Биология

Нобелевские лауреаты: Маршалл Уоррен Ниренберг

UUU значит фенилаланин

Aмериканский биохимик и генетик Маршалл Уоррен Ниренберг

Gerald V./NHI/Wikimedia Commons/Indicator.Ru

Как от майской мухи перейти к прочтению генетического кода, произвести фурор в Москве и затем превратиться из молекулярного биолога в нейроученого, рассказывает очередной выпуск рубрики «Как получить Нобелевку».

Маршалл Уоррен Ниренберг

Родился: 10 апреля 1927 года, Нью-Йорк, США

Умер: 15 января 2010 года, Нью-Йорк, США

Нобелевская премия по физиологии или медицине 1968 года (1/3 премии, совместно с Харом Корана и Робертом Холли). Формулировка Нобелевского комитета: «За расшифровку генетического кода и его роли в синтезе белков (for their interpretation of the genetic code and its function in protein synthesis)».

Наш герой родился в Бруклине — самом населенном районе (точнее, боро) Нью-Йорка. Его родители, портной Гарри Эдвард Ниренберг и Минерва Быковская, были выходцами из Российской Империи. Правда, в Нью-Йорке Ниренберг прожил всего десять лет. Затем он заболел острой ревматической лихорадкой (она же болезнь Сокольского — Буйо, которую раньше называли просто ревматизмом). Тогда врачи не знали, что болезнь вызвана иммунным ответом организма на стрептококковую инфекцию, и считали, что лечить ее нужно теплом. Потому семья отправилась во Флориду, в Орландо, — и позже будущий нобелевский лауреат считал себя флоридцем.

Но пока что до Нобелевской премии было далеко. Отец основал в Орландо иудаистсткую общину, сын в 1944 году поступил в Университет Флориды, где изучал зоологию и биологию, и магистерскую диссертацию (1952 год) защищал по таксономии и экологии типичного флоридского животного — майской мухи. Только после этого Ниренберг, перейдя в Университет Мичигана в Энн-Арборе, стал изучать биохимию на должности преподавателя-стажера, получив докторскую степень в 1957 году за работу по поглощению глюкозы раковыми клетками. Собственно, саму работу над молекулярной биологией генетики Ниренберг начал делать только в 1960 году — всего за год до своего триумфа.

Напомним, что в 1953 году Джеймс Уотсон и Фрэнсис Крик, опираясь на рентгеновские данные Мориса Уилкинсона и Розалинд Франклин, показали структуру ДНК в виде двойной спирали. Нужно было понять, как ДНК кодирует синтез белка.

Георгий Антонович Гамов

Wikimedia Commons

Идею о том, что последовательность нуклеотидов ДНК кодирует последовательность аминокислот в белке, высказал эмигрант из СССР, на тот момент известнейший астрофизик и космолог Георгий (Джордж) Гамов. В 1954 году, через год после открытия Уотсона и Крика, он написал, что «при сочетании 4 нуклеотидов тройками получаются 64 (43) различные комбинации, чего вполне достаточно для „записи наследственной информации“», после чего помечтал, что «кто-нибудь из более молодых ученых доживет до его <генетического кода> расшифровки». Гамов и сам дожил. И этому поспособствовали два лауреата Нобелевской премии.

О первом мы уже писали. Его звали Северо Очоа, и он научился синтезировать РНК — ту самую молекулу, которая, как мы теперь знаем, копирует информацию с ДНК и становится матрицей, на которой строится в рибосоме белок.

А затем в игру вступили Ниренберг и Генрих Маттеи, молодой немец. Сначала они сделали бесклеточный бульон из кишечной палочки, перемолов бактерию и получив субстанцию, в которой «плавали» ДНК, РНК, рибосомы и прочее необходимое для синтеза белка. Затем они добавляли туда фермент дезоксирибонуклеазу, которая «разрезала» фосфодиэфирные связи между нуклеотидами, гарантируя, что с этой ДНК не будет строиться белок.

Ну а затем — изящный, красивый и простой ход: в бульон добавлялась синтетическая РНК, сделанная по методу Очоа и содержащая всего один нуклеотид: урацил. UUUUUUUUUUUU… Такая формула РНК была в эксперименте Ниренберга — Маттеи. И в итоге синтезировался белок из одного фенилаланина. Значит, если гипотеза Гамова верна, «буква» для фенилаланина — UUU. Конечно, теоретически это могло бы быть и UUUU, и UUUUU… Но безусловно, стало ясно, что генетический код будет очень быстро прочитан. Метод появился.

Ниренберг и Маттеи

Wikimedia Commons

Ниренберг и Маттеи написали статью, но еще до ее публикации, в августе 1961 года, Ниренберг приехал в Москву, на Международный конгресс по биохимии…

Люди говорят, что на московский конгресс многие исследователи привезли свои прорывные работы. В некоторых из них были и начала прорыва к прочтению генетического кода (например, в работах немецкого ботаника Георга Мельхерса, в которых он экспериментировал с вирусом табачной мозаики). И каждый из них мог бы стать звездой — если бы не Ниренберг.

Маршалл сначала познакомил со своей работой узкий круг биохимиков — несколько десятков человек. Среди них был великий Фрэнсис Крик. Который пришел в такое возбуждение, что не просто поддержал Ниренберга, но и заставил организаторов конгресса дать ему возможность выступить перед всеми участниками. После доклада, в котором была озвучена первая буква генетического кода, всем стало понятно: код скоро будет прочитан. Ниренберг стал героем, его выступление произвело эффект разорвавшейся бомбы. А один из молодых ученых внезапно выбежал из зала. Дальше обратимся к книге биолога Николая Лучника:

«― А ведь этот разговор влетит ему в копеечку! ― обратилась белокурая Света, работница международного телефона, к своей подружке. Говоря это, она посмотрела на будку, в которой молодой человек что-то кричал в трубку по-английски, находясь явно в возбужденном состоянии, ― ведь он разговаривает с Нью-Йорком.

― Наверно, звонит своей девушке, ― ответила меланхолично Тома.

― Да, уж конечно, не жене. Вот это любовь!

Обе были бы, вероятно, сильно удивлены и разочарованы, узнав, что молодой клиент вел столь длинный разговор не с женой и не с невестой, а с 56-летним мужчиной. Он разговаривал с профессором Северо Очоа.

Очоа не был на биохимическом конгрессе в Москве. Его сотрудники говорили, что в последнее время он так "замотался" с работой, что вместо поездки за океан предпочел взять отпуск и покататься на яхте.

Когда же Ниренберг сделал свой доклад, в котором рассказал о том, что ему (с помощью искусственной РНК, полученной по методу Очоа!) удалось расшифровать первый триплет, один из сотрудников биохимической лаборатории Нью-Йоркского университета, не дослушав конца аплодисментов, бросился на международный телеграф, чтобы срочно известить своего учителя о столь сногсшибательной новости».

Конечно, уже с того времени стало понятно, что Нобелевская премия — дело времени. Семь лет между открытием и премией — это не очень долго. В своей Нобелевской лекции ученый сказал: «Передача информации от нуклеиновой кислоты к белковому синтезу происходит последовательно, в соответствии с систематическим кодом по относительно простым правилам. Каждая единица нуклеиновой кислоты определяет вид отобранных молекул, их положение относительно предыдущей отобранной молекулы и время события относительно предыдущего. Таким образом, нуклеиновая кислота функционирует одновременно как матрица для других молекул и как биологические часы».

После премии Ниренберг прожил более полувека и не стал почивать на лаврах. Он переквалифицировался в нейробиолога, стал изучать нейробластомы, действие морфина на центральную нервную систему, даже создал клеточную линию нейробластомы с огромным количеством морфиновых рецепторов.

Поработав десяток лет с нейротематикой, он снова вернулся в генетику и снова преуспел... А еще Ниренберг был активистом, политиком. И он скучал по прежним временам, по другой науке.

«Раньше наука была совсем другой ― гораздо более свободной. Сейчас она очень соревновательна. Молодые ученые борются за позиции, более зрелые ― за финансирование. Это очень большое давление и установка: ты должен производить, производить и производить. А в науке все не так просто. Когда ты начинаешь новую тему, ты не знаешь, правильное ли направление выбрал. А сделать ничего нельзя ― нужно просто взять низкий старт и бежать. Иногда это помогает, иногда ― нет.

40 лет назад все было иначе. Когда я получил свою первую позицию, Гордон Томпкинс предложил мне работать в его группе в качестве независимого исследователя. Я согласился и полностью поменял область работы! Я увлекся синтезом белков и нуклеиновых кислот ― тем, что сейчас называют молекулярной биологией. Сначала я работал один, но, когда появились первые результаты, заинтересовавшиеся люди стали бросать свои работы и присоединяться ко мне. Я не думаю, что такое возможно в нынешние времена», ― говорил он.

Маршалл Ниренберг скончался десять лет назад. Я уже застал это событие, будучи научным журналистом, хоть и не писал о нем. Но слова Ниренберга, которые приводили в его некрологе, очень много говорят и обо мне.

«Я не могу сказать, что всегда хотел быть ученым. Но мне всегда была интересна природа, и мне улыбнулась удача при ее изучении. Я думаю, интерес к науке ― лишь эволюция неистребимого интереса к тайнам и загадкам природы».

Понравился материал? Добавьте Indicator.Ru в «Мои источники» Яндекс.Новостей и читайте нас чаще.

Подписывайтесь на Indicator.Ru в соцсетях: Facebook, ВКонтакте, Twitter, Telegram, Одноклассники.