НОБЕЛОВИ ЛАУРЕАТИ / 1978 г. / ФИЗИОЛОГИЯ ИЛИ МЕДИЦИНА / ДАНИЕЛ НЕЙТЪНС

Даниел Нейтънс (Daniel Nathans)

30 октомври 1928 г. - 16 ноември 1999 г.

Нобелова награда за физиология или медицина (заедно с Вернер Арбер и Хамилтън Смит)

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

Американският специалист в областта на молекулярната биология Даниел Нейтънс, последното от деветте деца на Сара (Левитан) и Самуел Нейтънс, евреи емигранти от Русия, е роден в Уилмингтън (щат Делауер). По време на икономическата криза баща му фалира. Сред най-ранните спомени на Даниел са нуждата, предизвикана от кризата, и добрият хумор на неговите родители пред лицето на изпитанията.

Начално образование момчето получава в обществените училища в Уилмингтън, като работи едновременно с това на непълен работен ден след училище или през почивните дни. През 1946 г. Нейтънс се записва в Делауерския университет, където учи математика, химия, философия и литература, завършвайки обучението си през 1950 г. със званието бакалавър. Като постъпва през същата година в медицинското училище към Вашингтонския университет в Сейнт Луис, където има висококвалифицирани преподаватели, предани на науката, Нейтънс открива медицината. В едно „прекрасно лято“ под влиянието на Оливър Лоури, професор по фармалогия, той решава, вместо да се занимава с медицинска практика, да започне кариерата на учен и преподавател. След като получава през 1954 г. медицинска степен, той постъпва на работа в Колумбийския презвитериански медицински център в Ню Йорк, където се грижи за болните на „опитния клиницист и учен медик“ професор Робърт Лоеб. От 1955 до 1957 г. Нейтънс е сътрудник в клиниката на Националния раков институт (НРИ) към Националния институт по здравеопазването в Бетезда (щат Мериленд). Там той проучва биосинтеза на миеломния протеин, който се синтезира от злокачествените плазмени клетки при заболяването миелома. Като се връща Колумбийския презвитериански медицински център, той отново работи две години под ръководството на Лоеб. От 1959 до 1962 г. е поканен за изследовател в лабораторията „Фриц Липман“ към института за медицински изследавния „Рокфелер“ (днес университет „Рокфелер“) в Ню Йорк. Там Нейтънс продължава да изучава биосинтеза на протеините и идентифицира някои бактериални фактори, ускоряващи включването на аминокиселините – строителните блокове на протеините – в протеиновата молекула. Като работи със специалиста в областта на молекулярната генетика Нортън Зидер, той проучва ролята на бактериофагната рибонуклеиновата киселина (РНК) за синтеза на бактериофагните протеини в епруветка, съдържаща клетъчна течност.

Генетиката и жизненият цикъл на бактериофага са определени през 40-те и 50-те години. Бактериофагите (вируси, които инфектират бактерии) принадлежат към най-простите форми на живот и се състоят от вътрешна, разположена в центъра нуклеинова киселина и външна белтъчна обвивка. След проникване в бактериалната клетка бактериофагът може да продължи развитието си по потенциални пътища. Първо, може да използва биохимичния биохимичния апарат на бактериалната клетка и да освобождава нови фагови частици, като по този начин разрушава клетката. Второ, може да се включи в генетичната структура на клетката, или на дезоксирибонуклеиновата киселина (ДНК) (в този случай бактериофагът се нарича профаг), и да се предаде по-нататък на дъщерните клетки по време на деленето на бактериалната клетка. Трето, ферментната система на бактериофага може да се разпадне на съставните си части под влияние на бактериалните ферменти – феномен, известен под названието „индуцирана от клетката стопанин вариация“, или „рестрикция-модификация“.

Рестрикция-модификацията се осъществява от два фермента на бактериалната клетка, рестрикционната ендонуклеаза и метилазата. Рестрикционната ендонуклеаза определя специфичната нуклеотидна последователност на бактериофагната ДНК и разцепва, или разрязва, фаговата ДНК на отделни части. В същото време метилазата разпознава идентичните последователности на нуклеотидите в ДНК на клетката стопанин, метилира я и така я защитава да не се разцепи ферментно от собствената си ендонуклеаза. (Метилирането включва добавяне на метилна група в молекулата на ДНК, състояща се от атом въглерод и три атома водород).

През 1962 г. Нейтънс става помощник-професор по микробиология и ръководител на генетичния отдел в медицинското училище „Джонс Хопкинс“. През 1965 г. става адюнкт-професор, а две годиин по-късно – професор. По това време продължава да изучава репликацията на бактериофагите в експерименвтални системи и разположението на гените в молекулите на ДНК и РНК.

В средата на 60-те години Нейтънс чете лекции на студентите за животинските вируси, които приличат на бактериофагите с изключение на това, че инфектират животински клетки. Животинските вируси могат да бъдат инфекциозни или онкогенни, иначе казано – предизвикващи ракови образувания. При по-подробно проучване на подобни вируси Нейтънс започва да се интересува особено от маймунския вирус-40, който предизвиква рак у маймуните, и концентрира вниманието си върху анализа на локализацията и функционирането на гените на вирусната ДНК, продължавайки да усъвършенства своите знания за животинските вируси.

В писмо до Нейтънс, написано през 1969 г., когато, като стипендиант на Американското раково дружество, работи в института „Вайцман“ в Реховот (Израел), Хамибтън О. Смит, колега от института „Джонс Хопскин“, съобщава за изолиране и пречистване на рестрикционна ендонуклеаза на бактерията Haemophilus influenzae. Този факт е за Нейтънс повод да разгледа възможността за използване на рестрикционните ферменти за разцепване и анализ на генома (пълния комплект от вродени признаци) на ДНК на онкогенните вируси. След завръщането си в института „Джонс Хопкинс“ през същото лято, в продължение на няколко месеца, Нейтънс проучва генетичната структура на ДНК на маймунския вирус-40, използвайки ендонуклеазата на Смит и друга, открита от друг изследовател.

ДНК на вируса на маймуните е подходящ обект за изследване, защото е малък, състои се само от пет хиляди нуклеотиди (един от компонентите, на които под влияние на нуклеазата се разпада нуклеиновата киселина) и включва няколко гена. Нейтънс и неговите колеги за първи път разцепват молекулата на ДНК на две ендонуклеази, идентифицират отделните части и създават карта на местата на разцепване. След това установяват съответствието на локализацията и функциите на специфичните гени и разработват първата детайлна генетична карта на молекулата на ДНК, включително участъците на началото и края на процеса репликация. (Тъй като молекулата на ДНК вируса на маймуните е разположена циркулярно, репликацията протича в две направления около циркулярната ДНК и завършва на 180 градуса от участъка на началото на репликацията.) Учените определят също така нуклеотидната матрица на информационната РНК и локализацията на гена, насочващ синтеза на протеините на вирусната обвивка. Разработените от Нейтънс методи за анализ на генетичната структура са използвани по-късно за съставяне на генетични карти на по-сложни молекули на ДНК, а също така за разработване на методи за рекомбинация на ДНК с цел да се създадат бактериални „фабрики“, синтезиращи необходими за медицината препарати като инсулин и хормони на растежа.

От 1980 г. Нейтънс е професор по молекулярна биология и генетика в медицинското училище „Джонс Хопкинс“, а също така старши изследовател в медицинския институт „Ховард Хуг“.

През 1956 г. ученият се жени за Джоан Комбърг; семейството има трима синове. „Моите изследвания ме вълнуват винаги – казва Нейтънс. - Имам талантливи студенти, което предизвиква чувства на огромно удовлетворение и аз очаквам от тях големи успехи в бъдеще“.

Сред наградите на Нейтънс са наградата за молекулярна биология на Националната академия на науките. Той е член на Американската академия на науките и изкуствата.

Превод от руски: Павел Б. Николов