НОБЕЛОВИ ЛАУРЕАТИ / 1980 г. / ХИМИЯ / УОЛТЪР ГИЛБЪРТ

Уолтър Гилбърт (Walter Gilbert)

21 март 1932 г.

Нобелова награда за химия (заедно с Пол Бърг и Фредерик Сангър)

(За приноса му в определянето на последователността на базите в нуклеиновите киселини.)

Американският молекулярен биолог Уолтър Гилбърт e роден в Бостън (щат Масачузетс) в семейството на Ричард Гилбърт, икономист от кейнсианската школа, който от 1924 до 1939 г. преподава в Харвардския университет, и Ема (Коен) Гилбърт, детска психоложка, която дава на двете си деца домашно начално образование. Когато момчето става на седем години, семейството се мести във Вашингтон (окръг Колумбия). По време на Втората световна война бащата на Гилбърт работи в Управлението за контрол на цените. Учейки в държавни училища във Вашингтон и по-късно в средното училище „Приятели на Сидуел“, Гилбърт още тогава проявява интерес към научната дейност. След като завършва средното си образование през 1949 г. той постъпва в Харвардския университет, специализирайки основно в областта на физиката.

През 1953 г. Гилбърт завършва университета с отличие и още тогава се жени за поетесата Селия Стоун. Семейството има две деца. Гилбърт остава в Харвардския университет, за да пише дисертация по физика и през 1954 г. получава степента магистър. След това се мести в Англия в Кеймбриджкия университет и работи там за получаване на докторска степен под ръководството на Абдус Салам над извеждането на математически формули, позволяващи да се предсказва разсейването на елементарните частици.

В Кеймбридж Гилбърт се запознава с Джеймс Д. Уотсън и Франсис Крик, занимаващи се с изследване на откритата от тях през 1953 г. структура на дезоксирибонуклеинова киселина (ДНК) – клетъчен носител на генетичната информация за синтезиране на протеини. Протеините, регенерирани не само от самите клетки, но и от хормоните и ферментите, участващи в този процес, се състоят от аминокиселини. В съответствие с модела Уотсън-Крик спиралата на ДНК се състои от вериги структурни елементи, наречени нуклеотиди, всеки от който носи една от четирите бази – аденин (А), тимин (Т), цитозин (Ц) и гуанин (Г). Наследственият носител, или генетичния код на всяка аминокиселина, е зашифрован с три бази и е инструкция за съединяването на аминокиселините при образуването на определен протеин.

След получаването на докторска степен по математика през 1957 г. в Кеймбридж Гилбърт се връща в Харвард, където прави изследвания със стипендия, давана след докторска дисертация, а после още една година е научен асистент на физика Джулиан С. Швингър. През 1959 г. ученият е назначен за асистент-професор към физическия факултет на Харвардския университет.

През 1960 г. Джеймс Уотсън отива да работи в Харвард и подновява дружеските си отношения с Гилбърт. По това време Уотсън се интересува от процесите, които свързват нуклеотидната последователност на ДНК със синтезирането на протеини, кодирани от дадената последователност. Синтезът на протеини, както е известно, става в рибозомите – клетъчни структури, открити през 1949 г. от Албер Клод. Учените предполагат, че генетичната информация се пренася от ДНК в рибозомите с помощта на нестабилна нуклеинова киселина, наречена матрична РНК (mРНК). В отговор на молбата на Уотсън да му помогне да изолира mРНК, Гилбърт се заема усърдно с експериментална работа и в живота му започва дълъг период от изследвания в областта на молекулярната биология.

През 1964 г- Гилбърт напуска физичния факултет и става адюнкт-професор към биофизичния факултет, където той и неговият колега Бенно Мюлер-Хил започват да се интересуват от въпросите, поставени от Франсоа Жакоб и Жак Моно. Три години преди това Жакоб и Моно заявяват, че в генетиката въпросът не е в това как действат гените, а в това по какъв начин това действие се предотвратява, с други думи – защо всичките последователности на ДНК не продуцират постоянно кодираните протеини. Последователността на базите в ДНК се копира (транскрибира) върху mРНК с помощта на фермент, наречен РНК полимераза, по време на движението му покрай спиралния модел на ДНК. Жакоб и Моно предполагат, че процесът на транскрипция може да бъде предотвратен, ако репресорна молекула се свърже с ДНК и не позволява на РНК полимеразата да се движи по ДНК.

Като използват бектерията Escherichia coli, Гилбърт и Мюлер-Хил започват да изследват проблема. Escherichia coli синтезира редица протеини, които разграждат млечната захар – лактозата. Синтезът на протеини се инициира от така наречения lac оперон при наличието на лактоза; при нейната липса репресорният протеин инхибира lac оперона. През 1966 г. двамата изследователи вече изолират репресор и в продължение на следващите четири години Гилбърт определя структурата и локализацията на оператора, положението му върху спиралата на ДНК, към която репресорът се присъединява.

Днес е ясно, че нуклеотидната последователност на определена област от ДНК играе ключова роля в процеса, при който репресорът разпознава оператора и се свързва с него. Използвайки методите, разработени от Фредерик Сангър в Кеймбриджкия университет, Гилбърт и Алън Максам определят през 1973 г. последователността на lac оператора. След две години, по предложение на посетилия университета съветски учен Андерй Мирзабеков, Гилбърт започва да проучва специфичните нуклеотиди на lac оператора, най-важни за процеса на свързване. Мирзабеков и неговите колеги изследват взаимодействието на ДНК с антибиотиците в присъствието на диметилсулфат, вещество, което намалява силата на действие на А и Г нуклеотидите. Тъй като метилираната ДНК се разделя лесно на определени места, спиралата на ДНК е разделена на фрагменти с променлива, но фиксирана дължина.

Като използват метода на Мирзабеков за проучване на lac оперона, Гилбърт и Максам отделят фрагменти от ДНК със съответна дължина, използвайки електрофореза в гел. При прилагането на този метод фрагментите под въздействието на слаб електрически ток се движат в тънкослоен гел с различна и характерна за всеки от тях скорост, а – отбелязани с радиоактивни изотопи, те се наблюдават като тъмни ивици на фона на фотографска хартия. Този метод е толкова ефективен, че Гилбърт и Максам успяват да разделят фрагменти, чиято дължина се отличава само с една база.

През 1977 г. Гилбърт и неговият колега определят пълната нуклеотидна последователност на изследвания протеин. Друг метод за определяне на последователността по това време е развит от Сангър и двата метода стават бързо фундаментални в развиващата се област на рекомбинантната РНК, иначе казано – на генното инженерство. Използвайки своя опит, Гилбърт се включва през 1987 г. в основаването на фирмата „Биоген“, една от първите компании, специализиращи се в областта на генното инженерство. През 1982 г., една година, след като е избран за председател на „Биоген“, Гилбърт се разделя с Харвардския университет, в който след напускането на фирмата се връща в края на 1984 г. В Харвард той продължава своите изследвания върху структурата на гена и синтеза на белтъчини в рекомбинантните организми.

Освен с Нобелова награда Гилбърт е награден с наградата за молекулярна биология на американската Национална академия на науките (1968 г.), с наградата В. Д. Мития на Института по молекулярна биология (1976 г.), с наградата Луис и Берта Фридман на Нюйоркската академия на науките (1977 г.), с наградата Луиза Грос Хорвиц на Колумбийския университет (1979 г.), с ежегодната награда на фонда „Гайрднър“ (1979 г.), с наградата Алберт Ласкер за експериментална медицина (1979 г.) и с наградата в памет на Хърбърт А. Собър на Американската дружество на биохимиците (1980 г.). Присъдени са му почетни звания от Чикагския и Колумбийския и Рочестърския университет. Ученият е член на Американската академия на науките и изкуствата, на американската Национална академия на науките, на Американското дружество на биохимиците и на Американското физично дружество.

Превод от руски: Павел Б. Николов