Текст книги "Нобелевские премии по физиологии или медицине за 100 лет"

МАКС ДЕЛЬБРЮК, США

(MAX DELBRÜCK)

1906–1981

АЛФРЕД Д. ХЕРШИ, США

(ALFRED D. HERSHEY)

1908–1997

САЛЬВАДОР Э. ЛУРИЯ, США

(SALVADOR E. LURIA)

1912–1991

1933

1935

1946

1958

1959

1962

1965

1966 (а)

1968

1969

1975

1978

1983

1989

1993

1995

ФОРМУЛИРОВКА НОБЕЛЕВСКОГО КОМИТЕТА: «за открытия, касающиеся механизма репликации и генетической структуры вирусов».

СУТЬ ОТКРЫТИЯ: за описание процесса репродукции вирусов.

ПРЕДЫСТОРИЯ

Законы генетики открытые Грегором Иоганном Менделем (Gregor Johann Mendel, 1822–1884) в 1854–1863 годы и опубликованные в 1866 году, были забыты и вновь открыты в 1900 году немцем Карлом Эрихом Корренсом (Carl Erich Correns, 1864–1933), голладцем Хуго Де Фриз (Hugo De Vries, 1848–1935) и австрийцем Эрихом Чермак-Зейзенеггом (Erich Tschermak-Seysenegg, 1871–1962).

В 1901 году Де Фриз постулировал существование мутаций — спонтанных изменений одного или нескольких наследуемых признаков. В 1926 году Мёллер (Нобелевская премия 1946 года) обнаружил, что рентгеновские лучи увеличивают количество мутаций в сто и более раз.

Существование носителей наследственности (которые он называл «элементами») постулировал еще Мендель (1866). В 1909 году датчанин Вильгельм Людвиг Иогансен (Wilhelm Ludwig Johannsen, 1857–1927) назвал их генами (от греч. genos – род, происхождение). Морган (Нобелевская премия 1933 года) доказал, что гены упорядоченно расположены в хромосомах («как бусины на нитке»).

В 1869 году швейцарский патологоанатом Иоган Фридрих Мишер (Johan Friedrich Miescher, 1811–1887) обнаружил в клеточном ядре нуклеин (лат. nucleus – ядро), который в 1889 году Рихард Альтманн (Richard Altmann, 1852–1901) переименовал в нуклеиновую кислоту. Химический состав нуклеиновых кислот был исследован в начале XX века. Стало известно, что хромосомы состоят из дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК) и белков. Изучение биохимической природы хромосом, начатое в 30-40-е годы XX столетия первоначально основовались на цитохимическом качественном и количественном определении содержания ДНК, РНК и белков в ядре. В 1944 году в США Освальд Теодор Эйвери (Oswald Theodore Avery, 1877–1955), К. М. Маклеод (С. М. Macleod) и М. Маккарти (М. McCarty) показали, что наследственные признаки могут быть переданы от одной бактерии к другой путем переноса чистой ДНК (без белков). В начале 1940-х годов Торбьёрн Касперссон (Tornbjorn Caspersson) и Ж. Л. Браше (J. L. Brachet) установили, что в синтезе белка участвуете рибонуклеиновая кислота (РНК).

В 1915 году британец Фредерик У. Туорт (Frederic W. Twort, 1877–1950) открыл сущестование вирусов, поражающих бактерии. В 1917 году канадец Феликс Д’Эрелль (Felix d’Herelle, 1873–1949) назвал их бактериофагами (от греч. bakterion – палочка и phagos – пожирающий). Бактериофаги чрезвычайно быстро размножаются и дают многочисленное потомство. Помимо того, они не патогенны для человека, что упрощает работу с ними.

Микробиологи не раз наблюдали, как на колониях бактерий появлялись светлые пятна – проявление гибели клеток, зараженных вирусом (фагом). Это явление было названо лизогенией (греч. lysis — разложение, распад, растворение и genea – порождение). Борде (Нобелевская премия 1919 года) впервые показал поразительный факт наследования лизогении бактериальными клетками.

В 1925–1928 годах Эжен Волльман (Eugene Wollman) предположил, что наследственные признаки могут передаваться от клетки к клетке через окружающую их жидкость и такая передача происходит с помощью генов. В 1928 году Бёрнет (Нобелевская премия 1960 года) и М. Макки (М. Mackie) высказали преположение о том, что бактериофаги или их предшественники могут существовать как часть наследственного материала бактериальных клеток. В соответствии с гипотезой Волльмана, кроме истинных вирусов существовали близкие им формы, включенные в генетический материал бактерии (и вместе с ним наследующиеся). Борде и Э. Рено (Е. Renaux) не согласились с этой гипотезой: если бактериофаги являются частью генетического материала, то как они могут быть ответственны за лизис бактерий? Все же в 1936 году Бёрнет и Д. Лаш (D. Lush), обсуждая механизм устойчивости к фагу, вызываемой другим фагом, отметили, что фаг может изменять структуру генов бактерии. В 1934–1943 годах Эжен и Элизабет Волльман (Elisabeth Wollman) проводили эксперименты с бактериофагами. Работая с потомством единичной бактерии, они окончательно доказали, что если бактерию заразить фагом, то все происходящие из нее бактерии будут выделять такой же фаг.

Ледерберг (Нобелевская премия 1958 года) показал, что при размножении бактерий половым путем может происходить рекомбинация — один из видов обмена генетической информацией.

В 1950 году Львов (Нобелевская премия 1965 года) установил, что генетический материал вируса (бактериофага) может включаться в геном бактерии в виде неактивного профага, который в последствии может активироваться внешним воздействием.

ИСТОРИЯ ОТКРЫТИЯ

В конце 1930-х годов Дельбрюк, немецкий физик, работавший в США, заинтересовался бактериофагом — типом вируса, который инфицирует бактерии. Дельбрюк искал живую систему, настолько простую, насколько это возможно, чтобы исследовать фундаментальные процессы жизни, и прежде всего процесс репликации — самовоспроизведения генетического материала. Вскоре оказалось, что бактериофаг был выбран правильно: работа с ним позволяла исследовать события, происходящие в отдельной клетке и обрабатывать данные с применением статистики.

В результате инфицирования фагом, возникает комплекс «вирус-клетка». который ведет себя как новая система. В клетке происходит перепрограммирование химических процессов. Вирус теряет свои индивидуальные черты и вступает в «темную фазу», в течение которой он больше не определяется как отдельная частица. Запускаемые им метаболические процессы могут в течение нескольких минут привести к формированию сотен новых вирусных частиц.

Примерно в это же время Лурия, переселившийся в США итальянский врач, использовал бактериофаги в радиобиологических экспериментах. В 1940 году Дельбрюк и Лурия встретились и наметили программу совместных исследований бактериофагов.

Они первыми применили генетические концепциии и методы точных наук к изучению бактериофагов и к 1945 году установили главные закономерности размножения бактериофагов: продолжительность инфекционного процесса и его стадии, количество бактериофагов, производимых инфицированной бактерией, и т. д.

Лурия рассказывал, что представление о вероятностной природе мутаций возникло у него, когда он наблюдал за игровым автоматом. Вскоре Дельбрюк дал его идеям математическое выражение. Они вместе разработали критерии, позволяющие отличать мутации от других изменений, происходящих в бактериофагах и бактериях, а также приступили к изучению взаимодействий между двумя вирусами, инфицирующими одну и ту же бактерию.

Работа Дельбрюка и Лурия привлекла внимание Херши, американского химика и микробиолога, много лет использовавшего бактериофаги в качестве антигенов в иммунологических реакциях. С этого времени началось плодотворное сотрудничество троих ученых и их лабораторий. Единой жесткой программы исследований не существовало. Сотрудничество основывалось на свободном обмене данными и избегании дублирования усилий. Вокруг Дельбрюка, Лурия и Херши сформировалась так называемая «фаговая группа» с центром в Биологической лаборатории в Колд-Спринг-Харборе, Нью-Йорк, где проводились ее неформальные встречи.

В 1946 году Херши показал возможность возникновения нескольких независимых мутаций в одной вирусной частице: это было первое указание на то, что вирус может содержать более чем один ген. Вскоре было обнаружено, что имеет место генетическая рекомбинация: два вируса, одновременно инфицирующие одну и ту же бактерию, могут обмениваться своими генами и создавать гибридные формы. Это сделало возможным построение генетической карты вируса. Лурия подкрепил эту гипотезу экспериментами, в которых результаты генетического повреждения, вызванного облучением бактериофага, исчезали после инфицирования той же бактерии другими поврежденными вирусами. Благодаря короткому времени репродукции бактериофагов, за несколько часов можно было получить информацию, которая при работе с другими вирусами была бы получена за месяцы и годы.

Вирус, как известно, состоит главным образом из нуклеиновой кислоты, окруженной белковой оболочкой. Херши, используя радиоактивные метки, показал (1952), что при инфицировании проникает в клетку только нуклеиновая кислота, в то время как белковая оболочка остается снаружи (что, кстати, подтверждало роль нуклеиновой кислоты как носителя генетической информации.)

В ходе этой работы Херши получил первое указание на существование информационной РНК, которая, как вскоре было показано Жакобом и Моно (Нобелевская премия 1965 года), является переносчиком информации между генетическим материалом и белком. Херши также доказал возможность обратимого превращения линейной молекулы нуклеиновой кислоты в кольцевую.

Итак, Херши дал общее биохимическое описание процесса инфицирования, Дельбрюк – математическое описание процесса репликации нуклеиновой кислоты, Лурия раскрыл преобразования, которые производит включенние бактериофага в генетический материал клетки.

ЗНАЧЕНИЕ ДЛЯ ЧЕЛОВЕЧЕСТВА

На примере репродукции бактериофага была показана основная последовательность событий, происходящих при репродукции любого вируса: (а) расщепление вирусной частицы на нуклеиновую кислоту и белок; (б) многократное копирование нуклеиновой кислоты; (в) синтез специфического вирусного белка; и (г) возникновение вирусов-потомков из новой нуклеиновой кислоты и нового белка.

Работа «фаговой группы» была столь активной, разнообразной и столько людей она вовлекала в процесс исследований, что при оценке результатов ее деятельности учитывать этот аспект просто необходимо. Лурия был руководителем докторской диссертации аспиранта Индианского университета Уотсона (Нобелевская премия 1962 года) – одного из авторов, может быть, самого яркого, и уж точно самого элегантного, отрытия в биологии XX века – структуры молекулы ДНК – знаменитой двойной спирали. Именно Лурия внушил Уотсону мысль о том, что понять природу гена можно не раньше, чем будет установлена химическая структура ДНК, и отправил Уотсона в Европу поучиться химии нуклеиновых кислот, где тот встретился с Уилкинсом (Нобелевская премия 1962 года) – своим будущим соавтором по открытию. С Дельбрюком Уотсон обменивался письмами, в которых сообщал чуть ли не каждый свой шаг на пути решения проблемы. Дельбрюк был первым, кому Уотсон сообщил о своей и Крика (Нобелевская премия 1962 года) победе. Вторым был исследователь фагов парижанин Львов (Нобелевская премия 1965 года), в лабораторию которого Уотсон отправился с результатами еще до их опубликования в “Nature”.

Раскрытие структуры ДНК в свою очередь подтолкнуло усилия Очоа и Корнберга (Нобелевская премия 1959 года) по синтезу ДНК и РНК. Короче говоря, в любом генетическом исследовании, выполненном в последующие годы, не могло не быть следа открытий Дельбрюка, Лурия и Херши, хотя, как это бывает, официальное признание заслуг в виде Нобелевской премии пришло к основателям «фаговой группы» позднее, чем к тем, чьи работы они стимулировали.

Дельбрюк, Херши и Лурия внесли вклад в создание основ всей современной биологии. Без их работ вряд ли было возможно столь быстрое развитие этой области знания. Исследования бактериофагов оказали огромное влияние на развитие вирусологии, давая материал и методики исследования. Сейчас бактериофаги используются в качестве моделей более сложных и менее доступных систем – клеток животных и человека. С медицинской точки зрения открытия Дельбрюка, Херши и Лурия позволили более глубоко проникнуть в природу вирусов и вирусных болезней. Косвенно они оказали влияние и на понимание механизмов наследования, роста и развития тканей и органов а также развития некоторых форм опухолей.

БИОГРАФИИ:

ДЕЛЬБРЮК

Макс Людвг Хеннинг Дельбрюк родился 4 сентября 1906 года в Берлине, Германия, и был младшим из семи детей. Его отец, Ганс Дельбрюк (Hans Delbriick), профессор истории Берлинского университета, много лет был редактором и политическим комментатором Прусского ежегодника. Мать Макса, Лина Тирш (Lina Thiersch) была дочерью профессора хирургии в Лейпциге и внучкой химика Юстуса фон Либиха (Justus von Liebig, 1803–1873).

Дельбрюк вырос в Грюнвальде – пригороде Берлина, населенном состоятельными представителями академической, профессиональной и торговой сред. Достаток и веселое гостеприимство больших семей в 1914 году сменились годами голода, болезней и смерти, а затем послевоенными инфляцией и обнищанием.

Интерес Дельбрюка к науке возник в детстве и был направлен вначале на астрономию. Из окружавших его взрослых многие занимали солидные посты, но никто не занимался наукой. Единственным исключением был Карл Бонгеффер (Karl Bonhoeffer, 1868–1948) – профессор психиатрии. Его сын Карл Фридрих был на восемь лет старшее Дельбрюка и интересовался физической химией. Он и стал наставником и другом Дельбрюка.

В 1924 году Дельбрюк окончил грюнвальдскую гимназию и поступил в Тюбингенский университет, чтобы учиться астрономии, но уже через полгода перевелся в Берлинский университет, затем – в Гёттингенский. В студенческие годы Вернер Брок (Werner Brock), позднее заслуженный профессор философии во Фрейбурге, оказал на Дельбрюка большое влияние.

В Гёттингене Дельбрюк начал было писать диссертацию по астрономии, но, почувствовав свою недостаточную подготовленность, оставил эту затею. Он познакомился с Юджином Полом Вигнером (Eugene Paul Wigner, 1902–1995) (Нобелевская премия по физике за 1963 год) и Максом Борном (Max Born, 1882–1970) (Нобелевская премия по физике за 1954 год) и на основе теории Борна написал другую диссертацию – посвященную литию, за что получил докторскую степень по физике (1930). Три постдокторских года (1929–1932) Дельбрюк провел за границей, в Англии, Швейцарии, и Дании. Он свел знакомство с Вольфгангом Паули (Wolfgang Pauly, 1900–1958) (Нобелевская премия по физике за 1945 год) и Бором (Нобелевская премия по физике за 1922 год), Сесилом Франком Пауэллом (Cecil Frank Powell, 1903–1969) (Нобелевская премия по физике за 1950 год), Патриком Мейнардом Стюартом Блэкеттом (Patrick Meynard Stuard Blackett, 1897–1974) (Нобелевская премия по физике за 1948 год) и Полем Адриеном Морисом Дираком (Paul Adrien Maurice Dirac, 1902–1984) (Нобелевская премия по физике за 1933 год), что сформировало отношение Дельбрюка к поиску истины в науке.

Интерес Дельбрюка к биологии был пробужден рассуждениями Бора о том, что законы квантовой механики могут быть применены для установления связей между физикой и биологией. Переезд в Берлин в 1932 году на должность ассистента Лизы Мейтнер (Lise Meithner) в значительной степени мотивировался надеждой, что близость различных Институтов кайзера Вильгельма облегчит ему знакомство с проблемами биологии. Небольшая группа физиков и биологов начала работу около 1934 года. К этой группе принадлежал и генетик Николай Владимирович Тимофеев-Ресовский (1900–1981). Результатом стала статья Тимофеева-Ресовского, К. Циммера (Zimmer К.) и Дельбрюка по мутагенезу. Популяризация этой статьи 1935 в небольшой книге Эрвина Шрёдингера (Erwin Schrodinger, 1887–1961) (Нобелевская премия по физике за 1933 год) «Что такое жизнь?» (1945) оказала сильное влияние на исследования в области в молекулярной биологии в конце 1940-х годов.

Работа Дельбрюка в Германии была хорошо обеспеченна, но политические соображения заставляли его искать перемен, ив 1937 году Дельбрюк перебрался в США, в Калифонийский технологический институт, где проводились работы по генетике дрозофилы.

Здесь Дельбрюк и биолог Э. Эллис (Е. Ellis) объединились для исследований бактериофагов. С началом Второй мировой войны Дельбрюк решил остаться в США. Он работал преподавателем на кафедре физики университета Вандербильта в Нешвилле, Теннесси. В те годы он, как и Лурия официально рассматривались как «вражеские иностранцы».

В 1946 году он принял приглашение Бидла (Нобелевская премия 1958 года) возглавить биологические исследования в Калифорнийском техологическом институте. В начале 1950-х Дельбрюк заинтересовался сенсорной физиологией. Он выбрал спонгиофоров рода Phycomyces как образец системы преобразований стимула. Дельбрюк сделал перерыв в этой работе, чтобы основать Институт молекулярной генетики при Кёльнском университете. Целью Дельбрюка было доказать применимость в Германии современного междисциплинарного похода к исследованиям, а также развитие там молекулярной генетики. Институт был открыт 22 июня 1962 года, и начиная с 1964 года Дельбрюк в полную силу продолжил эксперименты с Phycomyces.

В 1941 году Дельбрюк женился на Мэри Адалине Брюс (Mary Adaline Bruce). У них было два сына и две дочери.

Дельбрюк умер в Пасадене 9 марта 1981 года в возрасте 74 лет.

ХЕРШИ

Альфред Дей Херши родился 4 декабря 1908 года в Овоссо, Мичиган, США, в семье Роберта Д. Херши (Robert D. Hershey) и Альмы Уилбур (Alma Wilbur). Он учился в общеобразовательных школах в Овоссо и Лансинге, затем поступил в Колледж штата Мичиган (ныне университет штата Мичиган), где получил степени бакалавра естественных наук (1930) и доктора философии в области бактериологии (1934).

С 1934 по 1950 годы Херши занимался преподаванием и исследовательской работой на кафедре бактериологии Медицинской школы Вашингтонского университета в Сент-Луисе, Миссури, в качестве ассистента (1934), преподавателя (1936), доцента (1938) и профессора (1950). Поначалу исследованиями Херши руководил Бронфенбреннер (Bronfenbrenner), который работал с бактериофагами с 1915 года, то есть с момента их открытия.

В 1950 году Херши стал сотрудником отдела генетики в Институте Карнеги в Колд-Спринг-Харборе на Лонг-Айленде, Нью-Йорк; в 1962 году он возглавил генетические исследования в этом институте.

В 1946 году Херши женился на Гарриет Дэвидсон (Harriet Davidson). У них был сын.

Херши умер 22 мая 1997 года в возрасте 88 лет.

ЛУРИЯ

Сальвадор Эдвард Лурия родился 13 августа 1912 года в Турине, Италия, в семье Давида Лурия (Davide Luria) и Эстер Сачердоте (Ester Sacerdote). Начальную подготовку он получил в местной муниципальной школе и в 1929 году поступил на медицинский факультет Туринского университета, где в 1935 году получил степень доктора медицины. С 1938 по 1940 годы он был сотрудником лаборатории Кюри Института радия в Париже.

Когда Лурия понял, что Италия выступит в войне на стороне Германии, он решил перебраться в США. В 1940–1942 годы он был ассистентом по специальности хирургическая бактериология в Колумбийском университете, с 1943 по 1950 годы он был преподавателем, доцентом и профессором бактериологии в Университете штата Индиана. В 1947 году Лурия получил гражданство США.

В 1950 году его назначили профессором микробиологии в Университет штата Иллинойс. С 1959 по 1964 годы Лурия был профессором микробиологии в Массачусетском технологическом институте. В 1964 году он стал Сэджвиковским (Sedgwick) профессором биологии в том же институте и в 1965 году – профессором-консультантом Солковского института в Сан-Диего, Калифорния. С 1974 года Лурия занимал пост директора Центра раковых исследований.

Часть денег от Нобелевской премии Лурия передал антивоенным группам. Его студентом был Уотсон (Нобелевская премия 1962 года).

В 1945 году Лурия женился на Зелле Гурвиц (Zella Hurwitz). У них был сын. Доктор философии Зелла Гурвиц Лурия была профессором психологии в университете Тафта.

Лурия умер в Лексингтоне, Масачусетс 6 февраля 1991 года в возрасте 78 лет.

ЛИТЕРАТУРА

Работы Дельбрюка:

Mutation of bacteria from virus-sensitive to virus-resistant //Genetics. 1943. V. 28. P. 491–511 (with S. Luria);

Induced mutations in bacterial viruses // Cold Spring Harbor Symp. Quant. Biol. 1946. V. 4. P. 33–37;

Uber Vererbungschemie. Cologne, 1963.

О нем:

Nobel Prizes. Honouring founding fathers //Nature. 1969. V. 224. N. 5218. P. 399–400;

Stent G. The 1969 Nobel Prize for Physiology or Medicine // Science. 1969. V. 166. N. 3904. P. 479–481;

Delbruck, Hershey, Luria. Biology Nobelists // Sci. News. 1969. V. 96. N. 17. P. 370–371;

Three Americans share Nobel Prize for Medicine for work on bacteriophage // Chem. Eng. News. 1969. V. 47. N. 45. P. 16;

Biographical Encyclopedia of Scientists. New York, 1981. P. 196;

Asimov’s Biographical Encyclopedia of Science and Technology. Garden City, New York, 1982. P. 817–818;

Biographical Memoirs of the Fellows of the Royal Society. V. 28. London, 1982. P. 59–60.

Работы Херши:

Reproduction of bacteriophage // Int. Rev. Cytol. 1952. V. 1. P. 119–134;

Nucleic acid economy in bacteria infected with bacteriophage T2. II. Phage precursor nucleic acid//J. Gen. Physiol. 1953. V. 37. P. 1–23;

Upper limit to the protein content of the germinal substance of bacteriophage T2 // Virology. 1955.V.1.P. 108–127.

О нем:

Nobel Prizes. Honouring founding fathers // Nature. 1969. V. 224. N. 5218. P. 399–400;

Stent G. The 1969 Nobel Prize for Physiology or Medicine // Science. 1969. V. 166. N. 3904. P. 479–48;

Delbruck, Hershey, Luria. Biology Nobelists // Sci. News. 1969. V. 96. N. 17. P. 370–371;

Three Americans share Nobel Prize for Medicine for work on bacteriophage // Chem. Eng. News. 1969. V. 47. N. 45. P. 16;

Current Biography Yearbook. New York, 1970. P. 175–177;

Biographical Encyclopedia of Scientists. New York, 1981. P. 370.

Работы Лурия:

The Multiplication of Viruses. Vienna, 1958;

The Recognition of DNA in Bacteria. San Francisco, California, 1969;

A View of Life. Menlo Park, California, 1981 (with S. Gould, S. Singer).

О нем:

Nobel Prizes. Honouring founding fathers // Nature. 1969. V. 224. N. 5218. P. 399–400;

Stent G. The 1969 Nobel Prize for Physiology or Medicine // Science. 1969. V. 166. N. 3904. p. 479–481;

Delbruck, Hershey, Luria. Biology Nobelists // Sci. News. 1969. V. 96. N. 17. P. 370–371;

Three Americans share Nobel Prize for Medicine for work on bacteriophage // Chem. Eng. News. 1969. V. 47. N. 45. P. 16;

Current Biography Yearbook. New York, 1970. P. 258–260;

A Slot Machine, a Broken Test Tube (autobiography). New York, 1984.