Основоположники биотехнологии и биоинженерии: Уотсен, Крик, Берг, Корана, Эйвери, Баев, Шемякин, Овчинников, Бутенко

Прочтение кода, которым в молекуле ДНК записана последовательность аминокислотных остатков в будущей белковой молекуле, стало возможным после того, как  в 1961 М.Ниренберг (Нобелевская премия, 1968) и Г.Матеи синтезировали не встречающуюся в природе РНК, содержащую из всех азотистых оснований  только урацил. Синтезированный по ней белок представлял собой  цепочку из остатков одной только аминокислоты – фенилаланина. Вскоре лаборатории Ниренберга и Очоа прочли весь «алфавит», содержащийся в ДНК.

Создание двойной спирали имело  и психологические последствия. Оно заставило многих молодых  людей задуматься о возможной  научной карьере. Ведь в момент открытия Уотсону было всего только 24 года.

С 1953 по 1955 Уотсон работал в Калифорнийском технологическом институте. В 1955 – 1956 он, вернувшись в Кавендишевскую лабораторию, продолжил работу с  Криком. С 1956 – член биологического факультета Гарвардского университета, сначала как ассистент, а с 1961 – как профессор. В это время  он занимался изучением роли РНК  в белковом синтезе. Его коллегами в этой области были швейцарский биохимик Альфред Тиссирье, французский биохимик Франсуа Гроси Уолтер Гилберт (Нобелевский лауреат по химии, 1980).

В 1968 Уотсон возглавил лабораторию  количественной биологии в Колд-Спринг-Харбор (Лонг-Айленд, Нью-Йорк) и сделал ее мировым  центром исследований по молекулярной биологии, сконцентрировав усилия на проблеме рака. С 1988 по 1992 Уотсон сотрудничал  с Проектом генома человека, однако ушел в отставку из-за конфликта  интересов в вопросе инвестиций этого проекта (3).

2. Френсис Крик

8 июня 1916 г. – 29 июля 2004 г.

Нобелевская премия по физиологии и медицине, 1962 г. совместно с Джеймсом Д. Уотсоном и Морисом Х.Ф. Уилкинсом за открытие структуры молекулы ДНК.

Английский специалист в области  молекулярной биологии Фрэнсис Харри  Комптон Крик родился в Нортхемптоне и был старшим из двух сыновей  Харри Комптона Крика, зажиточного  обувного фабриканта, и Анны Элизабет (Вилкинс) Крик. Проведя свое детство  в Нортхемптоне, он посещал среднюю  классическую школу. Во время экономического кризиса, наступившего после первой мировой войны, коммерческие дела семьи  пришли в упадок, и родители Крик переехали в Лондон. Будучи студентом школы Милл-Хилл, Крик проявил большой интерес к физике, химии и математике. В 1934 г. он поступил в Университетский колледж в Лондоне для изучения физики и окончил его через три года, получив звание бакалавра естественных наук. Завершая образование в Университетском колледже, К. рассматривал вопросы вязкости воды при высоких температурах; эта работа была прервана в 1939 г. разразившейся второй мировой войной (4).

В военные годы Крик занимался созданием мин в научно-исследовательской лаборатории Военно-морского министерства Великобритании. В течение двух лет после окончания войны он продолжал работать в этом министерстве и именно тогда прочитал известную книгу Эрвина Шрёдингера «Что такое жизнь? Физические аспекты живой клетки», вышедшую в свет в 1944 г. В книге Шрёдингер задается вопросом: «Как можно пространственно-временные события, происходящие в живом организме, объяснить с позиции физики и химии?» (5).

Идеи, изложенные в книге, настолько повлияли на Крик, что он, намереваясь заняться физикой частиц, переключился на биологию. При поддержке Арчибальда В. Хилла Крик получил стипендию Совета по медицинским исследованиям и в 1947 г. начал работать в Стрэнджвейской лаборатории в Кембридже. Здесь он изучал биологию, органическую химию и методы рентгеновской дифракции, используемые для определения пространственной структуры молекул. Его познания в биологии значительно расширились после перехода в 1949 г. в Кавендишскую лабораторию в Кембридже – один из мировых центров молекулярной биологии.

Под руководством Макса Перуца Крик исследовал молекулярную структуру белков, в связи с чем у него возник интерес к генетическому коду последовательности аминокислот в белковых молекулах. Около 20 важнейших аминокислот служат мономерными звеньями, из которых построены все белки. Изучая вопрос, определенный им как «граница между живым и неживым», Крик пытался найти химическую основу генетики, которая, как он предполагал, могла быть заложена в дезоксирибонуклеиновой кислоте (ДНК).

В 1951 г. двадцатитрехлетний американский биолог Джеймс Д. Уотсон пригласил К. на работу в Кавендишскую лабораторию. Впоследствии у них установились тесные творческие контакты.

В 1953 г. К. и Уотсон завершили создание модели ДНК. В этом же году К. получил степень доктора философии в Кембридже, защитив диссертацию, посвященную рентгеновскому дифракционному анализу структуры белка. В течение следующего года он изучал структуру белка в Бруклинском политехническом институте в Нью-Йорке и читал лекции в разных университетах США. Возвратившись в Кембридж в 1954 г., он продолжил свои исследования в Кавендишской лаборатории, сконцентрировав внимание на расшифровке генетического кода. Будучи изначально теоретиком, К. начал совместно с Сиднеем Бреннером изучение генетических мутаций в бактериофагах (вирусах, инфицирующих бактериальные клетки).

К 1961 г. были открыты три типа РНК: информационная, рибосомальная и транспортная. К. и его коллеги предложили способ считывания генетического кода. Согласно теории К., информационная РНК получает генетическую информацию с ДНК в ядре клетки и переносит ее к рибосомам (местам синтеза белков) в цитоплазме клетки. Транспортная РНК переносит в рибосомы аминокислоты.

Информационная и рибосомная РНК, взаимодействуя друг с другом, обеспечивают соединение аминокислот для образования  молекул белка в правильной последовательности. Генетический код составляют триплеты азотистых оснований ДНК и  РНК для каждой из 20 аминокислот. Гены состоят из многочисленных основных триплетов, которые К. назвал кодонами; кодоны одинаковы у различных  видов.

В год получения Нобелевской  премии К. стал заведующим биологической  лаборатории Кембриджского университета и иностранным членом Совета Солковского  института в Сан-Диего (штат Калифорния). В 1977 г. он переехал в Сан-Диего, получив приглашение на должность профессора. В Солковском институте К. проводил исследования в области нейробиологии, в частности изучал механизмы зрения и сновидений. В 1983 г. совместно с английским математиком Грэмом Митчисоном он предположил, что сновидения являются побочным эффектом процесса, посредством которого человеческий мозг освобождается от чрезмерных или бесполезных ассоциаций, накопленных во время бодрствования. Ученые выдвинули гипотезу, что эта форма «обратного учения» существует для предупреждения перегрузки нервных процессов (6).

3. Пол Берг

Род. 30 июня 1926 г.

Нобелевская премия по химии, 1980 г. совместно с Уолтером Гилбертом и Фредериком Сенгеро  «за фундаментальные исследования биохимических свойств нуклеиновых  кислот, в особенности рекомбинантных ДНК»

Американский биохимик Пол Берг родился в Нью-Йорке, в Бруклине. Он был одним из трех сыновей Гарри  Берга и Сары (Бродски) Берг. Окончив  в 1943 г. среднюю школу Авраама  Линкольна, Берг поступил в Пенсильванский государственный колледж, чтобы  изучать биохимию, однако ему пришлось прервать обучение из-за службы в военно-морских  силах США в 1944 – 1946 гг. В 1946 г. он вернулся в Пенсильванский государственный  колледж и окончил его в 1948 г., получив степень бакалавра  по биохимии. После окончания колледжа Берг работал в университете Вестерн-Резерв (сейчас это университет Кейз-Вестерн-Резерв) в Кливленде (штат Огайо), где в 1952 г. ему была присуждена докторская степень. В 1952 – 1953 гг. он в качестве постдокторского  стипендиата (эта стипендия выделяется на год после защиты докторской диссертации) вел исследовательскую работу в  Институте цито-физиологии в Копенгагене, а затем в течение года осуществлял  дальнейшие исследования в этом направлении  вместе с Артуром Корнбергом в  Вашингтонском университете в Сент-Луисе. В 1955 г. он стал ассистент-профессором  микробиологии в Вашингтонском  университете, в 1959  г. – адъюнкт-профессором Станфордского университета, а в 1969 г. заведовал там кафедрой биохимии.

Работая под руководством Корнберга, Берг изучил химический состав дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК) и рибонуклеиновой  кислоты (РНК).

В Станфорде Берг особенно заинтересовался  ролью транспортных рибонуклеиновых  кислот (тРНК). Эти вещества переносят  аминокислоты в определенное место  во время синтеза белка (7). В процессе синтеза один конец молекулы тРНК соответствует части программной последовательности, а другой несет специальный инструктивный аминокислотный кодон (нуклеотидный триплет). У каждого вида аминокислот имеются свои молекулы тРНК, структуру которых описали в 1965 г. Роберт У. Холли, Хар Гобинд Корана и Маршалл У. Ниренберг. Берг, выделив в чистом виде различные тРНК и энзимы, прояснил роль тРНК в синтезе белка.

К середине 60-гг. были детально изучены  гены прокариотов (микробов, не обладающих оформленным клеточным ядром, таких, как бактерии). Большая часть знаний о них была получена благодаря  тому, что несколько различных  вирусов могут войти в клетку бактерии Escherichia coli и, однажды попав  туда, заменить некоторые ДНК бактерии своими ДНК, заставив, таким образом, бактерию вырабатывать вирусный белок. Более того, поскольку каждый вид  вируса влияет на специфические белки, они стали необходимы для выделения  и оперирования в химических целях  генами, которые есть у Escherichia coli. Бергу  хотелось знать, может ли быть разработан подобный метод для анализа и  оперирования значительно более  сложными генами многоклеточных организмов, в т.ч. организмом человека.

Продолжая это направление исследований, Берг взял годичный отпуск для научной  работы в Солковском институте, где  сотрудничал с Ренато Дульбекко. Дульбекко изучал там незадолго  до этого открытый вирус, названный  полиомой, который вызывает появление  опухолей у грызунов. Полиома представляла для Берга особый интерес не только потому, что она могла передвигаться  между клетками млекопитающих в  лабораторной ванне, но и потому, что  ее ДНК могла «входить» и «выходить» из ДНК клеток того организма, в который  попадал этот вирус. Полиома, таким  образом, действовала во многих отношениях так же, как и хорошо изученные  бактериальные вирусы, но ее можно  было использовать для исследования клеток млекопитающих.

Вернувшись в 1968 г. в Станфордский университет, Берг приступил к изучению подобного вируса-40 (SV40) – вируса, вызывающего появление опухолей у обезьян и тесно связанного с полиомой. Вскоре, однако, он понял, что этот вирус мог бы лучше служить в качестве направляющего, если бы был изменен таким образом, что включал бы любой участок спирали ДНК клетки млекопитающего, который бы выбрал экспериментатор. Молекулы ДНК, содержащие материал, взятый из более чем одного типа организма, называются рекомбинантными молекулами ДНК. Несмотря на то что рекомбинантные молекулы ДНК встречаются в природе в живых организмах, Берг полагал, что их можно было бы лучше изучить, если получить в лабораторных условиях.

Берг начал свой первый эксперимент  по получению рекомбинантной молекулы ДНК приблизительно в 1970 г., взяв для  этого SV40 и хорошо изученный вирус Escherichia coli (бактериофаг ?). Ученый добавил специфические энзимы к этим в обычных условиях не взаимодействующим организмам и разорвал их молекулы ДНК в таких местах, что они могли быть рекомбинированы. Этот способ оказался, однако, весьма спорным. Многие ученые опасались, что искусственные вирусы могут порождать новые, вызывающие рак бактерии, и по этой причине Берг прервал свои опыты с рекомбинантными молекулами ДНК. В течение последующих нескольких лет он сосредоточил свое внимание на разработке более действенного и точного способа оперирования SV40.

В 1974 г. при активном участии Берга, озабоченного потенциальной опасностью, связанной с изучением рекомбинантных молекул ДНК, на их исследования был  наложен годичный мораторий. В следующем  году ученый был председателем международной  конференции, наметившей генеральную  линию такого рода исследований. Однако, когда ученые поняли, что технология изучения рекомбинантных молекул ДНК  не так опасна, как думали сначала, они перестали строго следовать  ранее выработанным правилам. Технология, разработанная Бергом и его коллегами, позволила не только оперировать  генами для создания новых фармацевтических средств, таких, как интерферон и гормоны роста, но и впервые так глубоко проникнуть в молекулярную биологию высших организмов (8).

В 1980 г. Бергу была присуждена половина Нобелевской премии по химии «за  фундаментальные исследования биохимических  свойств нуклеиновых кислот, в  особенности рекомбинантных ДНК». Вторая половина премии была поделена между Уолтером Джилбертом и Фредериком Сенгером. В своей Нобелевской лекции Берг сделал обзор проведенных им исследований, подчеркнув постоянно существующую необходимость решать этические вопросы, которые возникают в связи с опытами с рекомбинантными молекулами ДНК. Тем не менее «прорыв, достигнутый в результате изучения рекомбинантных молекул ДНК, – сказал он в заключение, – обеспечил новый действенный подход к решению вопросов, которые веками волновали человечество».

После получения Нобелевской премии Берг продолжает заниматься научно-исследовательской  работой в Станфордском университете, совершенствуя разработанный им метод молекулярного анализа  генов высших животных. С 1970 г. он занимает должность профессора биохимии в  Медицинском центре Станфордского  университета (9).

4. Хар Корана

9 января 1922 – 9 ноября 2011