Даніель Натанс

Фотографія Даніел Натанс (photo Daniel Nathans)

Daniel Nathans

  • День народження: 30.10.1928 року
  • Вік: 87 років
  • Місце народження: Вилмингтон, Делавер, США
  • Дата смерті: 16.11.1999 року
  • Громадянство: США

Біографія

Американський фахівець у галузі молекулярної біології Даніел Натанс, останній з дев’яти дітей Сари (Левітан) і Семюела Натанса, євреїв-іммігрантів з Росії, народився у Вілмінгтоні (штат Делавер). В період економічної кризи справу батька зазнало краху. Серед найбільш ранніх спогадів Даніела – потреба, викликана кризою, і добрий гумор його батьків перед обличчям випробувань.

Початкову освіту хлопець отримав у публічних школах Вилмингтона, одночасно працюючи неповний робочий день після школи або у вихідні дні. У 1946 р. він був зарахований в Делавэрский університет, де вивчав математику, хімію, філософію і літературу, завершивши навчання в 1950 р. зі званням бакалавра. Вступивши в цьому ж році в медичній школі Вашингтонського університету в Сент-Луїсі, де вели заняття високопрофесійні викладачі, віддані науці, Н. відкрив для себе медицину. В один «прекрасний літо» під впливом Олівера Лоурі, професора фармакології, він вирішив замість занять медичною практикою почати кар’єру вченого і викладача. Після отримання в 1954 р. медичної мірою він поступив на роботу в Колумбійський пресвітеріанський медичний центр в Нью-Йорку, де спостерігав за хворими «досвідченого клініциста і ученого-медика» професора Роберта Лоеба. З 1955 по 1957 р. Н. був співробітником клініки Національного інституту раку (НІР) в Національному інституті здоров’я в Бетесде (штат Меріленд). Там він вивчав біосинтез білка, зокрема миеломного, який синтезується злоякісними плазматичними клітинами при мієломної хвороби. Повернувшись в Колумбійський пресвітеріанський медичний центр, він протягом двох років знову стажувався у Лоеба. З 1959 по 1962 р. він був запрошеним дослідником в лабораторії Фріца Липмана в Рокфеллерівському інституті медичних досліджень (нині Рокфеллерівський університет) в Нью-Йорку. В цьому університеті М. продовжував вивчення біосинтезу білка і ідентифікував деякі бактеріальні фактори, що прискорюють включення амінокислот – будівельних блоків білка – білкові молекули. Працюючи з фахівцем в області молекулярної генетики Нортоном Зиндером, він вивчав роль рибонуклеїнової кислоти (РНК) бактеріофагів у синтезі білків бактеріофагів в пробірці, яка містить клітинний екстракт.

Генетика і життєвий цикл бактеріофага були визначені в 40-х і 50-х рр. Бактеріофаги (віруси, що інфікують бактеріальні клітини) належать до найпростіших форм життя і складаються з внутрішньої центрально розташованої нуклеїнової кислоти і зовнішньої білкової оболонки. Після проникнення в бактеріальну клітину бактеріофаг може продовжувати розвиток потенційними шляхами. По-перше, він може використати біохімічний апарат бактеріальної клітини і вивільняти нові фаговые частинки, викликаючи руйнування клітини. По-друге, можливе включення його в генетичну структуру клітини, або дезоксирибонуклеиновую кислоту (ДНК) (у цьому випадку бактеріофаг називається профагом), і подальша передача дочірнім клітинам під час розподілу бактеріальної клітини. По-третє, ферментна система бактеріофага може розпадатися на складові частини під впливом бактеріальних ферментів – феномен, відомий під назвою «індукована клітиною-господарем варіація», або «рестрикція-модифікація».

Рестрикация-модифікація здійснюється парою ферментів бактеріальної клітини, рестрикційної ендонуклеазою і метилазой. Рестрикційних ендонуклеаза визначає специфічну нуклеотидну послідовність ДНК бактеріофага і розщеплює, чи розрізає ДНК фага на окремі частини. В цей же час метилаза дізнається ідентичні послідовності нуклеотидів в ДНК клітини-господаря, метилирует її і таким чином захищає від ферментативного розщеплення своєї власної ендонуклеазою. (Метилювання включає додавання метильної групи, що складається з атома вуглецю і трьох атомів водню, до молекулі ДНК.)

У 1960 р. Вернер Арбер з Женевського університету в Швейцарії висунув гіпотезу, що системи рестрикції-модифікації є основними характеристиками бактерій. Арбер також виявив рестрикционную эндонуклеазу в кишкової бактерії Escherichia coli. Однак ендонуклеаза Арбера розрізала фаговую ДНК у неспецифічних ділянках. Він назвав її ендонуклеазою I типу і передбачив, що сайт-специфічні рестрикційні ендонуклеази будуть виявлені в інших бактеріальних системах і виявляться корисними для аналізу точної генетичної структури молекул ДНК.

У 1962 р. Н. стає помічником професора мікробіології і керівником генетичного відділу медичної школи Джонса Хопкінса. До 1965 р. він досягає положення ад’юнкт-професора, а двома роками пізніше – професором. Протягом цього періоду Н. продовжує вивчення реплікації бактеріофагів в експериментальних системах, зокрема регулювання процесу реплікації і розташування генів у молекулах ДНК і РНК.

У середині 60-х рр. Н. читає лекції студентам по вірусам тварин, які схожі з бактеріофагами, за винятком того, що вони інфікують клітини тварин. Віруси тварин можуть бути інфекційні або онкогенними, тобто викликають розвиток пухлини. При більш детальному вивченні подібних вірусів Н. особливо зацікавився вірусом-40 мавп, який викликає утворення пухлин у мавп, і сконцентрував свою увагу на аналізі локалізації та функціонування генів ДНК цього вірусу, продовжуючи вдосконалювати свої знання з генетики вірусів тварин.

У листі до Н., написаному в 1969 р., коли той, будучи стипендіатом Американського ракового товариства, працював у Вейцмановском інституті в Реховоті (Ізраїль), Хамилтон О. Сміт, колега по Інституту Джонса Хопкінса, повідомив про виділення та очищення сайт-специфічної рестрикційної ендонуклеази в бактерії Haemophilus influenzae. Цей факт став для Н. приводом для розгляду можливості використання ферментів рестрикції для розщеплення і аналізу генома (повного набору вроджених ознак) ДНК онкогенних вірусів. Після повернення до Інституту Джонса Хопкінса тим же влітку Н. протягом декількох місяців вивчав генетичну структуру ДНК вірусу-40 мавп, використовуючи эндонуклеазу Сміта і іншу, виявлену іншим дослідником.

ДНК вірусу мавп є підходящим об’єктом для дослідження, оскільки мала, складається тільки з 5 тис. нуклеотидів (одного з компонентів, на які під впливом нуклеази розпадається нуклеїнова кислота) і включає декілька генів. Н. і його колеги вперше розщепили молекулу ДНК двома эндонуклеазами, ідентифікували окремі частини і створили карту місць розщеплення. Потім вони встановили відповідність локалізації і функції специфічних генів і розробили першу детальну генетичну карту молекули ДНК, включаючи сайти (ділянки) початку та закінчення процесу реплікації. (Оскільки молекула ДНК вірусу мавп розташовується циркулярно, реплікація відбувається в двох напрямках навколо циркулярної ДНК і закінчується на 180° від сайту початку реплікації. Вчені також визначили нуклеотидну матрицю для інформаційної РНК і локалізацію генів, направляючих синтез білків оболонки вірусу, використовуючи відібрані мутантні лінії мавпячою ДНК для аналізу локалізації деяких генів і їх функцій. Розроблені Н. методи аналізу генетичної структури пізніше були використані для генетичного картування більш складних молекул ДНК, а також для розробки методів рекомбінації ДНК з метою створення бактеріальних «фабрик», що синтезують необхідні для медицини препарати, такі, як інсулін і гормони росту.

Н. розділив Нобелівську премію з фізіології і медицини 1978 р. з Арбером і Смітом за «відкриття ферментів рестрикации і методів їх використання для досліджень в молекулярній генетиці». У Нобелівській лекції Н. описав дослідження вірусу-40 мавп. «З часом, – уклав він, – стане можливим розуміння основних регуляторних механізмів, які використовуються клітинами рослин і тварин, і в кінцевому рахунку усвідомлення деяких складних генетичних програм, керуючих зростанням, розвитком і спеціалізованими функціями вищих організмів, включаючи людину».

З 1980 р. Н. – професор молекулярної біології і генетики медичної школи Джонса Хопкінса, а також старший дослідник в медичному інституті Говарда Хуга.

У 1956 р. Н. одружився на Джоане Комберг; у них народилися три сини. «Мої дослідження хвилюють мене, як завжди, – сказав Н. – У мене талановиті студенти, що викликає відчуття величезного задоволення, і я чекаю від них великих успіхів у майбутньому».

У числі нагород Н. – премія з молекулярної біології Національної академії наук (1976). Він – член Американської академії наук і мистецтв.