур возвращается в университет Вашингтона и становится заведующим кафедрой микробиологии.

В Сент-Луисе Артур продолжает свои исследования метаболизма нуклеотидов, которые оборачиваются предпосылкой для решения проблемы синтеза ДНК в пробирке. Они позволяют ему создать дезокситимидинтрифосфат (дТТФ), меченый изотопом углерода-14, вооружившись которым, Корнберг изучает синтез ДНК в экстрактах, полученных из E. coli. Первый незначительный, но многообещающий успех был опубликован в виде двустраничного «краткого объявления» в 1956 году [1]. В этой короткой статье он написал: «Для полимеризации дТТФ необходимы АТФ, устойчивый к нагреванию фрагмент (или фрагменты) ДНК, временно называемый затравкой, и две фракции ферментов». Одна из фракций ферментов содержала ДНК-полимеразу, а другая — смесь нуклеаз и нуклеотид-киназ. Они расщепляли добавленную ДНК до мононуклеотидов и перерабатывали их в три недостававших дезоксинуклеотидтрифосфата — предшественников ДНК. Отсюда и потребность в АТФ, как источнике энергии.

Глядя назад на историю открытия ДНК-полимеразы, можно подумать, что ДНК добавлялась в ферментативную реакцию в качестве матрицы-затравки, но это не так. Несмотря на открытие структуры двухцепочечной ДНК, сделанное несколькими годами раньше Дж. Уотсоном и Ф. Криком, и их предположению о матричном синтезе, хотя и со спонтанной самосборкой, Артур находился под влиянием работ Карла и Герти Кори по метаболизму углеводов [2]. Кори показали, что гликоген-фосфорилаза нуждается в олигосахаридной затравке для полимеризации, и Артур видел определенную аналогию между их системой и синтезом полинуклеотидов. Таким образом, ДНК добавлялась в качестве затравки для полинуклеотидной полимеризации, а также для защиты новосинтезированной радиоактивной ДНК от расщепления нуклеазами. Идея о том, что фермент может получать указания о катализе от субстрата, в те времена была непостижимой. Однако то, что дело обстоит именно так, стало ясно довольно скоро.

Поразительный прогресс в исследованиях лаборатории Корнберга свершился в течение одного года и ознаменовался выделением ДНК-полимеразы I и четырех дезоксинуклеотидтрифосфатов [3]. Особая важность этого последнего достижения зачастую недооценивается. В двух статьях, опубликованных в 1958 году в Journal of Biological Chemistry (JBC), учёные лаборатории Корнберга не только описали впервые синтез трёх остальных дНТФ, но также и продемонстрировали впервые, что 5’-трифосфаты фактически являются предшественниками в синтезе ДНК. И ещё одно открытие, ставшее возможным только при наличии очищенных реагентов под рукой, заключалось в том, что значительный синтез ДНК требовал добавления всех четырёх дНТФ. Для Артура этот результат позволил немедленно предложить «гипотезу о том, что добавляемая ДНК служит и затравкой, и матрицей; что количественный синтез цепей ДНК возможен только тогда, когда все комплементарные дезоксирибониклеотиды доступны для полимеризации. Это предположение является привлекательным потому, что оно согласуется с ожидаемой картиной, если бы фермент отвечал за синтез самодуплицирующейся молекулы» [4].

Осенью 1957 г. эта пара революционных статей впервые направлена в JBC, но она не была принята к публикации из-за возникшего семантического диспута. Один из рецензентов (Эрвин Чаргафф — Н. П.) возражал против термина «ДНК» применимо к продукту реакции ферментативного синтеза, поскольку Корнберг не продемонстрировал, что его продукт обладает генетической информацией. Рецензенты настаивали на том, чтобы продукт был переименован в «полидезоксирибонуклеотид». К счастью, со сменой главного редактора JBC, которым стал Джон Эдсол (John Edsall), статьи были приняты и опубликованы в 1958 году. На то, чтобы продемонстрировать генетическую активность биохимически-синтезированной ДНК, потребуется ещё десять лет.

Когда в 1969 году стало ясно, что ДНК-полимераза I не является главной ДНК-полимеразой, осуществляющей репликацию ДНК, сомнению были подвергнуты не только важность открытий Корнберга, но и сам общий механизм репликации ДНК, предложенный им в результате исследований ДНК-полимеразы I. Ничто не было так далеко от правды, как эти сомнения! Все принципы, руководящие узнаванием и репликацией ДНК-матрицы, открытые в ходе изучения ДНК-полимеразы, сохранены ферментами, участвующими в репликации хромосомной ДНК. Более того, спор о взаимоотношении репликативной и репаративной функций ДНК-полимераз продолжается и по сей день, особенно когда дело касается более сложных эукариотических организмов.

Летом 1959 года Корнберг покинул Сент-Луис, чтобы основать кафедру биохимии на только что открывшемся тогда медицинском факультете Стэнфордского университета в Пало Альто. Три месяца спустя ему была присуждена Нобелевская премия по медицине. Артур забрал с собой в Стэнфорд большую часть своей прежней кафедры микробиологии. Среди них были Боб Лэман (Bob Lehman), Пол Берг (Paul Berg), Мел Кон (Mel Cohn), Дэйл Кайзер (Dale Kaiser) и Дэвид Хогнесс (David Hogness). Все эти выдающиеся учёные сформировали костяк кафедры биохимии, который стяжал кафедре всемирную славу.

Выучившись на химика-органика в Лейденском государственном университете, я впервые столкнулся с энзимологией, когда приступил к изучению стереохимии репликации, осуществляемой ДНК-полимеразой I, в лаборатории Фрица Экштайна (Fritz Eckstein) в институте Макса Планка в Гёттингене. Увлечённый репликацией ДНК и энзимологией этого процесса, я начал работу в лаборатории Корнберга весной 1980-го года, с целью научиться энзимологии. Создание смешанных лабораторий, в которых работали студенты различных научных руководителей, было нормальной практикой, введенной Корнбергом при организации кафедры биохимии. Лабораторию, в которую я попал, делили между собой студенты Корнберга и Лэмана. Так я познакомился с новыми интересными работами по изучению рекомбинации, ведущимися в лаборатории Лэмана, и, так сказать, сидел в первом ряду, наблюдая, как студенты Боба вытягивают одно за другим увлекательные свойства белка recA кишечной палочки.

Перед тем, как попасть в лабораторию Корнберга, меня неоднократно предостерегали, что Артур настоящий «надсмотрщик над рабами». Таково было всеобщее мнение, разделяемое сообществом учёных даже довольно далеко от Стэнфорда, в Германии. И действительно, Артур требовал, чтобы его сотрудники были также преданы своей работе, как и он сам. Любопытно, что призыв к преданности науке не превращался в требование проводить долгие вечера и выходные в лаборатории, хотя многие из нас так и поступали. Вместо этого он требовал, чтобы напряжённый поиск новых идей, стремление совершить научное открытие занимали наши умы в первую очередь. Из-за этого постоянного ожидания твоей полной отдачи и мастерства, еженедельные семинары нагоняли страху на всех в лаборатории Корнберга. Не только от того, что полученные результаты будут подвергнуты самой строгой критике, но и потому, что их важность будет поставлена под вопрос. На одном из таких семинаров, когда докладчик описывал особо скучную часть своей работы по изучению белка репликации, Артур спросил его, почему он считает это интересным. «Потому что когда-нибудь эта информация может пригодиться» — был ответ. На что Артур воскликнул: «Мне не интересно делать кирпичи, из которых кто-то сможет построить замок; я сам хочу строить этот замок!» Однако он также мог и приободрять своих сотрудников. Однажды, когда мои собственные исследования не ладились, он вошёл в лабораторию и с минуту стоял молча, пристально рассматривая мой рабочий стол. Затем он осторожно провёл рукой по его поверхности. «Рейжи Оказаки работал за этим столом. Он сделал несколько чудесных экспериментов за этим столом», — сказал он и вышел. Рейжи Оказаки (Reji Okazaki) — известный японский учёный, предложивший в 1967 году полунепрерывную модель репликации ДНК, объясняющую, как две антипараллельные цепи ДНК одновременно удваиваются ДНК-полимеразой. Рейжи и его жена, Тунеко, обучались в лаборатории Корнберга в начале 60-х. Совет Артура был мне ясен — я должен приложить все свои усилия, чтобы последовать примеру Оказаки.

Корнберг всегда сохранял связь с университетом Вашингтона. Это по его настоянию я добился должности на кафедре биохимии университета. От случая к случаю он заезжал в университет с визитом. Последний раз это случилось в 2004 году, когда Американское химическое общество наградило лабораторию Кори кафедры биохимии университета Вашингтона почётным званием «Национальной исторической вехи». В тот приезд он обсуждал с нами свои «Десять заповедей энзимологии» [5]. С годами эти заповеди менялись, по мере того, как менялись исследования самого Корнберга. Среди неизменных была такая: «Вы не должны тратить даром чистое мышление на неочищенные ферменты!» — которую Корнберг приписывал Эфраиму Рэкеру (Ephraim Racker). Многие беды, поражавшие биохимический анализ в прошлом, и до сих пор, вызваны нарушением этой заповеди.

Иногда он приводил и одиннадцатую заповедь: «Вы должны поддерживать фундаментальную науку!» Вера Корнберга в ценность фундаментальных исследований и его приверженность к их всемерной поддержке оставались неизменными на протяжение всей его жизни. В письме журналу Science в 1996 г. он призывал к непрерывному государственному финансированию базовых научных исследований [6]: «Я могу документально подтвердить, что на протяжение всей истории медицины причины всех крупных достижений в диагностике, терапии и предотвращении болезней коренились в любопытстве биологов, химиков и физиков, интересы которых лежали вдалеке от практических приложений базовых исследований к производству лекарств и приборов». Далее, он противопоставляет эту ситуацию увлечению чисто прикладными исследованиями: «Ярким контрастом по сравнению с успехом от вложений в фундаментальные исследования служат разочарования по поводу реализации узконаправленных программ, таких как атака на раковые заболевания, в которой сама сложность проблемы значительно превосходит доступные нам сведения о ней». Эти слова написаны в 1996 г., когда государственная поддержка фундаментальных исследований была не такой скудной, как сегодня. В наши дни призыв к расширению поддержки прикладных исследований за счёт фундаментальной науки звучит, пожалуй, ещё слышнее. Работы Артура Корнберга по исследованию синтеза ДНК представляют собой ярчайший пример того, как чисто научный интерес, простое стремление понять, как работают клеточные машины и как они могут быть собраны в пробирке, привело к невероятному техническому прорыву. Нам будет очень тяжело не хватать его присутствия как учёного и поборника фундаментальной науки.

Перевод дан по статье Питера Бёрджерса [7].

Литература

1. Arthur Kornberg, I.R. Lehman, Maurice J. Bessman, E.S. Simms. (1956). Enzymic synthesis of deoxyribonucleic acid. Biochimica et Biophysica Acta. 21, 197-198;
2. Kornberg A. For the Love of Enzymes. The Odyssey of a Biochemist. Cambridge, MA: Harvard University Press, 1989. — 352 p.;
3. Lehman I.R., Bessman M.J., Simms E.S., Kornberg A. (1958). Enzymatic synthesis of deoxyribonucleic acid. I. Preparation of substrates and partial purification of an enzyme from Escherichia coli. J. Biol. Chem. 233, 163–170;
4. Bessman M.J., Lehman I.R., Simms E.S., Kornberg A. (1958). Enzymatic synthesis of deoxyribonucleic acid. II. General properties of the reaction. J. Biol. Chem. 233, 171–177;
5. A. Kornberg. (2000). Ten Commandments: Lessons from the Enzymology of DNA Replication. Journal of Bacteriology. 182, 3613-3618;
6. L. Ianniello;, M. Burk;, A. Kornberg. (1996). Funding Basic Research. Science. 273, 857a-861;
7. Peter M. Burgers. (2007). Arthur Kornberg (1918–2007). Molecular Cell. 28, 530-532.