Как зарождается и создается ДНК? Можно ли его клонировать? Как создать жизнь «в пробирке»? Это главные вопросы ученых генетиков. И человеком, который смог приблизиться к ответам стал Артур Корнберг. Больше на сайте i-brooklyn.
Коллекция спичечных коробков
Родился Артур Корнберг в Бруклине в 1918 году. Его родители приехали из польской Галиции. Артур был младшим из троих детей. Семья владела маленьким магазинчиком инструментов и товаров для дома. В школе будущий ученый учился хорошо. Даже смог пропустить несколько классов. Но стандартных научных увлечений у него не было. Он не питал страсти к натуралистике, животному миру или химии. У маленького Артура была странная коллекция спичечных коробков.
Когда наступила Великая депрессия Корнберг подошел к выбору профессии практично. Он поступил в медицинскую школу. Еще в школьное время ему хорошо давалась химия. И обучение не составило большого труда. В 1941 году он закончил Рочестерский университет со степенью доктора. Даже тогда он не видел себя в мире большой науки.
Во время Второй мировой войны Корнберг был вынужден служить на корабле Береговой охраны США в качестве врача. Общего языка с капитаном судна он не нашел, но все равно прослужил всю войну на борту этого корабля.
Периодически Корнберг писал медицинские статьи, которые отправлял в разные научные журналы. В 1942 году одну его статью опубликовали и научный мир заметил его. Статья касалась исследования причин вспышки желтухи после вакцинации против желтой лихорадки. Еще в медицинской школе он проводил исследования синдрома Жильбера (тогда его еще так не называли). Директор Национального института здоровья Роллой Дайер взял его на работу исследователем в лабораторию питания NIH.
Изучение крыс
Приступив к работе Корнберг провел первое исследование витаминной недостаточности у крыс, индуцированной сульфаниламидами. Корнберг изучал как антибиотики-сульфаниламиды повлияли на здоровье подопечных животных. Сначала их держали на полезной диете, а потом давали препарат. И наблюдали за его губительным и смертельным эффектом. Но было выявлено, что если крыс кормить привычной для них пищей, то последствия от вещества были не такими пагубными и неисправимыми. А именно спасение скрывалось в фолиевой кислоте, ведь они очень схожи по своей структуре. Позже было выявлено, что важную роль в этом процессе отыгрывает витамин К.
Корнберг много уделял внимания изучению механизмов работы витаминов. Он выявил, что многие витамины запускают распад глюкозы и в целом способствуют метаболическим процессам. Для углубления познаний в данной области Корнберг попросился в команду к Бернарду Хорекери.
Вместе они работали над изучением янтарной кислоты. В этот момент он понял, что ему не хватает знаний в области очистки ферментов. Для этого он отправился в Нью-Йоркский университет. В 1947 году он работал в Университете Вашингтона в Сент-Луисе с будущими Нобелевскими лауреатами Карлом и Герти Кори. Вместе с Кори он исследовал пирофосфаты. Они не сразу стали понятными ему. Только по возвращению в NIH он прояснил для себя те моменты, которые не мог постигнуть в лаборатории Кори. Он сделал несколько важных шагов в развитии энзимологии. За что и получил премию Поля-Льюиса (премия Pfizer).
Знакомство с ДНК
В начале 1950-х годов Корнберг уже был известен как биохимик. Он всячески пытался раздвигать научные границы. И задумался, что нуклеиновые молекулы ДНК и РНК могут синтезироваться таким же методом, как и те, что он изучал ранее. В то время другие ученые работали над созданием структуры ДНК. Из чего состоит ДНК было известно, но как именно оно строится это была загадка для ученых. Как из клеток создается ДНК — секрет, который не могли разгадать. Корнберг догадался, что они синтезируются в клетках ферментов, которые соединяют все нуклеотиды. И Корнберг задумался над тем, как их создать. После этого он ушел из NIH, что бы уделить новому исследованию максимум внимания. Для этого он уехал в Сент-Луис в Школу медицины Университете Вашингтона. Ему помогала целая команда студентов и коллег. И вместе они работали над изучением ферментов и синтезом ДНК. Шаг за шагом Корнберг выделял новые ферменты необходимые для создания ДНК.
В 1956 году ему удалось синтезировать ДНК при помощи полимеразы. Этот результат он описал в паре статей. И некоторые коллеги раскритиковали его, и заявили, что это не стоит считать полноценным ДНК. Другие утверждали, что для ДНК важно генетическая активность. Именно это отличает ДНК от полидезоксирибонуклеотидов, которыми назвали результат работы Корнберга. Несмотря на это, первый синтез ДНК принес ему Нобелевскую премию по физиологии или медицине в 1959 году.
Жизнь в пробирке
В 1959 году Корнберг получил место главы Отдела биохимии Школы медицины Стэнфордского университета в Сан-франциско. Он получил много возможностей для работы и исследований. Даже самостоятельно нанял команду ученых для дальнейшего исследования синтеза ДНК с генетической активностью. В новых испытаниях он пробовал разные вариации бактерий. Это было на порядок сложнее всего, что он делал ранее. Но это только подстегнуло Корнберга. Он стал пробовать работать с маленькими бактериями вирусами (фаго), в надежде, что они не смогут повредить молекулы ДНК-матрицы. В 1967 году Корнбергу удалось синтезировать ДНК phi X174.
По этому поводу была создана научная пресс-конференция. Это был большой шаг в мире науки. Но, давая пресс-релиз информационное бюро Стэнфорда сразу заявили, что не стоит говорить о «создании жизни в пробирке». Речь не шла о человеческой ДНК, а о вирусной ДНК, которая не жизнеспособна вне большой системы. Хотя шум в прессе все таки поднялся.
После этого Корнберг самостоятельно случайно поставил под сомнения свои открытия. Обнаруженная им ДНК-полимераза поставила под вопрос, действительно ли найденный им фермент отвечает за репликацию ДНК. И эти сомнения только усилились. Джон Кернсон открыл мутантную кишечную палочку, которая делилась без фермента Корнберга. В 1971 году Том Корнберг, сын Артура Корнберг, который тоже стал ученым, опроверг уже Кернсона. Впоследствии Том сделал немало великих научных открытий. Хотя он, как и его отец не думал раньше про ученую карьеру.
«Стройка» века
Многие ученые искали ответ на главный вопрос: Как строится ДНК? Корнберг был одним из них. В 1967 году его команда сошлась во мнении, что именно ДНК-полимераза может служить отправной точкой и «фундаментом» для зарождения новой цепи. Хотя это мнение оказалось ошибочным.
Они пытались понять, что происходит после того, как родительские ДНК расходятся и создается цепь ДНК ребенка. Один из членов команды Корнберг, открыл свой фермент — фермент Оказаки. Они считали, что именно этот фермент способствует созданию новой цепи. Но найти все части головоломки им не удавалось. Чтобы разобраться с этим Корнберг снова вернулся в своих исследованиях к крошечным бактериофагам Phi X 174 и M13. Почти 20 лет команда потратила на изучение процессов в репликативной вилке. И было выявлено, что при репликации участвует семь разных ферментов и многокомпонентный фермент. Таким образом они узнали, из чего строится новая ДНК цепочка.
После этого они приступили к изучению химического механизма запуска создания новой ДНК. Они ответили на вопрос из чего все состоит. Но потом появился новый вопрос: с чего все начинается? Это стало важной информацией для многих генных инженеров.
Открытия Корнберга были великолепными, но у него возникали проблемы с промышленными компаниями и фармацевтическими. Он опасался, что ради прибыли компании будут приглушать поток информации. Многие компании обращались к Корнбергу и его коллегам для покупки патента. Но они всегда отказывались, потому что знали, что на этом их научная свобода закончится. Секрет создания ДНК дорого стоит, но ученые все равно отказывались. Ибо свобода научных решений была важнее.
В 1980-м году к Корнбергу обратился Алекс Заффарони с предложением работать в его научно-исследовательском институте. Точнее создать его. Сам Заффарони был биохимиком и большим сторонником науки и науногопрогресса. Так Корнберг с коллегами основали DNAX, который стал ведущим институтом молекулярной и клеточной биологии в Америке. В 1981 году его купила Schering-Plough Pharmaceuticals и он стал частью Biopharma. Основная часть исследований лежала в сфере иммунологии и онкологии. Корнберг остался в компании и помогал искать новых ученых в команды. Работу над ДНК продолжал аж до своей смерти в 2007 году.