Пол Берг

Пол Наім Берг (англ.: Paul Naim Berg; 30 чэрвеня 1926, Бруклін, Нью-Ёрк — 15 лютага 2023, Стэнфард, Каліфорнія, ЗША) — амерыканскі біяхімік, лаўрэат Нобелеўскай прэміі па хіміі (1980). Эмерыт-прафесар Стэнфардскага ўніверсітэта, член НАН ЗША і амерыканскага філасофскага таварыства (1983), замежны член Французскай акадэміі навук (1981) і Лонданскага каралеўскага таварыства (1992). Таксама ганараваны Нацыянальнай навуковым медалём (1983) і іншых узнагарод.

Пол Берг
англ.: Paul Naim Berg
Дата нараджэння	30 чэрвеня 1926(1926-06-30)[…]
Месца нараджэння	Бруклін, Нью-Ёрк, штат Нью-Ёрк, ЗША
Дата смерці	15 лютага 2023(2023-02-15) (96 гадоў)
Месца смерці	Стэнфард, акруга Санта-Клара, Каліфорнія, ЗША
Грамадзянства	ЗША
Жонка	Mildred Berg[d]
Род дзейнасці	біяхімік, малекулярны біёлаг, хімік, даследчык
Навуковая сфера	біяхімія
Месца працы	Стэнфардскі ўніверсітэт
Альма-матар	Заходні рэзервовы ўніверсітэт Кейза (1952) Пенсільванскі дзяржаўны ўніверсітэт (1948) Вышэйшая школа імя Аўраама Лінкальна[d] (1943) Clare Hall[d]
Член у	Лонданскае каралеўскае таварыства Папская акадэмія навук Нацыянальная акадэмія навук ЗША Французская акадэмія навук Амерыканская акадэмія мастацтваў і навук Еўрапейская арганізацыя малекулярнай біялогіі[d] Амерыканскае філасофскае таварыства Амерыканская асацыяцыя садзейнічання развіццю навукі
Узнагароды	прэмія Альберта Ласкера за фундаментальныя медыцынскія даследаванні (1980) AAAS Award for Scientific Freedom and Responsibility[d] (1982) міжнародная прэмія Фонда Гайрднера (1980) Max Delbrück Medal[d] (1999) ASCB Public Service Award[d] (2003) Biotechnology Heritage Award[d] (2005) член Амерыканскай акадэміі мастацтваў і навук замежны член Лонданскага каралеўскага таварыства[d] (18 чэрвеня 1992) Carl Sagan Prize for Science Popularization[d]
Медыяфайлы на Вікісховішчы

Яшчэ будучы маладым даследчыкам Пол Берг вырашыў некалькі ключавых праблем метабалічнай хіміі і затым працягнуў даследаваць механізмы, па якіх ДНК і РНК кіруюць сінтэзам бялкоў у жывых сістэмах. У 1972 годзе разам з калегамі са Стэнфардскага ўніверсітэта ён сінтэзаваў першую рэкамбінантныя ДНК (р-ДНК). Пасля ён дапамагаў міжнароднай супольнасці даследчыкаў р-ДНК у вырашэнні фізічных і этычных праблем, выкліканых гэтай рэвалюцыйнай тэорыяй.

Біяграфія

Нарадзіўся ў яўрэйскай сям’і (бацька — Хары Берг, тэкстыльшчык, маці — Сара Бродская, хатняя гаспадыня), дзе быў старэйшым дзіцем. Прачытаўшы ў раннім узросце кнігі Сінклера Льюіса «Эраўсміт» і Поля дэ Круі «Паляўнічыя за мікробамі», і зацікавіўшыся дзякуючы ім біялогіяй, Берг захацеў стаць навукоўцам. У 14 гадоў ён паступіў у старэйшую школу Лінкальна, пераскочыўшы адразу некалькі класаў пачатковай школы. Ён скончыў сярэднюю школу ў студзені 1943 года і, жадаючы прыняць удзел у вайне, залічыўся ў ваенна-марскі флот, як толькі яму споўнілася 17. Чакаючы, пакуль яго выклічуць у школу лётчыкаў ваенна-марскога флоту, ён паступіў ва Універсітэт штата Пенсільванія на спецыяльнасць біяхімія, там жа ён прайшоў перадпалётную падрыхтоўку. Калі на флоце скарацілі падрыхтоўку пілотаў, Берг пачаў рыхтавацца да службы на караблі — ён праслужыў на падводнай лодцы да 1946 года. Ён вярнуўся ў Пенсільванскі універсітэт, каб працягнуць вучобу, і атрымаў ступень бакалаўра ў 1948 годзе. За год да гэтага ён ажаніўся з Мілдрэд Леві, з якой ён пазнаёміўся ў старэйшай школе. Пазней у іх нарадзілася дзіця, якога назвалі Джонам.

У 1952 годзе атрымаў ступень доктара філасофіі па біяхіміі ў Кейсаўскім тэхналагічным інстытуце. Дысертацыйная праца Берга была прысвечана даследаванню ператварэння мурашынай кіслаты, фармальдэгіда і метанолу ў цалкам адноўленую метыльную групу метыаніна. Берг першым паказаў, што фоліевая кіслата і Вітамін B<sub id="mwLg">12</sub> граюць важную ролю ў гэтым ператварэнні.

У 1959 годзе, ва ўзросце 33 гадоў, Берг стаў прафесарам біяхіміі ў школе медыцыны Стэнфарда, і яшчэ да свайго саракагоддзя стаў членам НАН ЗША.

У 1980 годзе атрымаў Нобелеўскую прэмію па хіміі разам з Уолтэрам Гілбертам і Фрэдэрыкам Сенгерам за фундаментальныя даследаванні нуклеінавых кіслот. У 1985 годзе прэзідэнт Рональд Рэйган уручыў яму Нацыянальны навуковы медаль ЗША за 1983 год.

Берг скончыў даследчую кар’еру ў 2000 годзе і з’яўляецца ў цяперашні час эмерыт-прафесарам Стэнфардскага ўніверсітэта.

У 2016 годзе ён падпісаў ліст з заклікам да Greenpeace, Арганізацыі Аб’яднаных Нацый і ўрадам усяго свету спыніць барацьбу з генетычна мадыфікаванымі арганізмамі (ГМА).

Член Амерыканскай акадэміі мастацтваў і навук (1966) і Папскай акадэміі навук (1996), замежны член Французскай акадэміі навук (1981) і Лонданскага каралеўскага таварыства (1992). Фела Амерыканскай асацыяцыі садзейнічання развіццю навукі (1966) і член EMBO.

Памёр 15 лютага 2023 года ў Стэнфардзе (Каліфорнія).

Навуковыя даследаванні

Першыя навуковыя даследаванні (да 1959 года)

Доктарская дысертацыя Берга была прысвечана вырашэнню цэнтральнай праблемы біяхіміі, які дэманстраваў, як Вітамін B₁₂ і фоліевая кіслата дазваляюць жывёлам сінтэзаваць амінакіслату метыанін. Гэтая праца таксама дала яму магчымасць працягваць вывучэнне энзімалогіі. Ён пазнаёміўся з двума ўзыходзячымі зоркамі ў галіне энзімалогіі — Артурам Корнбергам і Германам Калькарам, якія прапанавалі яму ў далейшым працаваць з імі. У 1952 яму была прысуджана доктарская ступень, і ён правёў год, працуючы з Калькарам ў Інстытуце цытафізіялогіі ў Капенгагене, дзе ён і яго калега, спадзеючыся растлумачыць ключавы момант метабалізму глюкозы, замест гэтага адкрылі новы фермент, які робіць магчымым перанос фасфату ад адэназінтрыфасфата (АТФ) да падобных малекул іназінтрыфасфата або гуаназінтрыфасфата. Гэтая праца тлумачыла, што біялагічныя сістэмы могуць выкарыстоўваць іншыя трыфасфатныя формы, акрамя АТФ, каб пераносіць энергію. У 1953—1954 гадах Берг працаваў у лабараторыі Артура Корнберга ў Вашынгтонскім універсітэце ў Сэнт-Луісе. Ён вырашыў даследаваць праблему, якая тычыцца сінтэзу ацэтыл-замешчанага каферменту A, важнага прамежкавага прадукту ў цэнтральным метабалічным працэсе, у выніку якога ежа расшчапляецца і вызваляецца энергія. Фрыц Ліпман і Феадор Лінен прапанавалі трохступеністы працэс, які ўключае АМФ-ферментны комплекс. Берг выявіў, што замест утварэння комплексу з АМФ, фермент каталізуе сінтэз ацэтыл-ЅКоА зусім іншым чынам. Гэтая праца абвергла мадэль, прапанаваную двума вялікімі біяхімікамі, і вырашыла іншую важную праблему ў гэтай галіне. Пазнейшыя даследаванні паказалі, што метабалізм і сінтэз тлушчавых кіслот ажыццяўляецца праз падобныя хімічныя працэсы. Наступныя даследаванні Берга паказалі, што механізм, па якім амінакіслоты аб’ядноўваюцца ў бялкі, вельмі падобны на той, які назіраецца ў сінтэзе тлушчавых кіслот, — гэта значыць амінакіслоты «актывуюцца» у ацыл-АМФ-форму і могуць прымацоўвацца да транспартнай РНК (т-РНК). Транспартныя РНК потым пераносяць іх у рыбасомы клеткі для сінтэзу бялку. Берг атрымаў прэмію Eli Lilly у галіне біяхіміі у 1959 годзе за гэтую працу, і яго далейшыя даследаванні былі сканцэнтраваны ў асноўным на сінтэзе бялку, які накіроўваецца РНК.

Далейшыя даследаванні (1959—1980)

У 1959 годзе Артур Корнберг пакінуў кафедру мікрабіялогіі медыцынскага факультэта Вашынгтонскага універсітэта і ўзначаліў новае аддзяленне біяхіміі ў Стэнфардскім універсітэце. Большасць яго калег, у тым ліку Берга, перайшлі разам з ім. У Стэнфардзе галоўнай мэтай даследаванняў Берга стаў сінтэз бялкоў з амінакіслот, асабліва актывацыя амінакіслот. Гэта была складаная праблема, бо ён выявіў, што для кожнай амінакіслоты была свая т-РНК (іх было 3 ці 4 тыпу). Ферменты, якія звязвалі амінакіслоты з падыходнай т-РНК, таксама вельмі спецыфічныя. Станавілася зразумела, што ў сінтэзе бялкоў дакладнасць далучэння амінакіслаты да спецыфічнай т-РНК з’яўлялася ключавой для правільнай перадачы генетычнай інфармацыі. Каманда Берга прысвяціла шмат гадоў высвятленню структуры і спецыфічнасці гэтых ферментаў. Да 1967 яны паказалі, што генетычна змененыя малекулы т-РНК могуць прыводзіць да няправільнага счытвання генетычнага кода ў рыбасомах. Даследаванні з мадыфікаванымі РНК далі трапіць у сутнасць спецыфічнасці сінтэзу амінаацыл-т-РНК і выкарыстання гэтай спецыфічнасці ў біясінтэзе бялкоў. На працягу гэтых гадоў Берг таксама вывучаў механізмы транскрыпцыі ДНК і вылучыў РНК-полімеразу ў E. coli, якая сінтэзавала РНК з шаблону ДНК.

Даследаванні Берга, якія тычацца транскрыпцыі ДНК і трансляцыі РНК да бялкоў (экспрэсія генаў), дапамаглі выявіць звязаныя працэсы рэгуляцыі генаў, то бок у якой ступені і пры якіх умовах дадзены ген або група генаў выяўляюцца. На працягу многіх гадоў было відавочна, што некаторыя бактэрыяльныя гены праяўляюцца толькі ў пэўных умовах; напрыклад, сінтэз фермента культурай бактэрый можа быць уключаны і выключаны з дапамогай змены харчавання, колькасці кіслароду і іншых зменных. Разуменне механізмаў уключэння і выключэння ў бактэрыях хутка распаўсюджвалася ў пачатку 1960-х гадоў. Гэтымі механізмамі займаліся Жак Мано і Франсуа Якаб у Інстытуце Пастэра. Французская група даследчыкаў выявіла, выкарыстоўваючы культуру E. coli, часткі бактэрыяльнай ДНК, якія кантралююць пэўныя функцыі (напрыклад, сінтэз неабходных ферментаў). Гэтыя ўчасткі яны назвалі «аператар», а групу генаў, якія рэгулююцца разам, — «аперанамі». Побач з аператарамі часта размяшчаюцца гены, якія адказныя за сінтэз бялку-рэпрэсара, які прадухіляе аператар ад экспрэсіі. Мано і Якаб паказалі, што індукцыя ферментаў, якая вырабляецца звязваннем генаў-рэпрэсараў дадзенага ўчастка ДНК, дазваляе да гэтага моманту рэпрэсаванаму гену выяўляцца. Некалькі калегаў Берга, уключаючы Дэйла Кайзера, прымалі ўдзел у яго даследаваннях. Кайзер зрабіў вялікую працу над лямбда фагамі, лізагенымі вірусамі, які інфікуе E.coli. Лізагеныя фагі прыцягвалі ўвагу навукоўцаў, якія вывучаюць рэгуляцыю генаў, таму што, замест таго каб забіваць гаспадарскую клетку, такія вірусы заставаліся латэнтнымі, інтэграваліся з гаспадарскай ДНК і размнажаліся разам з ёй. Гены фагаў застаюцца неактыўнымі, пакуль нешта іх не актывуе. У гэты момант яны размножваюцца і забіваюць гаспадарскую клетку, як звычайны вірус.

У 1965 годзе Кайзер выказаў здагадку, што механізм працы лямбда бактэрыяфага аналагічны працы пухлінных вірусаў млекакормячых, такіх як малпавы вірус 40 (SV 40) і паліомы, якія выклікаюць пухліны ў малпаў і мышэй. Паралель не была дакладнай (гены пухлінных вірусаў інтэграваліся, але не рэпрэсаваліся ў гаспадарскай клетцы, і працягвалі экспрэсаваць гены, якія ператвараюць клетку ў пухлінную клетку), але Берга зацікавілі наступствы: ці маглі вірусы быць выкарыстаны для вывучэння рэгуляцыі генаў у клетках млекакормячых, гэтак жа як яны былі выкарыстаны ў клетках бактэрый? Ён адчуваў, што навуковае разуменне экспрэсіі генаў у бактэрыях станавілася ўсё выразней, але ўсё яшчэ заставалася шмат невыразнага ў экспрэсіі генаў вышэйшых жыццёвых формаў. Жадаючы вывучыць гэта, Берг вырашыў спыніць працу над бактэрыяльнымі сістэмамі для сінтэзу бялкоў, навучыўся культуваваць клеткі млекакормячых і выкарыстоўваць пухлінныя вірусы як мадэлі для вывучэння экспрэсіі генаў у млекакормячых. Ён правёў 1967—68 год у Інстытуце Солка ў Сан-Дыега, вывучаючы тэхнікі культывавання клетак з Рэната Дульбека.

Калі Берг вярнуўся ў Стэнфард, ён пабудаваў новую лабараторыю, прыдатную для працы з вірусамі млекакормячых, і правёў некалькі гадоў, даследуючы мутацыі SV40, характарызуючы яго генам і вызначаючы, якія ўчасткі ДНК кадуюць пэўныя гены. Наступная мэта даследавання, якая павінна была ў канчатковым выніку прывесці да развіцця тэхналогій рэкамбінантнай ДНК, была закладзена працай, якую Берг зрабіў раней з Чарльзам Яноўскі. Гэтая праца была накіравана на вывучэнне мутацый у т-РНК, якія змянялі счытванне генетычнага кода, выкарыстоўваючы лямбда фагі як пераўтваральныя агенты, перамяшчалі маленькія ўчасткі бактэрыяльнай ДНК ад аднаго гаспадара да іншага. Гены, якія трэба было перанесці, маглі быць вызначаны, таму што некаторыя фагі інтэграваліся толькі ў адно месца ў бактэрыяльным геноме. (Іншыя фагі выбіралі выпадковыя ўчасткі бактэрыяльнай ДНК, такім чынам кожны фаг пераносіў індывідуальны ўчастак ДНК гаспадара). Берг хацеў ведаць, ці могуць пухлінныя вірусы млекакормячых падбіраць гены і пераносіць іх у новыя клеткі па тым жа механізму. Калі фагі робяць гэта, яны пакідаюць частку ўласных генаў, пры даўжыні 50 тысяч пар асноў яны могуць прыстасавацца да гэтых зменаў без наступстваў.

Тэхніка, якую Берг і яго калегі распрацавалі для сплайсінга двух малекул ДНК, выкарыстала набор ферментаў, выдзеленых Корнбергам і іншымі. Па-першае, яны разрэзалі цыклічны вірус SV40 і плазмідную ДНК. Зыходзячы з ведаў, што лямбда фагі ДНК мелі «ліпкія» канцы, якія дазвалялі камплементарныя пары асноў звязваць у адзіную малекулу ДНК, скручаную ў доўгія ланцугі або цыклы, яны сінтэзавалі «ліпкія» канцы, шляхам дадання асновы тыміна або адэніна (T або А), выкарыстоўваючы іншы фермент. Затым, ніткі двух ДНК злучаюць, выкарыстоўваючы ДНК-полімеразу, лігазу і іншыя ферменты. Гэтая складаная працэдура, апісаная Бергам, Дэвідам Джэксанам і Робертам Сімонсам у артыкуле 1972 года ў працах Нацыянальнай акадэміі навук, прывяла да стварэння першай рэкамбінантнай малекулы ДНК. Праз год Стэнлі Н. Коэн, Герберт Боер і іншыя адкрылі, што фермент рэстрыкцыі, EcoRI, можа стварыць неабходны «ліпкі» канец практычна на любой малекуле ДНК, што значна спросціць працэс і зробіць магчымым для даследчыкаў, па меншай меры тэарэтычна, злучыць разам любыя дзве малекулы ДНК. У 1980 годзе Берг атрымаў Нобелеўскую прэмію па хіміі і прэмію Ласкера за гэтую наватарскую працу. Гэтыя рэкамбінантныя тэхналогіі былі перспектыўнымі для навуковага разумення генетыкі і рэвалюцыйнымі не толькі ў біялогіі, але ў такіх галінах, як Антрапалогія, медыцына і судовая экспертыза. Яны таксама зрабілі магчымым стварэнне спецыялізаваных штамаў мікраарганізмаў для розных мэтаў, пачынаючы ад генетычна мадыфікаваных харчовых раслін да бактэрый.

Сталыя гады (пасля 1980 года)

Берг паглыбіў свае даследаванні р-ДНК у перыяд паміж 1980 і 2000, вывучаючы, у ліку іншага, механізм рэкамбінантнага аднаўлення дэструктураваных ДНК. Прызнаючы неабходнасць звязаць даследаванні ў галіне малекулярнай біялогіі з клінічнымі даследаваннямі, Берг дапамог стварыць міждысцыплінарны цэнтр малекулярнай і генетычнай медыцыны ў Стэнфардзе ў 1985 годзе, і стаў там першым дырэктарам. Як і шмат даследчыкаў у галіне генетыкі, Берг звязаў акадэмічныя і галіновыя даследаванні. У 1980 годзе са сваімі калегамі Артурам Корнбергам і Чарльзам Яноўскім ён заснаваў DNAX, біятэхналагічны даследчы інстытут. Першапачаткова акцэнт даследаванняў быў зроблены на выкарыстанні р-ДНК для сінтэзу імунаглабулінаў са спецыфічнымі ўласцівасцямі. Затым даследаванні працягнуліся ў галіне атрымання інтэрлейкіны, для гэтага выкарыстоўваліся сістэмы кланавання, распрацаваныя ў лабараторыі Берга. У цяперашні час DNAX з’яўляецца адным з вядучых даследчых цэнтраў у галіне імуналогіі.

Пасля завяршэння даследчай кар’еры Берг працягваў прымаць удзел у розных кансультатыўных камітэтах, але таксама ў яго з’явіліся і іншыя інтарэсы. На працягу некалькіх гадоў ён стаў захапляцца навуковай біяграфіяй, даследаваннем і напісаннем кнігі пра заснавальніка генетыкі Джорджа Бідла, у суаўтарстве з Максін Сінгер. Кніга: «George Beadle: An Uncommon Farmer» выйшла ў свет у 2003 годзе.

Узнагароды

• 1959 — Прэмія Eli Lilly па біяхіміі (Eli Lilly Award in Biological Chemistry)
• 1963 — Каліфарнійскі вучоны года
• 1966 — Прэмія Нацыянальнай акадэміі навук
• 1977 — Мемарыяльныя лекцыі Вейцмана
• 1980 — Нобелеўская прэмія па хіміі, Прэмія Альберта Ласкера за фундаментальныя медыцынскія даследаванні, Міжнародная прэмія Гайрднера
• 1982 — AAAS Award for Scientific Freedom and Responsibility
• 1983 — Нацыянальны навуковы медаль ЗША
• 1999 — Max Delbrück Medal
• 2005 — Biotechnology Heritage Award
• 2006 — Carl Sagan Prize for Science Popularization

Асноўныя публікацыі

• 1956 — «Ацыладэнілаты: сінтэз і ўласцівасці адэнілацэтата» (Acyl Adenylates: the Synthesis and Properties of Adenyl Acetate)
• 1958 — «Хімічны сінтэз амінаацыладэнілатаў» (The Chemical Synthesis of Amino Acyl Adenylates)
• 1958 — «Ферментны механізм звязвання амінакіслот у РНК» (An Enzymatic Mechanism for Linking Amino Acids to RNA)
• 1962 — «ДНК-накіраваны сінтэз РНК з дапамогай фермента з E. coli.» (Deoxyribonucleic Acid-Directed Synthesis of Ribonucleic Acid by an Enzyme from Escherichia coli)
• 1975 — «Выніковае вырашэнне па Асіламарскай канферэнцыі па рэкамбінантнай ДНК» (Summary Statement of the Asilomar Conference on Recombinant DNA Molecules)
• 1988 — «Параўнанне экспрэсіі інтрон-залежных і інтрон-незалежных генаў.» (Comparison of intron-dependent and intron-independent gene expression)
• 1990 — «Зваротная генетыка: вытокі і перспектывы.» (Reverse genetics: its origins & prospects)
• 1995 — «Дэбаты аб рэкамбінантнай ДНК: праз 20 гадоў» (the Recombinant DNA Controversy: Twenty Years Later)
• 2010 — «Высокаэфектыўны метад аналізу метыліравання CpGs у мэтавых участках генома» (High-throughput method for analyzing methylation of CpGs in targeted genomic regions)
• 2010 — «Асабістыя разважанні аб паходжанні і з’яўленні тэхналогіі рэкамбінантнай ДНК» (Personal reflections on the origins and emergence of recombinant DNA technology)

Спасылкі

• Аўтабіяграфія Пола Берга на сайце Нобелеўскага камітэта (англ.)
• Профіль Архівавана 26 кастрычніка 2021. на сайце Папскай акадэміі навук (англ.)