Нобелевская премия по медицине  1978

Вернер Арбер
(1929)
За обнаружение рестрикционных ферментов и их применение в молекулярной генетике
Биография





Вернер Арбер (Werner Arber) родился 3 июня 1929 года в Гренхене (кантон Аре, Швейцария). Среднее образование получил в своем родном городке. В 1949 г. Арбер поступил в Швейцарскую политехническую школу в Цюрихе для изучения естествознания. В этой школе он предпринял свою первую экспериментальную работу, посвященную выделению и изучению одного из радиоактивных изотопов хлора.

В 1953 г. Арбер поступил в аспирантуру Женевского университета и стал старшим лаборантом кафедры биофизики. Здесь он разрабатывал методы изучения бактериофагов (вирусов, поражающих бактерии) с помощью электронной микроскопии – метода исследования, позволяющего изучать микроструктуру клеток и тканей с помощью электронного луча. Будучи аспирантом, Арбер представил анализ модели дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК), разработанной Джеймсом Уотсоном и Фрэнсисом Криком, в дискуссионный клуб при кафедре, члены которого занимались обсуждением тех открытий, о которых узнавали из научных журналов. Это было началом длительного интереса Арбер к физиологии и генетике бактериофагов.

Как уже говорилось, бактериофаги – это вирусы, инфицирующие бактериальные клетки. Они относятся к самым примитивным формам жизни и состоят из ядра, образованного нуклеиновыми кислотами, и наружной белковой оболочки. После внедрения фага в бактериальную клетку возможны три пути его дальнейшего развития. Во-первых, он может нарушить регуляцию биохимического аппарата клетки, начать размножаться и вызвать ее разрушение с выделением новых частиц фага. Во-вторых, фаг может включаться в ДНК бактериальной клетки (в этом случае он будет называться профагом) и во время деления, подобно гену этой клетки, передаваться дочерним клеткам. Наконец, фаг может быть расщеплен ферментами бактериальной клетки; в настоящее время это явление называется «модификацией, контролируемой клеткой-хозяином».

В начале 50-х гг., когда Арбер был еще студентом, на кафедре биофизики Женевского университета были получены первые электронные микрофотографии бактериофагов. В 1958 г. Арбер получил в этом университете докторскую степень, защитив диссертацию, посвященную дефектам мутантного штамма бактериофага λ, и далее в течение двух лет работал постдокторантом и научным сотрудником на кафедре микробиологии университета Южной Калифорнии. В 1960 г. Арбер вернулся в Женевский университет, но предварительно посетил ряд американских лабораторий, занимавшихся изучением бактериофагов. В Соединенных Штатах Арбер не только овладел новейшими методами генетики бактерий и исследований бактериофагов, но также заинтересовался феноменом «ограничения, вызванного клеткой-хозяином», или рестрикцией. Пользуясь поддержкой Швейцарского национального научного фонда, Арбер занялся молекулярными основами рестрикции бактериофагов.

В 1962 г. совместно с сотрудником-докторантом Арбер выявил механизм «ограничения, вызванного клеткой-хозяином», или рестрикции-модификации. При этом процессе ДНК бактериофага расщепляется на фрагменты под действием рестрикционного фермента эндонуклеазы, действующего совместно с метилазой. При этом бактериальная эндонуклеаза распознает определенную последовательность нуклеотидов в бактериофагальной ДНК и в соответствующих участках расщепляет эту ДНК, тем самым инактивируя ее. Метилаза же распознает такую же последовательность в ДНК бактериальной клетки, метилирует ее и тем самым предохраняет от ферментативного разрушения собственной эндонуклеазой (метилирование – это присоединение к ДНК метиловой группировки, состоящей из одного атома углерода и трех атомов водорода).

Арбер назвал эту систему из двух ферментов системой рестрикции-модификации. Вместе со своими сотрудниками он не только выделил и очистил эндонуклеазу и метилазу (эти ферменты соответственно ограничивают, то есть подавляют, репликацию ДНК бактериофага и изменяют ДНК клетки-хозяина), но также обнаружил бактерии-мутанты, у которых оба эти фермента были дефектными. Арбер назвал подобные рестрикционные эндонуклеазы, выделенные у кишечной палочки Escherihia coli, эндонуклеазами типа I. Такие эндонуклеазы хотя и распознают специфические нуклеотиды бактериофагальной ДНК, расщепляют ее в самых различных участках. Арбер предсказал, что должны существовать и эндонуклеазы типа II, действующие именно на тот участок, который они распознают, что они позволят осуществлять точный анализ генной структуры ДНК и что такого рода расщепление генов когда-нибудь станет обычным методом. Все эти предсказания сбылись.

В 1965 г. Арбер стал адъюнкт-профессором молекулярной биологии Женевского университета. Спустя год он женился. У Арбера и его жены Антонии две дочери. В конце 60-х гг. Арбер, недовольный тем, что студентов стала интересовать не столько наука, сколько политика, ушел из Женевского университета и принял предложение стать профессором Биологического центра – нового научно-исследовательского института, создававшегося при Базельском университете. Здесь для Арбера открывались широкие исследовательские возможности. В 1970-1971 гг., пока устанавливалось оборудование, Арбер работал приглашенным научным сотрудником на кафедре молекулярной биологии Калифорнийского университета в Беркли. По возвращении в Швейцарию Арбер стал профессором молекулярной биологии Базельского университета.

В 1978 г оду Вернеру Арберу совместно с Дениэлом Натансом и Хемилтоном Смитом была присуждена Нобелевская премия по физиологии и медицине «за обнаружение рестрикционных ферментов и их применение в молекулярной генетике». В своей приветственной речи ученый из Каролинского института Петер Рейхард отметил вклад Арбера в обнаружение рестрикционных ферментов. Он сказал, что «в серии простых, но изящных опытов Арбер показал, что контролируемая клеткой-хозяином модификация обусловлена изменениями ДНК и, очевидно, служит для защиты клетки-хозяина от чужеродных генов». «Применение рестрикционных ферментов, – продолжал он, – произвело переворот в генетике высших организмов и полностью изменило наши представления об организации их генов. Оказалось, что в отличие от ДНК бактерий ДНК высших организмов – это не непрерывная последовательность, кодирующая один белок: в генах имеются «нейтральные» участки, чередующиеся с участками, хранящими генетический код».

Продолжая свои исследования в Базельском университете, Арбер заинтересовался различными типами генных систем, рекомбинацией и диверсификацией генов. Сегодня известно, что элементы генов и сами гены мобильны и могут обмениваться между различными генными системами. Так, их можно «вставлять» в ДНК с помощью метода рекомбинации, и их можно переносить от одной молекулы ДНК к другой. Арбер предположил. что диверсификацию генетического кода бактерий в процессе эволюции можно объяснить генным обменом.

Прекрасный семьянин, Арбер считает себя счастливым человеком, потому что всегда чувствует поддержку жены и двух дочерей. И сам в ответ старается окружить их вниманием, без чего невозможна гармоничная семейная жизнь.


Контроль доступа печати
Монтаж, настройка и продажа систем контроля и управления доступом. Звоните
xcom.ru