НОБЕЛОВИ ЛАУРЕАТИ / 1984 г. / ХИМИЯ / РОБЪРТ МЕРИФИЙЛД

Робърт Мерифийлд (Robert Merrifield)

15 юли 1921 г. - 14 май 2006 г.

Нобелова награда за химия

(За разработването на методология за химичен синтез върху твърда матрица.)

Американският биохимик Робърт Брус Мерифийлд е роден във Форт Уърт (щат Тексас). Той е единственият син в семейството на Лаурън (Лукас) Мерифийлд и Джордж Мерифийлд. Две години след раждането му семейството се мести в Калифорния и по време на Голямата депресия през 30-те години продължава често да се преселва от място на място, тъй като бащата на Мерифийлд (продавач на мебели) търси постоянно работа. Веднъж Мерифийлд пресмята, че е посещавал около 40 училища, преди семейството му да отиде в Монтебело (щат Калифорния). Там, учейки в средно училище, бъдещият учен започва да се интересува от химията. Също така, занимавайки се в училищния астрономически клуб, той конструира малък телескоп.

Като завършва през 1938 година средно училище, Мерифийлд постъпва в колежа „Джуниър“ в Пасадена, но на следващата година се мести в Калифорнийския университет в Лос Анджелис, където започва да учи химия. Едновременно работи в лабораторията на Макс Дан, където по това време синтезират дихидроксифенилаланин – аминокиселина, която участва при предаването на нервните инпулси и се използва за лечение на болестта на Паркинсон. Като получава в Калифорнийския университет през 1943 г. степента бакалавър, в продължение на една година Мерифийлд работи като химик в Научноизследователския фонд „Фиилп Р. Парк“, а след това се връща отново в университета. Стипендия от „Анхайзър-Буш инкорпорейшън“ му позволява да продължи учението си: Мерифийлд започва да следва аспирантура. По-късно, работейки като асистент-изследовател в медицинското училище към Калифорнийския университет в Лос Анджелис (1948...1949), Мерифийлд проучва квасните пурини и пиримидините и разработва система за качествен анализ, който да проверява как те съдействат за развитието на бектериите. (Пурините и пиримидините са циклични азотни органични основи, които влизат в състава на биологично важни съединения – такива като нуклеотидите и нуклеиновите киселини.) След като през 1949 г. на Мерифийлд е присъдена докторска степен по химия, той е назначен за асистент-биохимик в института „Рокфелер“ за медицински изследвания (днес университет „Рокфелер“) в Ню Йорк. Там той остава до края на научната си кариера. По-късно става научен сътрудник (1953 г.), след това адюнкт-професор (1958 г.), а накрая и професор (1966 г.).

През 1953 г. Мерифийлд започва да се занимава с протеините. „Протеините са ключови компоненти за всички живи организми – обяснява по-късно той. - Всички ферменти, които са катализатори на биологичните реакции, и много регулиращи ги хормони са протеини. Ако искаме да разберем и да научим това, което става в организма, трябва преди всичко да разберем състава, структурата и функциите на всеки отделно взет протеин“.

Протеиновата молекула е верига от аминокиселини, свързани с пептидни вериги. Опитвайки се да разберат структурата на тези големи и много сложни органични молекули, учените се опитват да ги синтезират от химични компоненти. Два класически начина за свързване на аминокиселините са отразени в постепенния и фрагментарния модел. Според постепенния модел (разработен през ХХ в. от Емил Фишер), аминокиселините се добавят една след една към растящата пептидна верига. Според фрагментарния метод аминокиселините се свързват отначало в къси пептидни фрагменти, които след това се обединяват и образуват по-големи пептиди. При всеки от тези два метода е необходимо на всеки етап от последователния синтез да се защитават (или скришват) всички химично активни групи в растящата молекула, за да взаимодействат само необходимите участъци. Нещо повече, откритата или незащитената група също се налага да се активира, за да може да образува пептидна връзка.

Последователността от защита, активация, синтез и отстраняване на защитени групи трябва да се повтаря дотогава, докато не се образува завършена пептидна молекула в нужния състав. Страничните продукти от всяка предшестваща реакция и реагентите (протектори, депротектори и активатори), които са използвани при всеки стадий, трябва да се отстраняват, а полученият в резултат от това пептид да се пречиства, преди да се добави следващата аминокиселина. Тъй като при всеки стадий се губи неизбежно малка част от нужния продукт, крайният пептид е само малка фракция от потенциално възможния. Въпреки че тези класически методи позволяват на Винсент дю Виньо да синтезира окситоцина и вазопресина, а Мерифийлд да изготви пептиди от 20 и 40 аминокиселини в избрана случайно последователност, тези методи са неефективни, отнемат много време и труд.

През 1959 г. Мерифийлд пише в своя изследователски бележник: „Необходим е бърз, количествен, автоматизиран метод за синтез на дълги пептидни вериги“. Той се опира на това, че ако първата аминокиселина се формира от неразтворим носител, нежелателните странични продукти и реагенти могат да се огкграняват от реакционния съд след всеки стадий, а растящият пептид остава при това незасегнат. А когато процесът на синтез свършва, крайният пептид може да бъде отделен от своя носител и пречистен с обичайни методи. С подкрепата на Дилуърт Уули от института „Рокфелер“ Мерифийлд посвещава следващите си три години за разработване на по-съвършен метод за синтез на пептиди.

Най-ефективен носител за първата аминокиселина се оказва полимерът на стирола и дивинилбензола. През 1962 г. Мерифийлд съобщава, че за относително кратък период от време новият метод, наречен твърдофазен пептиден синтез, осигурява образуването на много изкуствени пептиди – почти 100 процента от предсказаното количество. Като използват този метод, Мерифийлд и неговите колеги синтезират нонапептидния (състоящ се от 9 аминокиселини) хормон брадикинин – силно действащо средство, предизвикващо разширение на съдовете.

Следващата им задача е да конструират апарат, способен да автоматизира пептидния синтез. Работейки заедно с помощника си Джордж Стюарт в мазето на дома си и със съдействието на Нилс Джънбърг от работилницата за изготвяне на апаратура към института „Рокфелер“, Мерифийлд създава през 1965 г. първия работещ модел на автоматизирано устройство за твърдофазен пептиден синтез. Това устройство е контейнер за аминокиселини и реагенти – съд за реакции с входен и изходен клапан и програмен механизъм, който регулира последователността на процеса.

С помощта на конструирания апарат Мерифийлд и неговите колеги синтезират няколко пептидни хормона, след които брадикинин, окситоцин и ангиотензин (октопептид, който регулира кръвното налягане). Те също така получават протеина инсулин (съдържащ 51 аминокиселини в две вериги) само за 20 дена, докато преди този процес заема няколко месеца. Противниците на новата технология се оплакват, че получените с нейна помощ пептидни продукти не са чисти. Като признава, че проблемът с чистотата съществува от самото начало на работата им за изследване на пептидния синтез, Мерифийлд се насочва към предпочитане на прагматичния подход за „изследване на най-добрите от достъпните по това време методи на синтез, изолация и характеристиката на реактивните продукти“. „Усъвършенствания в методите на разделение се появяват постоянно – казва той. - И това, което днес изглежда недостижимо, утре може да се окаже удивително просто“. Проблемът за пречистване на продукта на реакцията скоро успява да бъде разрешен с разработването на метода за високоефективна течна хроматография.

През 1969 г., заедно с Бърнд Гуте, Мерифийлд завършва успешен синтез на срещащия се в природата фермент рибонуклеаза. Рибонуклеазата, последователността от редуване на аминокиселини на която е установена от Станфорд Мур и Уилям Стайн през 1960 г., е предмет на изследване в института „Рокфелер“ от над 30 години. Методът на Мерифийлд предвижда осъществяването на 369 химични реакции и 11 931 отделни стадии, за което са необходими няколко седмици работа на твърдофазовия синтезатор.

Разработената от Мерифийлд технология на твърдофазовия синтез, която нито той, нито университетът „Рокфелер“ никога не патентова, се използва широко в други институти и търговски лаборатории за получаване на пептидни хормони, невропептиди, токсини, протеинови фактори на растежа, антибиотици, нуклеотиди и нуклеинови киселини. Най-често тази технология се употребява при синтеза на пептиди, съдържащи до 50 аминокиселини. Съпругата на Мерифийлд (Елизабет Ферлонг), работеща в лабораторията на учения в университета „Рокфелер“, използва автоматизираната твърдофазова технология, за да изследва възможността за синтез на протеина интерферон. Интерферонът, съдържащ 166 аминокиселини, може да служи за ценно терапевтично средство за лечение на вирусни заболявания и ракови образувания.

Съпрузите Мерифийлд, които сключват брак през 1948 г., имат шест деца.

Част от свободното си време Мерифийлд отделя на бойскаутското движение. През 1968 г. той е поканен като нобеловски прифесор в Упсалския университет в Швеция. От 1969 г. работи като заместник на главния редактор на „Международното списание за изследване на пептидите и протеините“ („International Journal of Peptide and Protein Research“). Сред многото награди, с които ученият е удостоен, са: наградата Албърт Лаксър за фундаментални медицивски изследвания (1969 г.), международната награда на фонда „Гарднър“ (1970 г.), наградата за творческа работа в областта на синтеза на органични съединения (1972 г.) и медала Никълс (1973 г.) на Американското химично дружество. Мерифийлд е член на американската Национална академия на науките. Присъдени са му почетни степени от университета в Колорадо, а също така от Йейрския и Упсалския университет.

Превод от руски: Павел Б. Николов