НОБЕЛОВИ ЛАУРЕАТИ / 1982 г. / ХИМИЯ / ААРОН КЛУГ

Аарон Клуг (Aaron Klug)

11 август 1926 г. - 20 ноември 2018 г.

Нобелова награда за химия

(За разработването на кристалографската електронна микроскопия и структурното изясняване на биологически важни комплекси от протеини и нуклеинови киселини.)

Английският физик и специалист по молекулярна биология Аарон Клуг е роден в Желва (Литва) в семейството на търговеца на добитък Лазар Клуг и Бела (Силин) Клуг. Когато Клуг е на две години, цялото семейство се мести в Дърбан (Южна Африка), където семейството на майка му е емигрирало в началото на века. От 1937 до 1941 г. Клуг учи в дърбанското средно училище. Именно през този период у бъдещия учен се ражда интереса към науката, особено след като прочита книгата на американския писател Пол де Кройф „Ловци на микроби“.

Като постъпва през 1942 г. във университета „Уитуотърсранд“ в Йоханесбург, Клуг започва да посещава подготвителен курс по медицина, а също така занимания по биохимия, физика и математика. По времето, когато завършва през 1945 г. университета, получавайки степента бакалавър по естествените науки, интересите са му строго опредлени: Клуг избира физиката. Занимавайки се в Кейптаунския университет с предоставена му стипендия, той възприема от един от своите учители, Р. У. Джеймс, метода на рентгеновата кристалография. Този метод, разработен от У. Л. Брег и У. Г. Брег, се състои в това, че на фотографска пластина се изобразява картина, образуваща се при преминаването на сноп рентгенови лъчи през кристал. Тъй като рентгеновите лъчи се отклоняват по характерен начин, от появилото се изображение може да се съди за разположението на атомите в кристала. Като получава през 1946 г. степента магистър на естествени науки, Клуг остава в Кейптаунския университет, за да продължи работата си с Джеймс върху проучването на органични съединения с помощта на дифракцията на рентгеновите лъчи. „През това време – спомня си по-късно той – у мене се появи сериозен интерес към структурата на материята и към това как е възникнала“.

Стипендия, учредена от Британското изложение през 1851 г., и субсидия за провеждане на научни изследвания, получена от колежа „Тринити“ към Колумбийския университет, позволяват на Клуг да се премести през 1949 г. в Англия. Той пише заявление за работа като изследовател в лабораторията „Кавендиш“ към Кеймбриджкия университет, за да може да работи заедно с Макс Перуц и Джон К. Кендрю над установяването на структурата на протеиновите молекули с помощта на рентгеновата кристалография. Но в лабораторията „Кавендиш“ няма свободни места и под ръководството на Д. Р. Хартри Клуг ученият започва да проучва молекулярната структура на стоманата. За тези свои изследвания той получава през 1952 г. докторска степен.

Като се мести в отдела по колоидна химия в Кеймбриджкия университет, през цялата 1953 г. Клуг изследва биофизичните процеси, по време на които кислородът и въглеродният двуокис се обменят в хемоглобина. Тези изследвания засилват интереса на учения към рентгеновия анализ на биологичните молекули и към края на следващата година той получава стипендията „Нъффилд“ за работа в колежа „Бърбекс“ в Лондон под ръководството на Дж. Д. Бернал, бивш преподавател на Перуц в Кеймбриджкия университет. За кратко време Клуг проучва протеиновата рибонуклеаза. По време на тази работа се запознава с Розалинд Франклин, чието изследване върху рентгеновия анализ на дезоксирибонуклеиновата киселина (ДНК) помага някога на Франсис Крик и Джеймс Д. Уотсън да установят структурата (двойната спирала) на тази сложна молекула.

Малко преди това Франклин започва да изследва вируса на тютюневата мозайка, който поразява листата на тютюна. Въпреки че за този вирус са известни много неща – особено благодарение на работата, извършена преди това от Джон Х. Нортроп и Уендъл М. Стенли, - молекулярната му структура все още остава неясна. Получените от Франклин рентгенови изображения, в които Клуг макар и трудно, но все пак успява да различи следи от наслоения, предизвикват у него силен интерес и той се подготвя за съответната работа. След смъртта на Франклин през 1958 г. ученият става ръководител на научно-изследователската група за проучване на структурата на вируса в колежа „Бърбакс“. Четири години по-късно Клуг приема предложението на Крик да се върне в Кеймбриджкия университет, този път като член на Съвета за медицински изследвания по молекулярна биология. За кратко време Клуг установява, че вирусът на тютюневата мозайка е широка спираловидна структура с повтарящи се протеинови фрагменти, като генетичният материал е разположен край вътрешната повърхност на протеина.

През този период от време Клуг и неговите колеги изследват вирусите, предизвикващи полиомиелит. Смята се, че те имат сферична форма, но тяхната точна структура не е установена. Опирайки се на своите знания по физика и рентгенов анализ, Клуг разработва метод, наречен кристалографска електронна микроскопия, при който изображението, получено с помощта на електронен микроскоп, се подлага на дифракция с лазерно излъчване. Получената в резултат от това картина може след това да се разшифрова и да се установи структурата на анализирания обект.

Този метод „въоръжава“ Клуг не само с нов технически подход, но и определя процедурата за провеждане на изследвания, които свързват помежду им клетъчната и молекулярната организация. Той може да проучва вече една биологична система, отначало изваждайки я от клетката, а след това получава подробна картина чрез рентгенов и химически анализ и накрая, създава пълно изображение на цялото устройство с помощта на електронен микроскоп. През 1972 г. ученият започва да използва тази последователност при анализ на хроматина, съединенията на хистоните (особени протеини) и ДНК, които са съставни за хромозомите на високо организираните организми. През 1981 г. Клуг и неговите колеги успяват да докажат, че всеки от многото хистони представлява цилиндрична молекула, около която е обвит участък от неразкъсана ДНК. Хистоните са толкова здраво свити в пръстени, че една-единствена нишка ДНК на човека, дълга приблизително два метра, се вмества в ядрото на клетка, чийто диаметър е по-малък от една стотна част от милиметра.

От 1978 г. Клуг става един ръководителите на лабораторията по молекулярна биология към Съвета за медицински изследвания в Кеймбридж. Той продължава да се занимава с научна работа, запазвайки вярност на избраната по-рано тема. Изследванията му, също както и информацията за резултатите, получени от други учени, използващи неговите методи, изясняват до значителна степен процесите, извършващи се в живите клетки. Клуг е погълнат от научна работа, много сили му отнемат и административните задължения. Но той се старае колкото се може повече време да отделя и на преподавателската работа. Нисък на ръст, слаб, притежаващ остър интелект, ученият е необикновено популярен в кръга на своите студенти и колеги.

През 1949 г. ученият се жени за Лайба Броброу. Съпрузите имат двама сина.

Освен с Нобелова награда Клуг е удостоен с почетни степени от Колумбийския, Чикагския, Страсбургския и Стокхолмския университет. Лауреат е също на наградата Доктор Х. П. Хайнекен на Нидерландската кралска академия на науките и изкуствата (1979 г.) и на наградата Луиз Грос-Хорвиц на Колумбийския университет (1981 г.). Член е на Лондонското кралско дружество и е почетен чуждестранен член на Американската академия на науките и изкуствата.

Превод от руски: Павел Б. Николов