Вернер Арбер

Фотографія Вернер Арбер (photo Verner Arber)

Verner Arber

  • День народження: 03.06.1929 року
  • Вік: 87 років
  • Місце народження: Гренихен, кантоні Ааргау, Швейцарія
  • Громадянство: Швейцарія

Біографія

Швейцарський учений, фахівець у галузі молекулярної біології, Вернер Арбер народився в Гренхене (кантон Арє). Тут він здобув середню освіту. У 1949 р. А. поступив в Швейцарську політехнічну школу в Цюріху для вивчення природознавства. У цій школі він зробив свою першу експериментальну роботу, присвячену виділення і вивчення одного з радіоактивних ізотопів хлору.

У 1953 р. А. поступив в аспірантуру Женевського університету і став старшим лаборантом кафедри біофізики. Тут він розробляв методи вивчення бактеріофагів (вірусів, що уражають бактерії) з допомогою електронної мікроскопії – методу дослідження, що дозволяє вивчати мікроструктуру клітин і тканин за допомогою електронного променя. Будучи аспірантом, А. представив аналіз моделі дезоксирибонуклеїнової кислоти (ДНК), розробленої Джеймсом Уотсоном і Френсісом Кріком, в дискусійний клуб при кафедрі, члени якого займалися обговоренням тих відкриттів, про які дізнавалися з наукових журналів. Це було початком тривалого інтересу А. до фізіології і генетики бактеріофагів.

Як вже говорилося, бактеріофаги – це віруси, що інфікують бактеріальні клітини. Вони відносяться до найбільш примітивним формам життя і складаються з ядра, утвореного нуклеїновими кислотами, і зовнішньої білкової оболонки. Після впровадження фага в бактеріальну клітину можливі три шляхи його подальшого розвитку. По-перше, він може порушити регуляцію біохімічного апарату клітини, почати розмножуватися і викликати її руйнування з виділенням нових частинок фага. По-друге, фаг може включатися в ДНК бактеріальної клітини (в цьому випадку він буде називатися профагом) і під час поділу, подібно геном клітини, передаватися дочірнім клітинам. Нарешті, фаг може бути розщеплений ферментами бактеріальної клітини; в даний час це явище називається «модифікацією, контрольованої клітиною-господарем».

На початку 50-х рр.., коли А. був ще студентом, на кафедрі біофізики Женевського університету були отримані перші електронні мікрофотографії бактеріофагів. У 1958 р. А. отримав в цьому університеті докторський ступінь, захистивши дисертацію, присвячену дефектів мутантного штаму бактеріофага λ, і далі протягом двох років працював постдокторантом і науковим співробітником на кафедрі мікробіології університету Південної Каліфорнії. У 1960 р. А. повернувся в Женевський університет, але попередньо відвідав ряд американських лабораторій, які займалися вивченням бактеріофагів. У Сполучених Штатах А. не тільки опанував новітніми методами генетики бактерій та досліджень бактеріофагів, а також зацікавився феноменом «обмеження, викликаного клітиною-господарем», або рестрикції. Користуючись підтримкою Швейцарського національного наукового фонду, А. зайнявся молекулярними основами рестрикції бактеріофагів.

У 1962 р. спільно з співробітником-докторантом А. виявив механізм «обмеження, викликаного клітиною-господарем», або рестрикції-модифікації. При цьому процесі ДНК бактеріофага розщеплюється на фрагменти під дією рестрикційного ферменту ендонуклеази, що діє спільно з метилазой. При цьому ендонуклеаза бактеріальна розпізнає певну послідовність нуклеотидів в бактериофагальной ДНК і у відповідних ділянках розщеплює цю ДНК, тим самим инактивируя її. Метилаза ж розпізнає таку ж послідовність у ДНК бактеріальної клітини, метилирует її і тим самим оберігає від ферментативного руйнування власної ендонуклеазою (метилювання – це приєднання до ДНК метилової угруповання, що складається з одного атома вуглецю і трьох атомів водню).

А. назвав цю систему з двох ферментів системою рестрикції-модифікації. Разом зі своїми співробітниками він не тільки виділив і очистив эндонуклеазу і метилазу (ці ферменти відповідно обмежують, тобто пригнічують, реплікацію ДНК бактеріофага і змінюють ДНК клітини-господаря), але також виявив бактерії-мутанти, у яких обидва ці ферменту були дефектними. А. назвав подібні рестрикційні ендонуклеази, виділені у кишкової палички Escherihia coli, эндонуклеазами типу I. Такі ендонуклеази хоча і розпізнають специфічні нуклеотиди бактериофагальной ДНК, розщеплюють її в різних ділянках. А. передбачив, що повинні існувати і ендонуклеази типу II, що діють саме на ту ділянку, який вони розпізнають, що вони дозволять здійснювати точний аналіз генної структури ДНК і що такого роду розщеплення генів коли-небудь стане звичайним методом. Всі ці прогнози збулися.

У 1965 р. А. став ад’юнкт-професором молекулярної біології Женевського університету. Через рік він одружився. У А. і його дружини Антонія дві дочки. В кінці 60-х рр. А., незадоволений тим, що студентів стала цікавити не стільки наука, скільки політика, пішов з Женевського університету і прийняв пропозицію стати професором Біологічного центру – нового науково-дослідного інституту, що створювалося при Базельському університеті. Тут для А. відкривалися широкі дослідницькі можливості. У 1970…1971 рр., поки встановлювалося обладнання, А. працював запрошеним науковим співробітником на кафедрі молекулярної біології Каліфорнійського університету в Берклі. Після повернення до Швейцарії А. став професором молекулярної біології Базельського університету.

У 1978 р. А. спільно з Даниелом Натансом і Хамилтоном Смітом була присуджена Нобелівська премія з фізіології і медицини «за виявлення рестрикційних ферментів та їх застосування в молекулярній генетиці». У своїй вітальній промові вчений з Каролінського інституту Петер Рейхард відзначив внесок А. виявлення рестрикційних ферментів. Він сказав, що «в серії простих, але витончених дослідів А. показав, що контрольована клітиною-господарем модифікація обумовлена змінами ДНК і, очевидно, служить для захисту клітини-господаря від чужорідних генів». «Застосування рестрикційних ферментів, – продовжував він, – зробило переворот в генетиці вищих організмів і повністю змінило наші уявлення про організацію їх генів. Виявилося, що на відміну від ДНК бактерій ДНК вищих організмів – це не безперервна послідовність, що кодує один білок: в генах є «нейтральні» ділянки, що чергуються з ділянками, що зберігають генетичний код».

Продовжуючи свої дослідження в Базельському університеті, А. зацікавився різними типами генних систем, рекомбінацією і диверсифікацією генів. Сьогодні відомо, що елементи генів і самі гени мобільні і можуть обмінюватися між різними генними системами. Так, їх можна «вставити» в ДНК за допомогою методу рекомбінації, і їх можна переносити від однієї молекули ДНК до іншої. А. припустив. що диверсифікацію генетичного коду бактерій в процесі еволюції можна пояснити генним обміном.

Прекрасний сім’янин, А. вважає себе щасливою людиною, тому що завжди відчуває підтримку дружини і двох дочок. І сам у відповідь намагається оточити їх увагою, без чого неможлива гармонійне сімейне життя.