НОБЕЛОВИ ЛАУРЕАТИ – 1968 ГОДИНА – ФИЗИОЛОГИЯ ИЛИ МЕДИЦИНА – МАРШАЛ НИРЕНБЪРГ

Маршал Ниренбърг (Marshall W. Nirenberg)

10 април 1927 г. – 15 януари 2010 г.

Нобелова награда за физиология или медицина (заедно с Робърт Холи и Хар Гобинд Корана)

(За разшифроването на генетичния код и неговата роля за синтеза на протеини.)

Американският биохимик Маршал Уорън Ниренбърг е роден в Ню Йорк, син е на Хари и Минерва Ниренбърг. Когато Маршал навършва 12 години, семейството се мести в Орландо (щат Флорида). През 1944 г. Ниренбърг се записва в Университета на Флорида, където учи зоология и биология, които го интересуват още от детските години. От 1945 до 1947 г., докато е студент в последния курс, той работи като асистент в отдела по биология, където има възможността да провери своите педагогически способности. Ниренбърг учи също така биохимия в лабораторията по въпросите на храненето, придобивайки опит за работа с радиоизотопи – радиоактивни елементи, с които могат да се бележат вещества, а след това да се проследи тяхната активност при химични реакции.

След като получава през 1948 г. степента бакалавър в Университета на Флорида, Ниренбърг продължава да учи в отдела по биология. Като научен сътрудник той прекарва една година в лабораторията по въпросите на храненето и пише магистърска дисертация за таксономията и екологията на майската муха (типично насекомо за Флорида). През 1952 г. получава степента магистър по биология. Когато се премества в Мичиганския университет в Ан Арбър, Ниренбърг учи биохимия като стажант-преподавател. През 1957 г. получава степента доктор по биохимия, защитавайки дисертация, посветена на утилизацията на хексозата (монозахарид, съдържащ в молекулата си 6 атома въглерод) от раковите клетки.

През същата година на Ниренбърг е връчена следдокторска стипендия от Американското дружество за изследване на рака, за да учи в Института по въпросите на артрита и болестите на обмяната на веществата към Националния институт по здравеопазването (НИЗ) в Бетезда (щат Мериленд) под ръководството на Дейвид Стейт. А след две години той получава субсидия от Националния съвет по здравеопазването на САЩ, която му позволява да изследва биохимията на веществата, контролиращи биосинтеза на протеините. През 1960 г. Ниренбърг става научен сътрудник по биохимия в отдела по метаболизма на ферментите към Института по въпросите на артрита и болестите на обмяната на веществата, където започва да работи за първи път по въпроса за разшифроване на генетичния код.

Генетиката като наука се заражда през 1866 г., след като са публикувани резултатите от изследванията на Грегор Мендел за наследяването на окраската на цветчетата на граха. Мендел изказва мисълта, че някакви „елементи“, наречени днес гени, осъществяват наследяването на физическите свойства на организмите. През 1869 г. швейцарският биохимик Фридрих Мишер открива нуклеиновите киселини, но една през първата половина на ХХ век са изяснени биохимичните им свойства. Има два вида нуклеинови киселини: рибонукеинова киселина (РНК) и дезоксирибонуклеинова киселина (ДНК). Гените се състоят от участъци от ДНК молекули, които направляват синтеза на клетъчните протеини, ферментите и коферментите. Ферментите са протеини, изпълняващи ролята на катализатори на биохимичните реакции в клетките; а коферментите са необходими за осигуряване на активността на ферментите.

Франсис Крик и Джеймс Д. Уотсън определят химичната структура на ДНК, доказвайки през 1953 г., че нейната молекула има формата на двойна спирала по подобие на винтова стълба. Всяка верига ДНК е верига от нуклеотиди, състоящи се от дезоксирибоза (монозахарид), азотна база и молекула фосфат. Фосфатните молекули свързват нуклеотидите по цялата верига. Двете вериги ДНК се съединяват с двойки азотни бази във вид на „стъпала на стълба“. ДНК съдържа четири азотни бази: аденин, темин, гуанин и цитозин. Молекулата на аденина в ДНК веригата се намира винаги в двойка с молекулата на тимина от другата ДНК верига; аналогично молекулата на гуанина е свързана винаги с молекула цитозин. Така двете вериги ДНК са комплементарни и репликацията на ДНК може да бъде представена по следния начин: двете вериги се отделят една от друга и паралелно всяка синтезира нова нуклеотидна верига. Последователността на азотните бази в ДНК съставя генетичния код, иначе казано – триплет от нуклеотиди кодира генетични инструкции за включване на една аминокиселина в протеиновата молекула. (Протеините са образувани от аминокиселини, свързани във вериги). Генът съдържа инструкции за биосинтез на цяла протеинова молекула.

Молекулите РНК, които също са образувани от нуклеотидни вериги, свалят копие от генетичния код на ДНК в ядрото на клетката и го пренасят в цитоплазмата до рибозомите, където се образуват протеиновите молекули. РНК отговаря също така за преноса на аминокиселините към мястото на протеиновия синтез, осигурявайки по такъв начин тяхното свързване в необходимата последователност.

Не много преди началото на изследванията на Ниренбърг за биохимията на нуклеиновите киселини в НИЗ са изолирани и пречистени ферментите, отговарящи за биосинтеза на ДНК и РНК. В началото на 60-те години Ниренбърг и неговите колеги провеждат важна серия от експерименти, които им позволяват да разшифроват генетичния код. Отначало те синтезират полиурацил, РНК молекула, която съдържа само урацил (в РНК за разлика от ДНК има урацил вместо тимин). После изследователите поставят полиурацила в безклетъчна експериментална система, образувана от внимателно стрити бактерии, което позволява да се получи смес от аминокиселини, РНК, рибозома, необходимите ферменти и други вещества. Полиурациловата РНК насочва синтезирането на протеинови молекули, състоящи се от вериги молекули на аминокиселината фенилаланин. Следователно код за фенилаланина е триплетът урацил-урацил-урацил (тъй като урацилът е единствената азотна база в полиурацила), или УУУ. Тъй като ДНК съдържа четири азотни бази, а генетичният код се образува от триплети азотни бази, съществуват 64 (4х4х4) възможни триплетни комбинации за ДНК. Ниренбърг и неговите колеги успяват да синтезират всичките възможни триплетни последователности, повтаряйки безклетъчните експерименти с всяка от тях и откривайки по този начин кодовете на триплетите от азотни бази за всичките 20 аминокиселини. Някои от аминокиселините се кодират от повече от един триплет, а някои триплети са известни като „безсмислени“, тъй като не кодират нито една аминокиселина. Ниренбърг открива, че „безсмислените триплети“, като точката в изречението, могат да сигнализират за завършването на процеса на биосинтеза в клетката. Той и неговите колеги правят по-късно допълнителни експерименти, за да определят последователността от азотни бази във всеки триплет.

Генетичният код контролира не само образуването на всичките протеини, необходими на организма, за да поддържа своето съществуване, но и предава наследствените признаци. Разшифровайки кода, Ниренбърг предоставя сведения, които след време могат да дадат възможност на учените да контролират наследствеността и да отстраняват заболявания, предизвикани от генетични дефекти.

След като генетичният код е разгадан, Ниренбърг обръща внимание на клетъчните механизми на контрола, надявайки се да разбере защо определен комплект от биохимични реакции се осъществява именно в дадена клетка. Той се интересува също така как различните видове клетки, такива като нервните и мускулните, се диференцират в хода на ембрионалното развитие или в случай на опасност в околната среда. Тази негова работа дава основание да се предположи, че генетичният код на млекопитаещите съществува няколко билиона години и че е еднакъв за всичките видове.

От 1966 г. Ниренбърг е главен биохимик в генетичната лаборатория на Националния институт по въпросите на сърцето, белите дробове и кръвта. Той и съпругата му, Перола Залцман, биохимичка, за която се жени през 1961 г., живеят в Бетезда, щат Мериленд. (Статията е писана преди смъртта на учения – бел. П. Н.)

Многобройните награди на Ниренбърг включват Националния медал за наука на Националното научно дружество (1965 г.), медала Франклин на Франклиновия институт за разпространение на техническите знания (1968 г.), медала Пристли на Американското химическо дружество (1968 г.) и наградата Луиза Грос-Хорвиц на Колумбийския университет (1968 г.). Той е член на Националната академия на науките, на Американското химическо дружество, на Биофизическото дружество и на Дружеството за еволюционна биология. Има почетни степени от университетите Мичиган, Чикаго, Уиндзор, от Йейлския университет, университета „Джордж Вашингтон“ и Вайцмановския институт (Израел).

Превод от руски: Павел Б. Николов