Натанс (Nathans), Даниел
| Вид материала | Документы |
НАТАНС (Nathans), Даниел
род. 30 октября 1928 г.
Нобелевская премия по физиологии и медицине, 1978 г.
совместно с Вернером Арбером и Хамилтоном О. Смитом
Американский специалист в области молекулярной биологии Даниел Натанс, последний из девяти детей Сары (Левитан) и Сэмюэла Натанса, евреев-иммигрантов из России, родился в Вилмингтоне (штат Делавэр). В период экономического кризиса дело отца потерпело крах. Среди самых ранних воспоминаний Даниела – нужда, вызванная кризисом, и добрый юмор его родителей перед лицом испытаний.
Начальное образование мальчик получил в публичных школах Вилмингтона, одновременно работая неполный рабочий день после школы или в выходные дни. В 1946 г. он был зачислен в Делавэрский университет, где изучал математику, химию, философию и литературу, завершив обучение в 1950 г. со званием бакалавра. Поступив в этом же году в медицинскую школу Вашингтонского университета в Сент-Луисе, где вели занятия высокопрофессиональные преподаватели, преданные науке, Н. открыл для себя медицину. В одно «прекрасное лето» под влиянием Оливера Лоури, профессора фармакологии, он решил вместо занятий медицинской практикой начать карьеру ученого и преподавателя. После получения в 1954 г. медицинской степени он поступил на работу в Колумбийский пресвитерианский медицинский центр в Нью-Йорке, где наблюдал за больными «опытного клинициста и ученого-медика» профессора Роберта Лоеба. С 1955 по 1957 г. Н. был сотрудником клиники Национального института рака (НИР) в Национальном институте здравоохранения в Бетесде (штат Мэриленд). Там он изучал биосинтез белка, в частности миеломного, который синтезируется злокачественными плазматическими клетками при миеломной болезни. Возвратившись в Колумбийский пресвитерианский медицинский центр, он в течение двух лет снова стажировался у Лоеба. С 1959 по 1962 г. он был приглашенным исследователем в лаборатории Фрица Липмана в Рокфеллеровском институте медицинских исследований (в настоящее время Рокфеллеровский университет) в Нью-Йорке. В этом университете Н. продолжал изучение биосинтеза белка и идентифицировал некоторые бактериальные факторы, ускоряющие включение аминокислот – строительных блоков белка – в белковые молекулы. Работая со специалистом в области молекулярной генетики Нортоном Зиндером, он изучал роль рибонуклеиновой кислоты (РНК) бактериофагов в синтезе белков бактериофагов в пробирке, содержащей клеточный экстракт.
Генетика и жизненный цикл бактериофага были определены в 40-х и 50-х гг. Бактериофаги (вирусы, инфицирующие бактериальные клетки) принадлежат к простейшим формам жизни и состоят из внутренней центрально расположенной нуклеиновой кислоты и наружной белковой оболочки. После проникновения в бактериальную клетку бактериофаг может продолжать развитие потенциальными путями. Во-первых, он может использовать биохимический аппарат бактериальной клетки и высвобождать новые фаговые частицы, вызывая разрушение клетки. Во-вторых, возможно включение его в генетическую структуру клетки, или дезоксирибонуклеиновую кислоту (ДНК) (в этом случае бактериофаг называется профагом), и дальнейшая передача дочерним клеткам во время деления бактериальной клетки. В-третьих, ферментная система бактериофага может распадаться на составные части под влиянием бактериальных ферментов – феномен, известный под названием «индуцированная клеткой-хозяином вариация», или «рестрикция-модификация».
Рестрикация-модификация осуществляется парой ферментов бактериальной клетки, рестрикционной эндонуклеазой и метилазой. Рестрикционная эндонуклеаза определяет специфическую нуклеотидную последовательность ДНК бактериофага и расщепляет, или разрезает, ДНК фага на отдельные части. В это же время метилаза узнает идентичные последовательности нуклеотидов в ДНК клетки-хозяина, метилирует ее и таким образом защищает от ферментативного расщепления своей собственной эндонуклеазой. (Метилирование включает добавление метильной группы, состоящей из атома углерода и трех атомов водорода, к молекуле ДНК.)
В 1960 г. Вернер Арбер из Женевского университета в Швейцарии выдвинул гипотезу, что системы рестрикции-модификации являются основными характеристиками бактерий. Арбер также обнаружил рестрикционную эндонуклеазу в кишечной бактерии Escherichia coli. Однако эндонуклеаза Арбера разрезала фаговую ДНК в неспецифических участках. Он назвал ее эндонуклеазой I типа и предсказал, что сайт-специфические рестрикционные эндонуклеазы будут обнаружены в других бактериальных системах и окажутся полезными для анализа точной генетической структуры молекул ДНК.
В 1962 г. Н. становится помощником профессора микробиологии и руководителем генетического отдела в медицинской школе Джонса Хопкинса. К 1965 г. он достигает положения адъюнкт-профессора, а двумя годами позже – полного профессора. На протяжении этого периода Н. продолжает изучение репликации бактериофагов в экспериментальных системах, в частности регуляции процесса репликации и расположения генов в молекулах ДНК и РНК.
В середине 60-х гг. Н. читает лекции студентам по вирусам животных, которые схожи с бактериофагами, за исключением того, что они инфицируют клетки животных. Вирусы животных могут быть инфекционными или онкогенными, т.е. вызывающими развитие опухоли. При более детальном изучении подобных вирусов Н. особенно заинтересовался вирусом-40 обезьян, который вызывает образование опухолей у обезьян, и сконцентрировал свое внимание на анализе локализации и функционирования генов ДНК этого вируса, продолжая совершенствовать свои знания по генетике вирусов животных.
В письме к Н., написанном в 1969 г., когда тот, будучи стипендиатом Американского ракового общества, работал в Вейцмановском институте в Реховоте (Израиль), Хамилтон О. Смит, коллега по Институту Джонса Хопкинса, сообщил о выделении и очистке сайт-специфической рестрикционной эндонуклеазы в бактерии Haemophilus influenzae. Этот факт явился для Н. поводом для рассмотрения возможности использования ферментов рестрикции для расщепления и анализа генома (полного набоpa врожденных признаков) ДНК онкогенных вирусов. По возвращении в Институт Джонса Хопкинса тем же летом Н. в течение нескольких месяцев изучал генетическую структуру ДНК вируса-40 обезьян, используя эндонуклеазу Смита и иную, обнаруженную другим исследователем.
ДНК вируса обезьян является подходящим объектом для исследования, поскольку мала, состоит только из 5 тыс. нуклеотидов (одного из компонентов, на которые под влиянием нуклеазы распадается нуклеиновая кислота) и включает несколько генов. Н. и его коллеги впервые расщепили молекулу ДНК двумя эндонуклеазами, идентифицировали отдельные части и создали карту мест расщепления. Затем они установили соответствие локализации и функции специфических генов и разработали первую детальную генетическую карту молекулы ДНК, включая сайты (участки) начала и окончания процесса репликации. (Поскольку молекула ДНК вируса обезьян располагается циркулярно, репликация происходит в двух направлениях вокруг циркулярной ДНК и заканчивается на 180° от сайта начала репликации.) Ученые также определили нуклеотидную матрицу для информационной РНК и локализацию генов, направляющих синтез белков оболочки вируса, используя отобранные мутантные линии обезьяньей ДНК для анализа локализации некоторых генов и их функций. Разработанные Н. методы анализа генетической структуры позднее были использованы для генетического картирования более сложных молекул ДНК, а также для разработки методов рекомбинации ДНК с целью создания бактериальных «фабрик», синтезирующих необходимые для медицины препараты, такие, как инсулин и гормоны роста.
Н. разделил Нобелевскую премию по физиологии и медицине 1978 г. с Арбером и Смитом за «открытие ферментов рестрикации и методов их использования для изысканий в молекулярной генетике». В Нобелевской лекции Н. описал исследования вируса-40 обезьян. «Со временем, – заключил он, – станет возможным понимание основных регуляторных механизмов, используемых клетками растений и животных, и в конечном счете осознание некоторых сложных генетических программ, управляющих ростом, развитием и специализированными функциями высших организмов, включая человека».
С 1980 г. Н. – профессор молекулярной биологии и генетики в медицинской школе Джонса Хопкинса, а также старший исследователь в медицинском институте Говарда Хуга.
В 1956 г. Н. женился на Джоане Комберг; у них родились три сына. «Мои исследования волнуют меня, как всегда, – сказал Н. – У меня талантливые студенты, что вызывает чувство огромного удовлетворения, и я ожидаю от них больших успехов в будущем».
В числе наград Н. – премия по молекулярной биологии Национальной академии наук (1976). Он – член Американской академии наук и искусств.