Як зароджується та створюється ДНК? Чи можна його клонувати? Як створити життя «у пробірці»? Це головні питання вчених генетиків. І людиною, яка змогла наблизитися до відповідей, став Артур Корнберг. Більше на сайті i-brooklyn.
Колекція сірникових коробок
Народився Артур Корнберг у Брукліні в 1918 році. Його батьки приїхали із польської Галичини. Артур був молодшим із трьох дітей. Сім’я володіла маленьким магазинчиком інструментів та товарів для дому. У школі майбутній учений добре вчився. Навіть зміг пропустити кілька класів. Але стандартних наукових захоплень він не мав. Він не мав пристрасті до натуралістики, тваринного світу чи хімії. У маленького Артура була дивна колекція сірникових коробків.
Коли настала Велика депресія, Корнберг підійшов до вибору професії практично. Він вступив до медичної школи. Ще у шкільний час йому добре давалася хімія. І навчання не було надто важким. 1941 року він закінчив Рочестерський університет зі ступенем доктора. Навіть тоді він не бачив себе у світі великої науки.
Під час Другої світової війни Корнберг був змушений служити на кораблі Берегової охорони США як лікар. Спільної мови з капітаном судна він не знайшов, але все одно прослужив усю війну на борту корабля.
Періодично Корнберг писав медичні статті, які надсилав до різних наукових журналів. 1942 року одну його статтю опублікували і науковий світ помітив його. Стаття стосувалася дослідження причин спалаху жовтяниці після вакцинації проти жовтої лихоманки. Ще в медичній школі він проводив дослідження синдрому Жільбера (тоді його ще не називали так). Директор Національного інституту здоров’я Роллой Дайєр взяв його на роботу дослідником у лабораторію харчування NIH.
Вивчення щурів
Приступивши до роботи, Корнберг провів перше дослідження вітамінної недостатності у щурів індукованої сульфаніламідами. Корнберг вивчав як антибіотики-сульфаніламіди вплинули на здоров’я підопічних тварин. Спершу їх тримали на корисній дієті, а потім давали препарат. І спостерігали за його згубним та смертельним ефектом. Але було виявлено, що якщо щурів годувати звичною їм їжею, то наслідки від речовини були не такими згубними і непоправними. А сам порятунок ховався у фолієвій кислоті, адже вони дуже схожі за своєю структурою з препаратом. Пізніше було виявлено, що у цьому процесі відіграє роль вітамін К.
Корнберг багато уваги приділяв вивченню механізмів роботи вітамінів. Він виявив, що багато вітамінів запускають розпад глюкози і загалом сприяють метаболічним процесам. Для поглиблення знань у цій галузі Корнберг попросився до Бернарда Хорекери.
Разом вони працювали над вивченням бурштинової кислоти. У цей момент він зрозумів, що йому не вистачає знань щодо очищення ферментів. Для цього він вирушив до Нью-Йоркського університету. У 1947 році він працював в Університеті Вашингтона в Сент-Луїсі з майбутніми Нобелівськими лауреатами Карлом та Герті Корі. Разом із Корі він досліджував пірофосфати. Вони не одразу стали зрозумілими йому. Тільки після повернення до NIH він прояснив собі ті моменти, які міг осягнути в лабораторії Корі. Він зробив кілька важливих кроків у розвитку ензимології. За що й здобув премію Поля-Льюїса (премія Pfizer).
Знайомство з ДНК
На початку 1950-х Корнберг вже був відомий як біохімік. Він усіляко намагався розсувати наукові кордони. І задумався над тим, що нуклеїнові молекули ДНК і РНК можуть синтезуватися таким самим методом, як і ті, що він вивчав раніше. Тоді інші вчені працювали над створенням структури ДНК. З чого складається ДНК було відомо, але як саме воно будується, це була загадка для вчених. Як із клітин створюється ДНК – секрет, який не могли розгадати. Корнберг здогадався, що вони синтезуються у клітинах ферментів, які з’єднують усі нуклеотиди. І Корнберг замислився над тим, як їх створити. Після цього він пішов з NIH, щоб приділити новому дослідженню максимум уваги. Для цього він поїхав до Сент-Луїса до Школи медицини Університету Вашингтона. Йому допомагала ціла команда студентів та колег. І разом вони працювали над вивченням ферментів та синтезом ДНК. Крок за кроком Корнберг виділяв нові ферменти, необхідні для створення ДНК.
У 1956 році йому вдалося синтезувати ДНК за допомогою полімерази. Цей результат він описав у парі статей. І деякі колеги розкритикували його і заявили, що це не варто вважати повноцінним ДНК. Інші стверджували, що для ДНК важлива генетична активність. Саме це відрізняє ДНК від полідезоксирибонуклеотидів, якими назвали результат роботи Корнберга. Незважаючи на це, перший синтез ДНК приніс йому Нобелівську премію з фізіології чи медицини у 1959 році.
Життя у пробірці
У 1959 році Корнберг отримав місце глави Відділу біохімії Школи медицини Стенфордського університету в Сан-Франциско. Він отримав багато можливостей для роботи та досліджень. Навіть самостійно найняв команду вчених для подальшого дослідження синтезу ДНК із генетичною активністю. У нових випробуваннях він спробував різні варіації бактерій. Це було набагато складніше всього, що він робив раніше. Але це тільки спонукало Корнберга. Він став пробувати працювати з маленькими бактеріями вірусами (фаго), сподіваючись, що вони не зможуть пошкодити молекули ДНК-матриці. У 1967 році Корнбергу вдалося синтезувати ДНК phi X174.
З цього приводу було створено наукову пресконференцію. Це був великий крок у світі науки. Але, даючи пресреліз, інформаційне бюро Стенфорда відразу заявили, що не варто говорити про «створення життя в пробірці». Мова не йшла про людську ДНК, а про вірусну ДНК, яка не життєздатна поза великою системою. Хоча шум у пресі таки здійнявся.
Після цього Корнберг самостійно випадково поставив під сумнів свої відкриття. Виявлена ним ДНК-полімераза поставила під питання, чи дійсно знайдений ним фермент відповідає за реплікацію ДНК. І ці сумніви лише посилились. Джон Кернс відкрив мутантну кишкову паличку, яка ділилася без ферменту Корнберга. 1971 року Том Корнберг, син Артура Корнберга, який теж став вченим, спростував уже Кернса. Згодом Том зробив чимало великих наукових відкриттів. Хоча він, як і його батько, не думав раніше про вчену кар’єру.
«Будівництво» століття
Багато вчених шукали відповідь на головне питання: Як будується ДНК? Корнберг був одним із них. У 1967 році його команда зійшлася на думці, що саме ДНК-полімераза може бути відправною точкою та «фундаментом» для зародження нового ланцюга. Хоча ця думка виявилася помилковою.
Вони намагалися зрозуміти, що відбувається після того, як батьківські ДНК розходяться і створюється ланцюг ДНК дитини. Один із членів команди Корнберг відкрив свій фермент — фермент Оказакі. Вони вважали, що саме цей фермент сприяє створенню нового ланцюга. Але знайти всі частини головоломки їм не вдавалося. Щоб розібратися з цим, Корнберг знову повернувся у своїх дослідженнях до крихітних бактеріофагів Phi X 174 і M13. Майже 20 років команда витратила на вивчення процесів у реплікативної вилці. І було виявлено, що при реплікації бере участь сім різних ферментів та багатокомпонентний фермент. Таким чином вони дізналися, з чого будується новий ДНК ланцюжок.
Після цього вони почали вивчення хімічного механізму запуску створення нової ДНК. Вони відповіли на запитання, з чого все складається. Але потім постало нове питання: з чого все починається? Це стало важливою інформацією для багатьох генних інженерів.
Відкриття Корнберга були чудовими, але у нього виникали проблеми з промисловими та фармацевтичними компаніями. Він побоювався, що заради прибутку компанії приглушатимуть потік інформації. Багато компаній зверталися до Корнберга та його колег для купівлі патенту. Але вони завжди відмовлялися, бо знали, що на цьому їхня наукова свобода закінчиться. Секрет створення ДНК дорогоцінний, але вчені все одно відмовлялися. Бо свобода наукових рішень була важливішою.
1980-го року до Корнберга звернувся Алехандро Заффароні з пропозицією працювати у його науково-дослідному інституті. Точніше створити його. Сам Заффароні був біохіміком і великим стороником науки та наукового прогресу. Так Корнберг із колегами заснували DNAX, який став провідним інститутом молекулярної та клітинної біології в Америці. У 1981 році його купила Schering-Plough Pharmaceuticals і він став частиною Biopharma. Основна частина досліджень лежала в сфері імунології та онкології. Корнберг залишився у компанії та допомагав шукати нових вчених у команди. Роботу над ДНК продовжував аж до своєї смерті у 2007 році.