НИРЕНБЕРГ Маршалл Уоррен (р. 1927)

НИРЕНБЕРГ Маршалл Уоррен (р. 1927)
НИРЕНБЕРГ (Nirenberg) Маршалл Уоррен (р. 1927), американский биохимик. Основополагающие исследования по расшифровке генетического кода. Нобелевская премия (1968, совместно с Р. У. Холли и Х. Г. Кораной). * * * НИРЕНБЕРГ (Nirenberg) Маршалл У. (род. 10 апреля 1927 г.). Нобелевская премия по физиологии и медицине, 1968 г. совместно с Робертом У. Холли и Харом Гобиндом Кораной. Маршалл Уоррен Ниренберг, американский биохимик, родился в Нью-Йорке, у Гарри и Минервы Ниренберг. Когда Маршаллу исполнилось 12 лет, семья переехала в Орландо (штат Флорида). В 1944 г. Н. был зачислен в Университет Флориды, где изучал зоологию и биологию, которые интересовали его с детских лет. С 1945 по 1947 г., будучи студентом последнего курса, он работал ассистентом в отделе биологии, где смог проверить свои педагогические способности. Он также изучал биохимию в лаборатории питания, приобретая опыт работы с радиоизотопами – радиоактивными элементами, которыми можно метить вещества, а затем прослеживать их активность в химических реакциях. После получения в 1948 г. степени бакалавра в Университете Флориды Н. приступил к завершению обучения в отделе биологии. В качестве научного сотрудника он провел год в лаборатории питания и написал диссертацию по таксономии и экологии майской мухи (типичного насекомого Флориды) на соискание ученой степени магистра. В 1952 г. ему была присвоена степень магистра по биологии. После перехода в Мичиганский университет в Энн-Арборе Н. изучал биохимию как преподаватель-стажер. В 1957 г. он получил степень доктора биохимии, защитив диссертацию, посвященную утилизации гексозы (моносахарида, содержащего в своей молекуле 6 атомов углерода) раковыми клетками. В этом же году Н. была вручена постдокторская стипендия Американского общества рака для обучения в Институте артрита и болезней обмена веществ Национального института здравоохранения (НИЗ) в Бетесде (штат Мэриленд) под руководством Дэвита Стэта. А через два года он получил субсидию Национального совета здравоохранения США, позволившую ему изучать биохимию веществ, контролирующих биосинтез белка. В 1960 г. Н. стал научным сотрудником по биохимии в отделе метаболизма ферментов Института артрита и болезней обмена веществ, где впервые начал работу по расшифровке генетического кода. Генетика как наука зародилась в 1866 г., после публикации результатов исследований Грегора Менделя о наследовании окраски цветков у садового гороха. Мендель высказал мысль, что "элементы", называемые в настоящее время генами, осуществляют наследование физических свойств организма. В 1869 г. швейцарский биохимик Фридрих Мишер открыл нуклеиновые кислоты, но лишь в первой половине XX в. были выяснены их биохимические свойства. Существует два вида нуклеиновых кислот: рибонуклеиновая кислота (РНК) и дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК). Гены состоят из участков молекулы ДНК, которая направляет синтез клеточных белков, ферментов и коферментов. Ферменты представляют собой белки, выполняющие роль катализатора биохимических реакций в клетке; коферменты же необходимы для обеспечения активности ферментов. Фрэнсис Крик и Джеймс Д. Уотсон определили химическую структуру ДНК, показав в 1953 г., что молекула имеет форму двойной спирали наподобие винтовой лестницы. Каждая цепь ДНК является цепью нуклеотидов, состоящих из дезоксирибозы (моносахарид), азотистого основания и молекулы фосфата. Молекулы фосфата связывают нуклеотиды вдоль всей цепи. Две цепи ДНК соединяются внутри парами азотистых оснований по типу "перекладин лестницы". ДНК содержит четыре азотистых основания: аденин, тимин, гуанин и цитозин. Молекула аденина в цепи ДНК всегда находится в паре с молекулой тимина другой цепи ДНК; аналогично молекула гуанина всегда связана с молекулой цитозина. Таким образом, две цепи ДНК комплементарны, и репликацию ДНК можно представить следующим образом: две цепи отделяются друг от друга и параллельно каждой из них синтезируется новая нуклеотидная цепь. Последовательность азотистых оснований в ДНК составляет генетический код, т.е. триплет нуклеотидов кодирует генетические инструкции по включению одной аминокислоты в молекулу белка. (Белки образованы из аминокислот, связанных в цепи.) Ген содержит инструкции по биосинтезу целой белковой молекулы. Молекулы РНК, которые также образованы нуклеотидными цепями, снимают копию с генетического кода ДНК в ядре клетки и переносят ее в цитоплазму к рибосомам, где формируются молекулы белка. РНК также отвечает за перенос аминокислот к месту синтеза белка, обеспечивая таким образом их соединение в надлежащей последовательности. Незадолго до начала исследований Н. по биохимии нуклеиновых кислот в НИЗ были выделены и очищены ферменты, ответственные за биосинтез ДНК и РНК. В начале 60-х гг. Н. и его коллеги провели важную серию экспериментов, которые позволили им расшифровать генетический код. Сначала они синтезировали полиурацил, молекулу РНК, которая содержит только урацил (РНК в отличие от ДНК содержит урацил вместо тимина). Затем исследователи поместили полиурацил в бесклеточную экспериментальную систему, образованную осторожным размельчением бактерий, способствующим получению смеси аминокислот, РНК, рибосом, необходимых ферментов и других веществ. Полиурациловая РНК направляла синтез молекулы белка, состоящего из цепочки молекул аминокислоты фенилаланина. Следовательно, код для фенилаланина представлял собой триплет урацил-урацил-урацил (т.к. урацил является единственным азотистым основанием в полиурациле), или УУУ. Поскольку ДНК содержит 4 азотистых основания, а генетический код образуется из триплетов азотистых оснований, то существует 64(4 х 4 х 4) возможные триплетные комбинации для ДНК. Н. и его коллегам удалось синтезировать все возможные триплетные последовательности, повторив бесклеточные эксперименты с каждой из них и открыв таким путем коды триплетов азотистых оснований для всех 20 аминокислот. Некоторые из аминокислот кодируются более чем одним триплетом, а некоторые триплеты известны как "бессмысленные", т.к. они не кодируют ни одну аминокислоту. Н. обнаружил, что "бессмысленные триплеты", как точка в предложении, могут сигнализировать об окончании процесса биосинтеза в клетке. Он и его коллеги провели позднее дополнительные эксперименты, чтобы определить последовательность азотистых оснований в каждом триплете. Генетический код контролирует не только образование всех белков, необходимых организму для поддержания своего существования, но также и передачу наследственных признаков. Расшифровав код, Н. предоставил сведения, которые со временем могут дать возможность ученым контролировать наследственность и устранять заболевания, вызванные генетическими дефектами. В 1968 г. Н. разделил Нобелевскую премию по физиологии и медицине с Робертом У. Холлы и Харом Гобиндом Кораной, которая была присуждена им "за расшифровку генетического кода и его функционирования в синтезе белков". В Нобелевской лекции Н. 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 того как генетический код был разгадан, Н. обратил внимание на клеточные механизмы контроля, надеясь понять, почему определенный набор биохимических реакций происходит именно в данной клетке. Его также интересовало, как различные типы клеток, такие, как нервные и мышечные, дифференцируются в ходе эмбрионального развития или в случае опасности в окружающей среде. Его работа дала основание предположить, что генетический код млекопитающих существует несколько биллионов лет и что он одинаков у всех видов. С 1966 г. Н. – главный биохимик в генетической лаборатории Национального института сердца, легких и крови. Он и его жена, урожденная Перола Зальцман, биохимик, с которой он вступил в брак в 1961 г., живут в Бетесде (штат Мэриленд). Многочисленные награды Н. включают Национальную медаль науки Национального научного общества (1965), медаль Франклина Франклиновского института распространения технических знаний (1968), медаль Пристли Американского химического общества (1968) и награду Луизы Гросс-Хорвиц Колумбийского университета (1968). Он – член Национальной академии наук, Американского химического общества, Биофизического общества и Общества эволюционной биологии; имеет почетные степени университетов Мичигана, Чикаго, Виндзора, Йельского университета, Университета им. Джорджа Вашингтона и Вейцмановского института (Израиль).