Клуг, Аарон

Сэр Аарон Клуг OM (Арон Лазаревич Клуг; 11 августа 1926, Желвас (Жялва), Литва — 20 ноября 2018, Кембридж, Великобритания) — британский и южноафриканский учёный, биохимик. Лауреат Нобелевской премии по химии (1982) за разработку метода кристаллографической электронной микроскопии и разъяснение структуры биологически важного комплекса нуклеиновая кислота – белок.

Аарон Клуг
англ. Aaron Klug
Aaron Klug 1979.jpg
Дата рождения 11 августа 1926(1926-08-11)
Место рождения Желвас (Жялва), Литва (ныне Укмергский район)
Дата смерти 20 ноября 2018(2018-11-20) (92 года)
Место смерти Кембридж, Великобритания
Страна
Научная сфера биохимия
Место работы
Альма-матер
Учёная степень профессор
Научный руководитель Дуглас Рейнер Хартри
Награды и премии
Логотип Викисклада Медиафайлы на Викискладе

Член Лондонского королевского общества (1969)[2], иностранный член Национальной академии наук США (1984)[3].

БиографияПравить

Ранние годы жизни и образованиеПравить

Родился в литовском местечке Жялва в еврейской семье. Родителей его звали Лейзер Клуг и Бейля Клуг (в девичестве Силин). Когда Аарону было три года, Клуги переехали в Дурбан (Южная Африка), куда семья Бейли эмигрировала в начале XX века. Аарон посещал местную начальную школу.  В семье языком был идиш, но переехав в Южную Африку, они перешли на английский. 

С 1937 по 1941 год Клуг учился в школе г. Дурбан. После того, как мальчик прочитал книгу Поля де Крайфа «Охотники за микробами», у него родился интерес к науке.

Поступив в 1942 году в Университет Витватерсранда в Йоханнесбурге, Клуг стал посещать подготовительный курс по медицине, однако лекции по физике его заинтересовали больше, поэтому он разработал собственные курсы по химии, физике и математике. К тому времени, когда в 1945 году он окончил университет, получив степень бакалавра естественных наук, его выбором стала физика.

В январе 1946 году Аарон переехал в Университет Кейптауна, чтобы пройти магистратуру. Там, помимо физики, Клуг изучал математику, философию и поэзию. Также занимаясь в Кейптаунском университете на выделенную ему стипендию, он изучил у одного из своих учителей, Реджинальда Уильяма Джеймса, метод рентгеновской кристаллографии и использовал его для исследования п-бромхлорбензола. По результатам исследований, Клуг опубликовал свою первую статью[4]. Получив в 1946 году степень магистра естественных наук, Клуг остался в Кейптаунском университете, чтобы продолжить свою работу с Джеймсом над изучением органических соединений с помощью дифракции рентгеновских лучей. Там, Аарон изобрел метод[5], основанный на молекулярных преобразованиях, и использовал его для определения структуры трифенилена. Несмотря на то, что структура, созданная по его расчетам, оказалась неверной, Клуг был удостоен стипендии Британской империи (1851) и стипендии Роуз Болл в Тринити-колледже Кембриджа.

Карьера и научные исследованияПравить

Клуг был принят сэром Лоуренсом Брэггом, директором Кавендишской лаборатории. Аарон хотел работать в совете по медицинским исследованиям у нобелевского лауреата 1962 года М.Перуца и работать над изучением структур белков, однако там не было свободных мест. Тогда Брэгг предложил Клугу изучать беспорядок в силикатах, однако Аарону не понравился данный проект, поэтому он, под руководством Д. Р. Хартри изучал структуру стали. В ходе проекта, Клуг создал математическую модель перехода аустенита в перлит, основанную на зарождении и росте кристаллов. Численно решив полученные дифференциалы, он показал, что его теоретические данные хорошо согласуются с экспериментальными. За эту работу он в 1952 году получил докторскую степень.

Однажды Профессор физиологии Джек Раффтон обратился к Хартри с проблемой в изучении диффузии кислорода через мембрану эритроцитов и его взаимодействия с гемоглобином. Поскольку математически эта задача была похожа на охлаждение стали, Клуг, совместно с Раффтоном, в течение 1953 года исследовал биохимические процессы обмена кислорода и оксида углерода в гемоглобине. Аарон рассчитал времена протекания биохимических процессов, показал, что теоретические данные соответствуют экспериментальным. Численные методы, разработанные в диссертации Клуга, были включены в работу по исследованию биохимических процессов гемоглобина[6].

Эти исследования усилили интерес ученого к рентгеновскому анализу биологических молекул, и к концу следующего года он получил стипендию Наффилда для работы в Бербекском колледже в Лондоне под руководством Джона Десмонда Бернала (1901—1971), бывшего преподавателя Перуца в Кембриджском университете. Он основал биомолекулрную исследовательскую лабораторию, которая занимала два здания на Торрингтон-сквер. Очень недолгое время Клуг изучал рибонуклеазу в научной группе Гарри Карлайла. Во время работы в лаборатории он познакомился с Розалиндой Франклин, чье исследование по рентгеновскому анализу ДНК помогло в своё время Нобелевским лауреатам по физиологии или медицине (1962) Фрэнсису Крику и Джеймсу Уотсону установить структуру этой молекулы.

Она незадолго до этого приступила к исследованию вируса табачной мозаики. Она использовала рентгенструктурный анализ для изучения волокон вируса. Полученные Франклин рентгеновские изображения, вызвали у Клуга большой интерес, и он подключился к этой работе. . Их первая совместная публикация касалась расщепления линий слоев в рентгеновских изображениях волокон вируса табачной мозаики[7]. После смерти Франклин в 1958 году, Клуг установил, что вирус табачной мозаики представляет собой широкую спиралевидную структуру с повторяющимися фрагментами белка, причём генетический материал располагается вдоль внутренней поверхности белка[8].

В 1962 году Аарон вместе с его научной группой переехал в лабораторию молекулярной биологии в Кембридж, где в 1978 году Клуг стал одним из руководителей лаборатории. Там Клуг и его коллеги исследовали вирусы, вызывающие полиомиелит. Считалось, что они имеют сферическую форму, но их точная структура установлена не была: имевшаяся в то время в распоряжении исследователей методология ренгенографического эксперимента была в принципе недостаточной для получения удовлетворительного результата.

В ходе своей работы, Клуг хотел улучшить методы количественного и качественного анализа изображений микрофотографий. Опираясь на знания в области физики и рентгеновского анализа. Опираясь на знания в области физики и рентгеновского анализа, Клуг разработал новый метод, называемый кристаллографической электронной микроскопией, при котором изображение, полученное с помощью электронного микроскопа, подвергается дифракции лазерным излучением. Получаемую в результате картину можно затем расшифровать и установить структуру анализируемого объекта.

Этот метод вооружил Клуга не только новым техническим подходом, но и определил процедуру проведения исследований, которые связывают воедино клеточную и молекулярную структуры. Он мог теперь изучать сложную биологическую систему, сначала вычленив её из клетки, затем получив подробную картину путём рентгеновского и химического анализов и, наконец, создав полное изображение всего устройства с помощью электронного микроскопа.

В 1972 году он начал применять этот метод при анализе хроматинов — соединений гистонов (особых белков) с ДНК, которые образуют хромосомы высокоорганизованных организмов. Следуя предположению Роджера Корнберга (1974) о том, что хроматин состоит из цепочки шариков или нуклеосом, каждая из которых содержит около 200 пар оснований ДНК, обернутых вокруг ядра гистонов, Фрэнсис Крик и Аарон предположили, что ДНК в нуклеосоме может иметь форму "извилистой спирали"[9]. В 1981 году Клугу и его коллегам удалось показать, что гистоны так туго свёрнуты в сферические клубки, что единственная нить ДНК человека длиной приблизительно в 2 метра укладывается в ядро клетки, диаметр которой меньше сотой доли миллиметра.

Разрешающая способность метода Клуга позволяет получить изображение большинства атомов химических элементов. Таким образом, химик имеет возможность непосредственно наблюдать молекулы и их комплексы.

В 1982 году Клугу была присуждена Нобелевская премия «за разработку метода кристаллографической электронной микроскопии и прояснение структуры биологически важных комплексов нуклеиновая кислота — белок». Во вступительном слове от имени Шведской королевской академии наук Б. Г. Мальмстрем заявил, что осуществленное Клугом

«изучение вирусов выявило важный биологический принцип, согласно которому сложные молекулярные совокупности в клетках формируются спонтанно из своих компонентов. Исследование хроматина дало ключ к структурному контролированию прочтения генетической информации, заложенной в ДНК. В долгосрочной перспективе оно, безусловно, будет иметь решающее значение для понимания природы рака».

Продолжая исследование структуры вируса табачной мозаики и некоторых других вирусов, Клуг и его научная группа усовершенствовали количественный метод кристаллографической электронной микроскопии для вычисления трёхмерных карт изучаемых образцов. В дальнейшем интересы ученого переместились в область анализа структуры ДНК и РНК. В начале 1970-х Клуг присоединился к проекту Брайана Кларка и Френсиса Крика по анализу структуры тРНК. Входе работы они обнаружили, что наиболее упорядоченные кристаллы дают фенилаланин-тРНК дрожжей. В 1974 году ученые выпустили статью, где описали структуру тРНК[10]. В частности, была проанализирована пространственная структура рибозима, то есть каталитической РНК. Также был предложен механизм каталитического саморасщепление рибозима[11].

Обращение к внутренней структуре нуклеосома привело к пониманию того, как молекула ДНК упакована в хромосомах, а работа над фактором транскрипции, связанным с ДНК, привела к открытию нового домена — цинкового «пальцевого» участка. Результаты проекта показали возможность разработать многопальцевые белки, которые связывались бы с уникальным заданным сайтом в геноме.  Связывание может напрямую блокировать транскрипцию определенного гена или заставлять нуклеазу разрезать ДНК и, следовательно, делать возможной модификацию в конкретном сайте.  Эти идеи были экспериментально подтверждены[12]. Интеллектуальная собственность, воплощенная в этих результатах, побудила Аарона и Йен Чу в 1999 году основать дочернюю компанию под названием Gendaq для разработки и использования технологии цинковых пальцев.  В 2001 году Gendaq была куплена компанией SangamoBiosciences, ныне SangamoTherapeutics, которая продолжает разрабатывать и применять эту технологию.

В 1978 году Клуг стал одним из руководителей лаборатории молекулярной биологии Совета медицинских исследований в Кембридже и продолжил вести научную работу, сохраняя верность ранее избранной теме.

В 1995 году Клуг был избран президентом Лондонского Королевского общества и награждён орденом «За заслуги».

Почести и наградыПравить

1969 Член королевского общества (президент 1995–2000)

1979 Премия Хейнекена Королевской Нидерландской академии искусств и наук

1981 Премия Луизы Гросс Хорвиц, Колумбийский университет

1982 Нобелевская премия по химии

1983 Золотая медаль за заслуги, Университет Кейптауна

1983 Почетный член Тринити колледжа, Кембридж

1984 Иностранный член-корреспондент Национальной академии наук США

1984 Почетный доктор Еврейского университета Иерусалима

1985 Медаль Копли

1988 Рыцарь-бакалавр

1993 Почетный член Питерхауса, Кембридж

1995 Орден заслуг

1998 Учредитель академии медицинских наук

СемьяПравить

Аарон женился на Либе Боброу в 1948 году. Аарону было 22, Либе – 19. Их сыновья, Адам и Девид, родились в 1954 и 1962 году, соответственно. Адам был профессором в области финансов и истории экономики, он скончался в 2000 году. Дэвид является соучредителем и председателем Института Химической биологии Имперского колледжа Лондона.

Интересные фактыПравить

Помимо науки, у Аарона были обширные знания в области философии, древней истории и нумизматики, литературы, живописи и политики. Одной из немногих тем, которые не представляла особого интереса для Клуга, была музыка. В 1962 году он был избран членом Питерхауса. Он был директором по естественнонаучным исследованиям и преподавал физику многим поколениям студентов до своей отставки в 1993 году. По словам Клуга, преподавание курсов оптики дало ему ценный опыт, когда речь зашла о его разработках в области анализа изображений. Он наслаждался общением с молодежью и с интересом следил за развитием своих учеников.

Научные работыПравить

  • Architecture of plant viruses // Biochem. J. 1963. V. 88. P. 24;
  • An optical method for the analysis of periodicities in electron micrographs, and some ovservations on the mechanism of negative straining // J. Mol. Biol. 1964. V. 10. (with J. Berger).

Общественная деятельностьПравить

В 1992 году подписал «Предупреждение человечеству»[13].

В 2016 году подписал письмо с призывом к Greenpeace, Организации Объединенных Наций и правительствам всего мира прекратить борьбу с генетически модифицированными организмами (ГМО)[14][15][16].

ПримечанияПравить

  1. 1 2 3 4 Freebase (англ.) — 2007.
  2. Aaron Klug  (англ.) (архивированная ссылка)
  3. Aaron Klug Архивная копия от 3 января 2018 на Wayback Machine  (англ.)
  4. A. Klug. Crystal Structure of Para-bromochlorobenzene (англ.) // Nature. — 1947-10. — Vol. 160, iss. 4069. — P. 570–570. — ISSN 1476-4687. — doi:10.1038/160570a0.
  5. A. Klug. The application of the Fourier-transform method to the analysis of the structure of triphenylene, C18H12 (англ.) // Acta Crystallographica. — 1950-05-02. — Vol. 3, iss. 3. — P. 176–181. — ISSN 0365-110X. — doi:10.1107/S0365110X50000434.
  6. Klug A., Kreuzer F., Roughton F. J. W. Simultaneous diffusion and chemical reaction in thin layers of haemoglobin solution // Proceedings of the Royal Society of London. Series B-Biological Sciences. — 1956. — Т. 145, № 921. — С. 452-472.
  7. R. E. Franklin, A. Klug. The splitting of layer lines in X-ray fibre diagrams of helical structures: application to tobacco mosaic virus (англ.) // Acta Crystallographica. — 1955-12-10. — Vol. 8, iss. 12. — P. 777–780. — ISSN 0365-110X. — doi:10.1107/S0365110X55002399.
  8. A. Klug, J. T. Finch, Rosalind E. Franklin. Structure of Turnip Yellow Mosaic Virus (англ.) // Nature. — 1957-03. — Vol. 179, iss. 4561. — P. 683–684. — ISSN 1476-4687. — doi:10.1038/179683b0.
  9. Crick F. H. C., Klug A. Kinky helix // Nature. — 1975. — Т. 255, № 5509. — С. 530-533.
  10. J. D. Robertus, Jane E. Ladner, J. T. Finch, Daniela Rhodes, R. S. Brown. Structure of yeast phenylalanine tRNA at 3 Å resolution (англ.) // Nature. — 1974-08. — Vol. 250, iss. 5467. — P. 546–551. — ISSN 1476-4687. — doi:10.1038/250546a0.
  11. Scott W. G., Finch J. T., Klug A. The crystal structure of an AII-RNAhammerhead ribozyme: A proposed mechanism for RNA catalytic cleavage // Cell. — 1995. — Т. 81, № 7. — С. 991-1002.
  12. Yen Choo, Isidro Sánchez-García, Aaron Klug. In vivo repression by a site-specific DNA-binding protein designed against an oncogenic sequence (англ.) // Nature. — 1994-12. — Vol. 372, iss. 6507. — P. 642–645. — ISSN 1476-4687. — doi:10.1038/372642a0.
  13. World Scientists' Warning To Humanity (англ.) (недоступная ссылка). stanford.edu (18 November 1992). Дата обращения: 25 июня 2019. Архивировано 6 декабря 1998 года.
  14. 107 Nobel laureates sign letter blasting Greenpeace over GMOs
  15. Laureates Letter Supporting Precision Agriculture (GMOs)
  16. Список нобелевских лауреатов подписавших письмо

ЛитератураПравить

СсылкиПравить