НОБЕЛОВИ ЛАУРЕАТИ / 1978 г. / ФИЗИОЛОГИЯ ИЛИ МЕДИЦИНА / ВЕРНЕР АРБЕР

Вернер Арбер (Werner Arber)

3 юни 1929 г.

Нобелова награда за физиология или медицина (заедно с Даниел Нейтънс и Хамилтън Смит)

(За откриването на рестрикционните ензими и за тяхното приложение към проблемите на молекулярната генетика.)

Швейцарският специалист в областта на молекулярната биология Вернер Арбер е роден в Гренхен (кантон Аре). Там получава средно образование. През 1949 г. Арбер постъпва в Швейцарското политехническо училище в Цюрих, за да учи природни науки. В училището предприема първата си експериментална работа, посветена на изолирането и изследването на един от радиоактивните изотопи на хлора.

През 1953 г. Арбер започва да следва аспирантура в Женевския университет и става старши лаборант в катедрата по биофизика. Там той разработва методи за изследване на бактериофагите (вируси, които нападат бактерии) с помощта на електронната микроскопия – метод на изследване, позволяващ да се проучва микроструктурата на клетките и тъканите с помощта на електронен лъч. Като аспирант Арбер представя анализ за модела на дезоксирибонуклеиновата киселина (ДНК), разработен от Джеймс Уотсън и Франсис Крик, в дискусионния клуб към катедрата, чиито членове обсъждат открития, за които се информират от научните списания. Това е началото на продължителния интерес на Арбер към физиологията и генетиката на бактериофагите.

Както вече казахме, бактериофагите са вируси, които заразяват бактериалните клетки. Те се отнасят към най-примитивните форми на живот и се състоят от ядро, образувано от нуклеинови киселини, и външна протеинова обвивка. След навлизането на фага в бактериалната клетка има три пътя на по-нататъшното му развитие. Първо, може да наруши регулацията на биохимичния апарат на клетката, да започне да се размножава и да я разруши с отделяне на нови фагови частици. Второ, фагът може да се включи в ДНК на бактериалната клетка (в този случай се нарича профаг) и по време на деленето, подобно на гена на клетката, да се предаде на дъщерните клетки. Накрая, фагът може да бъде разделен от ферментите на бактериалната клетка; днес това явление се нарича „модификация, контролирана от клетката приемник“.

В началото на 50-те години, когато Арбер е студент, в катедрата по биофизика на Женевсикя университет са получени първите електронни микрофотографии на бактериофагите. През 1958 г. ученият получава в същия университет докторска степен, защитавайки дисертация, посветена на дефектите на мутантния щам на бактериофага λ, и по-нататък в продължение на две години работи като постдокторант и научен сътрудник в катедрата по микробиология на университета в Южна Калифорния. През 1960 г. се връща в Женевския университет, но посещава преди това редица американски лаборатории, занимаващи се с проучване на бактериофагите. В Съединените щати той не само овладява нови методи за изследване на генетиката на бактериите и бактериофагите, но и започва да се интересува от феномена, свързан с „ограниченията, предизвиквани от клетката приемник“, иначе казано – от рестрикцията. С подкрепата на Швейцарския национален научен фонд Арбер започва да изследва молекулярните основи на рестрикцията при бактериофагите.

През 1962 г. Арбер открива механизма на системата рестрикция-модификация. При този процес ДНК на бактериофага се разделя на фрагменти под въздействието на рестрикционния фермент ендонуклеаза, действащ съвместно с метилазата. Бактериалната ендонуклеаза разпознава определена последователност на нуклеотидите в ДНК на бактериофага и разделя тази ДНК на съответни участъци, като по този начин я деактивира. А метилазата използва същата последователност в ДНК на бактериалната клетка, метилира я и така я запазва да не бъде ферментно разрушена от собствената ендонуклеаза (метилирането е присъединяване към ДНК на метилова група, състояща се от един атом въглерод и три атома водород).

Арбер нарича тази система от два фермента система рестрикция-модификация. Заедно със своите сътрудници той не само изолира и пречиства ендонуклеазата и метилазата (тези ферменти съответно ограничават, иначе казано – потискат, репликацията на ДНК на бактериофага и променят ДНК на клетката стопанин), но и открива бактерии мутанти, при които двата фермента са дефектни. Арбер нарича подобни рестрикционни ендонуклеази, отделени от чревната пръчица Escherihia coli, ендонуклеази от тип I. Такива ендонуклеази, макар че разпознават специфичните нуклеотиди на бактериофагната ДНК, я разделя в най-различни участъци. Арбер предсказва, че би трябвало да съществуват и ендонуклеази от тип II, действащи точно в този участък, който разпознават. И се оказва прав.

През 1965 г. Арбер става адюнкт-професор по молекулярна биология в Женевския университет. След една година се жени и има от съпругата си Антония две дъщери. В края на 60-те години, недоволен от това, че студентите започват да се интересуват не толкова от наука, колкото от политика, ученият напуска Женевския университет и приема предложението да стане професор в Биологичния център – нов научноизследователски институт, създаден към Базелския университет. Там за него се откриват широки изследователски възможности. През 1970-1971 г., докато се установява оборудването, Арбер работи като външен научен сътрудник към катедрата по молекулярна биология на Калифорнийския университет в Бъркли. След завръщането си в Швейцария става професор по молекулярна биология в Базелския университет.

Продължавайки своите изследвания в Базелския университет, Арбер започва да се интересува от различните видове генни системи, рекомбинации и диверсификации на гените. Днес е известно, че елементите на гените и самите гени са мобилни и могат да се обменят между различни генни системи. Така те могат да бъдат „въвеждани“ в ДНК с помощта на метода рекомбинация и могат да се пренасят от една молекула ДНК към друга. Арбер предполага, че диверсификацията на генетичния код на бактериите в процеса на еволюцията може да се обясни с генния обмен.

Прекрасен семеен човек, Арбер смята себе си за щастливец, защото винаги чувства подкрепата на съпругата си и двете си дъщери. И в отговор се опитва да ги обгради с внимание, без което е невъзможен хармоничният семеен живот.

Превод от руски: Павел Б. Николов