Хамилтон Отанел Сміт

Фотографія Хамилтон Отанел Сміт (photo Hamilton Otanel Smith)

Hamilton Otanel Smith

  • День народження: 23.08.1931 року
  • Вік: 85 років
  • Місце народження: Нью-Йорк, США
  • Громадянство: США

Біографія

Американський спеціаліст з молекулярної біології і генетики Хамилтон Отанел Сміт народився в Нью-Йорку, в сім’ї Банні Сміт (Отанел) і Томмі Харк Сміта; крім Хамілтона, у сім’ї була ще одна дитина. Його батько викладав у Нью-Йорку педагогіку студентам Колумбійського університету в літні місяці. Інший час року сім’я проводила в Гейнсвиле (штат Флорида), де батько С. обіймав посаду асистент-професора педагогіки в університеті штату Флорида.

У 1937 р. Сміт старший, отримавши докторський ступінь, перейшов на викладацьку роботу в університеті іллінойсу і сім’я переїхала в Урбану.

Під час навчання у державній школі в Урбана С. займався легкою атлетикою і цікавився хімією і електронікою. Він проводив багато годин у хімічній лабораторії, яку він і його брат оснастили обладнанням, купленим на зароблені ними гроші. У 1948 р., закінчивши всього за три роки середню університетську школу, С. поступив в університет штату Іллінойс, щоб отримати математичну освіту. У 1950 р. він перейшов в Каліфорнійський університет в Берклі для вивчення біології. Тут С. вперше почав займатися клітинної фізіологією, біохімією і біологією – предметами, які викликали у нього великий інтерес.

У 1952 р. С. отримав ступінь бакалавра в Берклі і поступив в медичний коледж Джонса Хопкінса. В цьому коледжі він проходив звичайний курс навчання, і у нього було мало можливості займатися дослідницькою роботою. Через чотири роки він одержав медичний диплом, після чого протягом року працював інтерном у лікарні Барнса Вашингтонського університету в Сент-Луїсі. У цьому ж році він одружився на Елізабет Енн Базіка, обучавшейся професії медичної сестри. В родині у них народилися чотири сини і дочка. У 1957 р. С. був покликаний у військово-морські сили Сполучених Штатів і два роки служив в якості старшого офіцера медичної служби в Сан-Дієго (штат Каліфорнія). В цей же час він почав на дозвіллі читати літературу з генетики.

Після демобілізації С. з 1960 по 1962 р. стажувався в лікарні Генрі Форда в Детройті (штат Мічиган). У вільний час він продовжував вивчати літературу з генетики, і зокрема з генетики бактерій, і біохімії нуклеїнових кислот. У 1962 р. він вступив у докторантуру в Національному інституті здоров’я і почав вивчати генетику бактеріофагів і механізмів функціонування профагов у відділі генетики людини Мічиганського університету. Особливий інтерес у нього викликали процеси руйнування бактеріальних клітин. частинками бактеріофагів.

Бактеріофаги – це віруси, що вражають бактеріальні клітини, це найпростіші форми життя, що включають внутрішнє ядро, що складається з нуклеїнових кислот, і зовнішню білкову оболонку. Коли бактеріофаг проникає в бактеріальну клітину, він може почати розмножуватися і викликати її руйнування в результаті вивільнення нових частинок бактеріофага. Крім того, він може впроваджуватися в генетичну структуру бактеріальної клітини, утворену дезоксирибонуклеїнової кислоти (ДНК) – в цьому випадку він називається профагом, – і передаватися дочірнім клітинам у процесі поділу. Нарешті, бактеріофаг може бути розщеплений і инактивирован ферментативними системами бактеріальної клітини; це явище називається рестрикції-модифікації, контрольованої клітиною-господарем.

Рестрикція-модифікація відбувається під дією двох ферментів бактеріальної клітини – рестрикційної ендонуклеази і метилазы. Рестрикційних ендонуклеаза розпізнає специфічну послідовність нуклеатидных підстав в ДНК бактеріофага і розщеплює цю ДНК на кілька фрагментів. Метилаза ж розпізнає ідентичну послідовність у бактеріальної ДНК (або ДНК клітини-господаря), метилирует її і тим самим охороняє проти ферментативного розщеплення власної ендонуклеазою. (Метилювання – це приєднання до молекули ДНК метилової угруповання, що складається з одного атома вуглецю і трьох атомів водню.)

Вернер Арбер, працював у 60-х рр. в Женевському університеті, припустив, що ця система з двох ферментів властива всім бактеріальних клітин. Він назвав її системою рестрикції-модифікації, оскільки під її впливом відбувається рестрикція бактеріофагів і модифікація клітини-господаря. Крім того, Арбер виявив рестрикционную эндонуклеазу в бактерії Escherichia coli, яка живе в товстій кишці; ця ендонуклеаза розщеплює ДНК фага у випадкових, або неспецифічних, ділянках. Вона була названа ендонуклеазою типу I. Арбер передбачив, що у інших бактерій повинні бути знайдені рестрикційні ендонуклеази типу II, розщеплюють ДНК фага у специфічних ділянках, і що ці ендонуклеази зможуть виявитися корисними для визначення генної структури молекул ДНК.

Пропрацювавши два роки в Мічиганському університеті, С. отримав посаду наукового співробітника у відділі мікробіології коледжу Джонса Хопкінса. Тут він вивчав ферментативні механізми систем рестрикції-модифікації, які раніше досліджував спільно з Арбером протягом року в Женеві.

Повернувшись у 1967 р. в коледж Джонса Хопкінса, С. отримав посаду асистент-професора мікробіології, а через два роки – ад’юнкт-професора. До цього часу С. і його колеги провели ряд важливих дослідів з вивчення ферментів системи рестрикції-модифікації на бактеріях Haemophilis influenzae. Виділивши і очистивши рестрикционную эндонуклеазу типу II, С. і його співробітники вперше ідентифікували специфічну, тобто діє на певні ділянки, эндонуклеазу. Крім того, вони встановили специфічну нуклеотидну послідовність ДНК, яку розпізнає цей фермент, і ту ділянку, на який він діє. З тих пір було виявлено безліч специфічних ферментативних систем типу П. У міру того як число ідентифікованих систем рестрикції-модифікації зростала, ставало можливим, як і передбачав Арбер, аналізувати генну структуру молекул ДНК. Незабаром після того, як С. виділив у чистому вигляді рестрикционную эндонуклеазу Н. influenzae, один з його колег по коледжу Джонса Хопкінса Даніел Натане, використовуючи відкриту С. рестрикционную эндонуклеазу і інший фермент, встановив точну локалізацію і функцію генів ДНК вірусу-40 мавп.

Дослідження рестрикційних ферментів С., Арбером і Натансом зробили можливим провести подібний аналіз хімічної будови генів. Це відкрило великі перспективи у вивченні вищих організмів. Завдяки цим роботам вчених в даний час отримали можливість зайнятися найважливішою проблемою диференціації клітин. У 1973 р. С. отримав звання повного професора мікробіології в коледжі Джонса Хопкінса. У 1975 р. він став членом ради товариства Гуттенхейма в Інституті молекулярної біології Цюріхського університету в Швейцарії, де працював протягом року.

У 1978 р. С. спільно з Арбером і Натансом був удостоєний Нобелівської премії з фізіології і медицини «за відкриття рестрикційних ферментів та їх використання для вирішення проблем молекулярної генетики». У вітальній промові дослідник з Каролінського інституту Петер Рейхард сказав: «Роботи лауреатів цього року відкривають нову еру в генетиці». Він підкреслив, що досягнення С. укладаються в тому, що він перевірив гіпотезу Арбера про рестрикційних ферментів. «Він виділив у чистому вигляді один з рестрикційних ферментів і показав, що цей фермент може розщеплювати чужорідну ДНК. Сьогодні відомо, напевно, близько 100 таких ферментів. Всі вони розщеплюють ДНК, причому кожен в різному ділянці. З їх допомогою, – продовжив Рейхард, – ці гігантські молекули можуть бути розділені на певні фрагменти, які в подальшому можна використовувати для структурних досліджень або генетичних експериментів».

У 1981 р. С. отримав посаду професора молекулярної біології і генетики коледжу Джонса Хопкінса і з тих пір продовжує досліджувати ферментативні механізми систем рестрикції-модифікації, зокрема просторові (тривимірні) механізми молекулярної взаємодії між ДНК і ендонуклеазою.

У вільний від викладання і наукової роботи час С. любить грати на фортепіано і слухати класичну музику. Він пристрасний шанувальник піаніста Артура Рубінштейна. С. – член Національної академії наук США, Американського мікробіологічного суспільства, Американського товариства біохіміків та Американської асоціації сприяння розвитку науки; крім того, він є членом-кореспондентом Американської академії наук і мистецтв.