Эдельман Джералд Морис

Род. 1 июля 1929 г. Нобелевская премия по физиологии и медицине, 1972 г. совместно с Родни Р. Портером

Американский биохимик Джералд Морис Эдельман родился в Нью-Йорке, в семье врача Эдварда Эдельмана и Анны Эдельман (Фридман). По окончании государственной школы в Нью-Йорке он поступил в Урсинус-колледж в Пенсильвании и в 1950 г. получил степень бакалавра наук по химии. Затем Э. поступил в медицинскую школу Пенсильванского университета и в 1954 г. получил медицинский диплом. Далее в течение года он работал врачом в Центральном массачусетском госпитале. С 1955 г., поступив на службу в вооруженные силы Соединенных Штатов, он работал врачом общей практики в гарнизонном госпитале в Париже.

В 1957 г. Эдельман демобилизовался и решил оставить карьеру врача ради исследовательской работы в области биохимии. Он начал работать над диссертацией в Рокфеллеровском университете под руководством Генри Кункеля, биохимика, изучавшего структуру антител. Антитела, открытые Эмилем фон Берингом в 1890 г., – это белки сыворотки крови, относящиеся к группе иммуноглобулинов (Ig). Молекулы Ig могут взаимодействовать с бактериями, вирусами и токсинами и инактивировать их; поэтому они играют важнейшую роль в гуморальном иммунитете организма. Антитела характеризуются необычным сочетанием биохимических свойств. Карл Ландштейнер установил, что в организме могут вырабатываться миллионы различных антител, каждое из которых взаимодействует со строго определенным веществом, или антителом. Однако химическая структура антител настолько сходна, что практически невозможно выделить из крови отдельные антитела. Кункель и его сотрудники хотели установить, почему молекулы Ig одновременно столь сходны по структуре и имеют функциональные различия.

Исследования структуры антител были затруднены тем, что не существовало методов их очистки и их молекулы были очень крупными по сравнению с другими белками. Химические методы, существовавшие в конце 50-х гг., не позволяли изучать столь крупные молекулы. Э. считал, что структуру и функцию антител можно было изучить, расщепив молекулы Ig на более мелкие фрагменты, рассчитывая при этом, что эти фрагменты сохранят способность взаимодействовать с антигенами. В докторской диссертации он рассмотрел различные способы расщепления молекул Ig. В 1960 г. Э. получил докторскую степень и остался работать в Рокфеллеровском университете научным сотрудником и преподавателем.

Предшественники Эдельмана, в т.ч. Родни Р. Портер, впервые расщепивший антитела на функциональные субъединицы, пришли к заключению, что молекулы IgG, на долю которых приходится большая часть молекул Ig крови, образованы одиночной цепью из 1300 аминокислот. Э. считал это маловероятным, т. к. даже инсулин, в состав которого входит лишь 51 аминокислота, состоит из двух цепей.

Поскольку химические связи, соединяющие между собой аминокислотные цепи, гораздо слабее, чем те, с помощью которых соединены аминокислоты в самих цепях, эти связи можно сравнительно легко разрушать. В 1961 г. Э. и его коллега М. Пулик сообщили, что они разделили молекулы IgG на два компонента, которые в настоящее время называются легкой и тяжелой цепями. Повторив эксперименты Э. в других условиях, Портер объединил результаты с данными собственных исследований функциональных субъединиц IgG и в 1962 г. объявил о расшифровке основной структуры молекулы IgG. И хотя модель Портера носила достаточно общий характер, она сыграла важнейшую роль в качестве своего рода эталона для специальных биохимических исследований.

Когда в 60-х г. начались интенсивные работы по изучению антител, Портер и Э. организовали работу по обмену информацией между исследователями путем неофициальных рабочих «совещаний по антителам». Сами они изучали белки миеломы – злокачественного заболевания кроветворных органов, характеризующегося разрастанием плазматических клеток, вырабатывающих Ig. Одна из главных сложностей в изучении антител заключалась в том, что в естественных препаратах Ig обычно содержится смесь большого количества незначительно отличающихся друг от друга молекул. В 1950 г. Кункель установил, что, поскольку все миеломные клетки у данного больного обычно происходят от одной клетки-предшественницы, эти клетки служат естественными производителями гомогенных антител. (Именно эта способность вырабатывать гомогенные антитела в дополнение к тем антителам, которые обычно встречаются в раковых опухолях, легла в основу технологии производства моноклональных антител, разработанной в 1975 г. Георгом Келером и Сезаром Мильштейном.)

В начале 60-х гг. Эдельман, Портер и их коллеги изучали последовательность аминокислот в цепях различных миеломных парапротеинов.

В 1965 г. Эдельман и его сотрудники предприняли, по его словам, «совершенно безумную затею – изучать всю молекулу целиком; это была ужасно большая работа». Стремясь выяснить, каким образом отдельные части антитела соединены друг с другом, они установили полную аминокислотную последовательность молекулы IgG миеломы. В 1969 г. эта работа была закончена, ученые выяснили последовательность всех 1300 аминокислот, образующих белковую цепь. В то время это была самая большая расшифрованная аминокислотная последовательность.

Модель Ig Портера была особенно ценна тем, что активный участок антитела (т.е. та его часть, которая связывается с антигеном) образован как тяжелой, так и легкой цепями. Это открытие привело к принципиальному пересмотру главной причины разнообразия антител, а именно вопроса о том, как образуются различные антитела. Интерес к этому вопросу в 50-х гг. неуклонно возрастал, по мере того как изучались связи между генами и белками. В человеческом организме могут вырабатываться по меньшей мере 10 млн различных белков IgG, обладающих 10 млн активных участков. Если бы антитела, как и другие белки, вырабатывались в соответствии с теорией Джорджа У. Бидла и Эдуарда Л. Тейтема «один ген, один белок», то в организме должно было бы существовать 10 млн. генов IgG и для других целей ДНК просто бы не хватило. Решая эту задачу, Макфарлейн Бёрнет в конце 50-х гг. предположил, что антитела образуются из генов, подвергающихся мутации в Ig-продуцирующихся клетках. Однако если в соответствии с моделью Портера активные участки Ig образуются из элементов двух различных аминокислотных цепей, то в существовании 10 млн. генов для кодирования всех антител уже нет необходимости. Это количество антител может формироваться путем всевозможных комбинаций из 3 тыс. тяжелых и 3 тыс. легких цепей, кодируемых соответствующими генами. В 60…70-х гг.

Шла бурная дискуссия между учеными, поддерживавшими концепцию существования отдельных генов для каждой тяжелой и легкой цепи, и исследователями, полагавшими, что имеются лишь несколько генов для тяжелых и легких цепей, которые мутируют и образуют разные белки.

Эдельман не был согласен ни с одной из этих теорий, и в 1967 г. он со своим сотрудником Джозефом Гелли предложил новое решение.

К этому времени уже было известно, что каждая цепь – тяжелая или легкая – образуется под действием двух генов, смещающихся и рекомбинирующихся в процессе развития антителопродуцирующих клеток. Э. и Гелли предположили, что все разнообразие антител обусловлено небольшими ошибками, возникающими в процессе рекомбинации. Однако, хотя эта концепция была по существу верна, она слишком сильно опережала свое время, чтобы стать общепризнанной, что произошло в конце 70-х гг., когда методы генной инженерии позволили непосредственно изучать гены, кодирующие антитела.

В 1972 г. Эдельману и Портеру была присуждена Нобелевская премия по физиологии и медицине «за открытия, касающиеся химической структуры антител». В Нобелевской лекции Э. указал, что иммунология это особо плодотворная сфера деятельности для ученого, т. к. «она заставляет генерировать необычные идеи, многие из которых не так легко могут возникнуть в других областях науки». Он предсказал, что «по этой причине иммунология окажет сильное влияние на другие биологические и медицинские дисциплины».

После получения Нобелевской премии Эдельман приступил к исследованию других веществ, способных, подобно антителам, активировать клетки иммунной системы. Кроме того, он в 1978 г. предложил принципиально новую теорию функционирования головного мозга, на которую его натолкнули исследования в области иммунологии. Дело в том, что при иммунном ответе организма внедрившийся в него вирус или бактерия не «учат» иммунную систему тому, как синтезировать соответствующее антитело, а скорее вызывают селекцию среди уже имеющихся вариантов эффективных антител, в дальнейшем в организме формируется клон таких антител. По аналогии Э. предположил, что сенсорный раздражитель не индуцирует реакцию заранее определенных клеток мозга, а приводит к отбору среди «конкурирующих» клеточных групп и взаимосвязей. Подобные представления об отборе соответствуют дарвиновской теории эволюции. Важнейшим требованием для возможности такого отбора служит разнообразие, которое Э. противопоставил относительно жестким биологическим структурам, способным осуществлять лишь одни и те же реакции на изменяющиеся условия окружающей среды. Источником разнообразия в мозге Э. считал процесс эмбрионального развития.

В соответствии с его точкой зрения, гены определяют формирование эмбриональных тканей, но не во всех подробностях. Отдельные клетки не предназначены заранее для формирования конкретных органов. Вместо этого определенные гены отвечают за образование различных видов межклеточного цементирующего вещества (несколько разновидностей такого вещества были обнаружены Э. и его коллегами в конце 70-х гг.), и клетки, у которых это вещество одинаково, образуют группы. Эти группы посылают сигналы, включающие или выключающие «цементопродуцирующие гены», и тем самым в известной степени регулируют свое дальнейшее развитие. Различные клеточные группы (обладающие различными типами «цемента») образуют между собой границу, и, как показали Э. и его коллеги, в группах, расположенных по разные стороны таких границ, развиваются различные клетки. Этот процесс был продемонстрирован в лаборатории Э., в опытах по изучению формирования отдельных перьев у цыпленка. Поскольку развитие клетки зависит от ее расположения, истории развития, окружения и, возможно, других факторов, два эмбриона не могут быть одинаковыми, даже если речь идет о близнецах с идентичным набором генов.

Впоследствии Эдельман установил, каким образом исходно гибкая структура и организация клеток головного мозга может после прекращения эмбрионального развития и рождения ребенка действовать в качестве системы, обучающейся путем селекции.

Его теория основана на трех главных положениях: у эмбриона в головном мозге вырабатывается крайне изменчивая индивидуальная система связей между клетками, после рождения эта система закрепляется и у каждого человека оказывается различной, однако раздражитель может вызвать реакцию, в которой участвуют определенные комбинации связей; наконец, группы клеток объединены в листы (наподобие дорожных карт), взаимодействующие друг с другом при выполнении различных высших функций головного мозга. Его теория во многом объясняет колоссальную гибкость мозга, проявляющуюся в способности функционировать в необычных ситуациях и событиях, а также неудачи многих исследователей, пытавшихся найти специфический структурный субстрат таких функций головного мозга, как память.

С 1963 г. Эдельман занимал должность заместителя декана по аспирантуре в Рокфеллеровском университете, а в 1966 г. стал полным профессором этого университета. С 1974 г. он работает в должности почетного профессора в Рокфеллеровском университете. Он является членом совета руководителей Вейцмановского института и попечителем Солковского института биологических исследований.

В 1950 г. Эдельман женился на Максине Моррисон; в семье у них одна дочь и двое сыновей.

Кроме Нобелевской премии, Эдельман был удостоен премии Спенсера Морриса Пенсильванского университета (1954), премии Эли Лилли Американского химического общества (1965), мемориальной премии Альберта Эйнштейна университета Йешивы (1974) и мемориальной премии Бухмана Калифорнийского технологического института (1975). Он является членом Нью-Йоркской академии наук, Американской академии наук и искусств, Национальной академии наук США, Американского общества клеточной биологии и Американского общества генетиков. Он обладает почетными званиями Пенсильванского университета, университета Сиены, Урсинус-колледжа, Уильямс-колледжа и колледжа Густава Адольфа.

www.library.by

Эйлер Ульф Сванте фон

7 февраля 1905 г. – 18 марта 1983 г. Нобелевская премия по физиологии и медицине, 1970 г. совместно с Джулиусом Аксельродом и Бернардом Кацем Шведский физиолог Ульф Сванте фон Эйлер родился в Стокгольме. Он был вторым сыном в семье. Его отец Ханс фон Эйлер-Хельпин был биохимиком, а мать, Астрид Клеве, – ботаником. Получив школьное образование…

Эйнтховен Биллем

21 мая 1860 г. – 28 сентября 1927 г. Нобелевская премия по физиологии и медицине, 1924 г. Нидерландский физиолог Биллем Эйнтховен родился в Семаранге на острове Ява (Нидерландская Восточная Индия, в настоящее время – Индонезия), в семье врача Иакова Эйнтховена и Луизы Эйнтховен (де Вогель). Биллем был третьим из шестерых детей в семье. Когда мальчику…

Эклс Джон Кэрью

Род. 27 января 1903 г. Нобелевская премия по физиологии и медицине, 1963 г. совместно с Аланом Ходжкином и Андру Хаксли Австралийский физиолог Джон Кэрью Эклс родился в Мельбурне. Его мать, Мери Эклс (Кэрью), и отец, Уильям Джеймс Эклс, были учителями. Джон был старшим из двух детей в семье. В течение трех лет он учился в…

Эндерс Джон Фрэнклин

10 февраля 1897 г. – 8 сентября 1985 г. Нобелевская премия по физиологии и медицине, 1954 г. совместно с Фредериком Ч. Роббинсом и Томасом Х. Уэллером Американский бактериолог Джон Фрэнклин Эндерс родился в Уэст-Хартфорде (штат Коннектикут), в семье банкира Джона Острема Эндерса и Хэриет Эндерс (Уитмор). Закончив престижную школу св. Павла в Нью-Гэмпшире, Джон в…

Эрлангер Джозеф

5 января 1874 г. – 5 декабря 1965 г. Нобелевская премия по физиологии и медицине, 1944 г. совместно с Гербертом С. Гассером Американский физиолог Джозеф Эрлангер родился в Сан-Франциско (штат Калифорния), где жил его отец Герман Эрлангер после эмиграции из Вюртемберга (Германия) в 1842 г. Когда в 1849 г. началась «золотая лихорадка», Эрлангер-старший отплыл на…