Маршалл Уоррен Ниренберг

Маршалл Ниренберг

англ. Marshall Nirenberg

Дата рождения

10 апреля 1927 года

Место рождения

Бруклин США

Дата смерти

15 января 2010 года

Место смерти

Нью-Йорк, США

Награды и премии

Маршалл Уоррен Ниренберг (англ. Marshall Warren Nirenberg) — американский биохимик и генетик.

Научная карьера

Маршалл Ниренберг родился 10 апреля 1927 года в Бруклине в семье выходцев из Российской империи Харри Эдварда Ниренберга и Минервы Быковской.

В 1941 году с семьёй переехал в Орландо, штат Флорида, где его отец управлял молочной фермой и основал Конгрегацию (общину) либерального иудаизма.

В 1944 году поступил в Флоридский университет, где в 1948 году получил степень бакалавра наук, а в 1952 году — степень магистра зоологии.

В 1952−1957 годах работал в Мичиганском университете.

В 1957 году стал доктором биохимических наук, написав диссертацию о поглощении гексоз опухолевыми клетками. Данная работа стала основой первой опубликованной статьи Ниренберга и сформировала руководство для его дальнейших исследований после аспирантуры.

В 1957−1962 годах работал в Национальных институтах здоровья (Институте артритов и болезней обмена веществ) в Бетесде.

В 1959 году стал изучать взаимодействия между ДНК и РНК, а также производство белков. Хотел узнать является ли РНК чем-то вроде химической взаимосвязи, или «мессенджером», между ДНК и белками. Учёный, однако, не имел формального опыта в молекулярной генетике, так как лишь посещал вечерние курсы, посвященные генетике, предназначенные для учёных из Национального Института Здоровья, которые были заинтересованы в проведении междисциплинарных исследований.

В 1960 году совместно с Дж. Генрих Маттеи начал изучение нуклеотидов. Продолжая одну из последних работ швейцарского генетика Альфреда Тиселиуса, Ниренберг и Маттеи решили создать «бесклеточную среду», которая позволила бы им выяснить, как осуществляются многоступенчатые механизмы РНК без учёта нормальных биологических процессов клетки, которые могли бы помешать молекулярной активности. В качестве модели для исследований была выбрана кишечная палочка Escherichia coli. Ниренберг и Маттеи вне бактерии создали синтетическую молекулу РНК и экспрессировали её в E. coli. Ниренберг и Маттеи выявили, что их синтетическая РНК способствовала присоединению фенилаланина к концу растущей цепочки из аминокислот, выступающей в роли предшественника белков. Ниренберг и Маттеи заключили, что следовые количества урацила способствовали синтезу фенилаланина.

Работая на стыке биохимии, молекулярной биологии и молекулярной генетики, учёный в серии экспериментов 1960 году установил функции рибосом и транспортной рибонуклеиновой кислоты в процессе синтеза белков. Приступив впоследствии к исследованиям по расшифровке генетического кода, Ниренберг впервые установил, что функция ДНК как основного носителя наследственной информации реализуется лишь посредством транспортной рибонуклеиновой кислоты тРНК. Данное открытие позволило Ниренбергу выяснить код включения аминокислот в полипептидную цепь в процессе биосинтеза белка, и порядок нуклеотидов в кодонах.

В 1961 году женился на химике Пероле Зальцман, выпускнице Университета Рио-де-Жанейро.

В августе 1961 года Ниренберг и Маттеи опубликовали работу «Зависимость бесклеточного синтеза белка в E. Coli от происхождения природного или синтетического полирибонуклеотидов». В том же месяце, учёный представил версию своих заключений касательно поли-U экспериментов небольшой группе, состоящей из примерно тридцати ученых, на Международном конгрессе по биохимии в Москве.

В начале 1960-х годов синтезировал полиурациловую кислоту (молекулу РНК, содержащую только один нуклеотид — урацил) и использовал её в качестве матричной РНК. Вслед за этим открытием эксперименты с синтетической РНК были расширены, и расшифрованы кодоны для лизина, пролина. Впоследствии трёхбуквенное обозначение кодона стало парадигмой. При помощи каждого из 4 нуклеотидов, занимающих место в трехбуквенной системе кодона, Ниренберг быстро вывел, что существует 64 возможные комбинации.

С 1962 года — руководитель лаборатории биохимической генетики Линговского национального института сердца (глава Отдела биохимической генетики в Национальном институте сердца, ныне Национальный институт сердца, легких и крови).

С 1965 года начал изучать нейробиологию по аналогии с молекулярной биологией. Исследовал нервные коды, используя концептуальные и экспериментальные научные подходы, которые были успешны в его работе с генетическим кодом. Ниренберг искал общие правила кодирования: стремился идентифицировать основные единицы информации, охотился за общей логикой системы и немедленно начал обдумывать, какие биологические системы он мог бы использовать для изучения нейронной сети и её кода. Учёный рассматривал различные аспекты нервного кода больше года, однако его размышления не превращались к публикацию.

В 1966 году вернулся в Национальный институт здоровья. В том же году стал членом Американской академии искусств и наук.

В 1967 году — член Национальной АН США. В том же году охарактеризовал РНК как «робота», цель которого состояла в том, чтобы повиноваться командам ДНК и выполнять жизненные генетические инструкции. «Человек, — говорил Ниренберг, теперь понимает язык цивилизации, которая написала довольно элементарные сообщения в понятной для роботов форме, и через такие тексты общается непосредственно с роботом. Роботы читают и искренне выполняют инструкции».

В 1967−1976 годах занимался исследованием нейробластомы. Его исследование нейробластомы стали одним из первых, где нейробиологи использовали тканевые культуры как экспериментальный метод, который сейчас распространен в данной области. Смог выращивать специфичные клеточные линии, основываясь на характерных особенностях, таких как, скорость роста нейронов, их чувствительности к морфию, или, каким образом нейроны синтезируют заданный медиатор. Совместно с Филиппом Нельсон вырастил большое разнообразие клеточных линий и даже создали банк клеток для хранения разных штаммов. В начале 1970-х годов применил нейробластомную систему для изучения влияния морфия на нервную систему. Вместе с Вернером Кли Ниренберг создал нейробластомную клеточную линию, характеризующуюся необычно высоким процентом морфиновых рецепторов. Ниренберг и Кли обнаружили, что для того, чтобы урегулировать уменьшение количества аденилатциклазы, мозг выделяет её намного больше обычного. Если убрать стимуляцию морфием, повышенный уровень выделения аденилатциклазы содействует накоплению этого вещества в мозге. Модельная система дала Ниренбергу универсальный инструмент для исследования замысловатых особенностей нервной системы. Стоит подчеркнуть, что нейробластомная система позволила Ниренбергу использовать много концептуальных и методичных подходов из биохимии и молекулярной биологии в абсолютно новой области исследований.

В 1968 году — лауреат Нобелевской премии по физиологии и медицине — «за расшифровку генетического кода и его роли в синтезе белков».

В 1976−1992 годах перешёл к изучению гомеобоксных генов. Исследования учёного, в которых использовались нейробластома и эмбриональные клетки, внесли значительные перспективы для различных биомедицинских направлений. Культуры идентичных клонированных клеток привнесли экспериментальную альтернативу сложной смеси типов клеток, присутствующих в нормальной нервной системе. В 1975 году Маршалл Ниренберг и его группа применили эти клетки для разработки методики диагностики и анализа нервно-мышечных расстройств. Учёный создал проект по изучению формирования нейронных синапсов в куриной сетчатке. Он обнаружил, что клеточная сетчатка может быть разобщена (отделена), затем восстановлена, и при этом все равно происходит воссоздание синапсов. Подобно клеткам нейробластомы, клетки сетчатки послужили важной моделью для объяснения процесса формирования синапса. Используя куриную сетчатку, Ниренберг разработал способ проверить предсказание Сперри о том, что существует некая молекулярная топографическая карта, присутствующая в сетчатке. Применил генетически идентичные белки, клонированные в лаборатории, называемые моноклональными антителами. Экспонируя моноклональные антитела для взаимодействия с антигенами из различных частей сетчатки, Ниренберг показал, что антитела распознают конкретные антигенные молекулы, распределенные в виде уникальной структуры на сетчатке. Свои результаты опубликовал в статье 1981 года «Топографический градиент молекул в сетчатке может быть использован для идентификации местоположения нейронов». Затем учёный выделил молекулу белка, которая узнавалась антителом, и опубликовал результаты в работе 1986 года: «Выделение мембранного белка, распределенного в соответствии с топографическим градиентом в куриной сетчатке». К 1985 году его лаборатория биохимической генетики применила новый метод для разработки огромных собраний ДНК-последовательностей, известных как ДНК-библиотеки, что позволило учёному провести сравнительный анализ генетического состава клеток человека и клеток животных. Ключевые статьи, такие как «Формирование синапсов гибридными клетками нейробластомы», которая была опубликована в 1983 году, показали, что биологические факторы и факторы среды могут влиять на генную экспрессию в нервной системе. Так учёный перешел к изучению гомеобоксных генов. Для Ниренберга, изучение генов обеспечило существование «экспериментальной системы», которая могла быть использована для определения взаимосвязи между конкретными генами и физическим развитием организма — надежда на то, что знания, полученные из исследования дрозофилы, могут быть применены к людям. Рукописный план доклада исследовательского проекта с 1992 года показывает, что исследования на NK-2 гомеобоксных генах позволили группе Ниренберга «предсказать с высокой степенью уверенности» взаимосвязь между генетическими программами и развитием части центральной нервной системы дрозофилы. Учёный предсказал, что «похожая, но слегка измененная стратегия» может применяться для объяснения формирования нервной системы человека.

В 2005 году женился на Мирне Вайссман, профессоре эпидемиологии и психиатрии Колумбийского университета и руководителе отдела клинико-генетической эпидемиологии в Институте Психиатрии штата Нью-Йорк.

15 января 2010 года скончался в Нью-Йорке.

Некоторые публикации

• «Будет ли общество готово?», 1967;
• «Расшифровка генетического кода», 1968;
• статья «Локализация рецептора ацетилхолина во время синаптогенеза в сетчатке», 1976;
• «Топографический градиент молекул в сетчатке может быть использован для идентификации местоположения нейронов», 1981;
• «Формирование синапсов гибридными клетками нейробластомы», 1983;
• «Выделение мембранного белка, распределенного в соответствии с топографическим градиентом в куриной сетчатке», 1986;
• «NK-Гомеобоксные гены дрозофилы», 1989.

См. также

• Евреи в медицине
• Евреи — лауреаты Нобелевской премии