Як Майкл Сміт винайшов спрямований мутагенез і революціонізував генетику
Майкл Сміт був біохіміком, який фундаментально змінив спосіб взаємодії вчених із ДНК. Він народився в Блекпулі, Англія, в 1932 році і переїхав до Ванкуверу, Канада в тому ж році. Став канадським громадянином у 1964 році. Помер у Ванкувері 2000 року. Але його спадщина живе у всіх лабораторіях, які вивчають функцію генів.
Пан Сміт найбільш відомий розробкою спрямованого мутагенезу. Ця технологія дозволяє дослідникам точно редагувати послідовність ДНК. До його роботи зміна конкретних елементів генів була схожа на спробу потрапити в мету, що рухається в темряві. Це неточно. Це дуже повільно. Це багато в чому гра навмання. Сміт змінив правила гри.
Проблеми з редагуванням генів у ранній період
На початку 1970-х років біохімія перебувала у складному становищі. Дослідники хотіли зрозуміти, як працюють білки. Звичайний підхід полягав у виклику випадкових мутацій у генах та спостереженні за тим, що відбувається з отриманими білками. Це зворотна генетика. Це випадковий процес. Немає гарантії, що мутація відповідає за зміну функції. Це трудомісткий процес.
Сміт вигадав найкращий спосіб. Він зрозумів, що якщо він зможе вносити специфічні зміни до певних місць, він зможе безпосередньо пов’язати структуру та функцію. Ключові ідеї є простими. Він використовував короткі ланцюги нуклеотидів, які називаються олігонуклеотидами. Ці нитки спроектовані так, щоб бути комплементарними до цільової послідовності ДНК. Однак вони містили навмисні помилки певні мутації. Потрапивши у клітину, клітинні механізми використовують цей синтетичний фрагмент як матрицю. В результаті виходить точно відредагований модифікований ген.
“Цей метод є революційним, тому що він дозволяє дослідникам вносити специфічні мутації в гени просто шляхом синтезу олігонуклеотидів.”
Освіта та кар’єрний шлях
Шлях Сміта не був гладким. Він отримав ступінь доктора філософії. Він закінчив Манчестерський університет у 1956 році і того ж року переїхав до Ванкувера. Протягом наступного десятиліття він обіймав посади в Канаді та Сполучених Штатах. Він приєднався до викладацького складу Університету Британської Колумбії у 1966 році. 1987 року він нарешті став директором біотехнологічної лабораторії університету.
Він також допоміг створити промисловий бік науки. Пан Сміт є фундатором біотехнологічної компанії ZymoGenetics Inc. Це не просто академічна вправа. Це реальне застосування складних біохімічних принципів.
Чому важливий спрямований мутагенез
Методи, розроблені Смітом, є стандартними інструментами в молекулярної біології. Це відповідає на базове питання: Як зміна однієї літери в коді ДНК впливає на білок, що виробляється?
До Сміта дослідники покладалися на випадковий мутагенез. Вони використовували радіацію та хімічні речовини для руйнування ДНК. Потім вони проводили скринінг тисяч організмів на наявність корисних властивостей. Це неефективно. Метод Сміта дозволяє пряме редагування. Бажаєте змінити амінокислоту X на амінокислоту Y? Розробте олігонуклеотид із цією зміною. З цим підходом ви отримаєте результат.
Ця точність відкриває нові сфери досліджень. Вчені тепер можуть уважно вивчати взаємозв’язок структури та функції при складних захворюваннях. Вони можуть вивчати освіту білкових бляшок при хворобі Альцгеймера. Вони можуть вивчати вірусні білки, що з імунодефіцитами. Вони можуть вивчати сайти зв’язування нейромедіаторів для розробки найкращих ліків.
Практичне застосування
Вплив досліджень Сміта виходить далеко за межі фундаментальної науки. Воно безпосередньо впливає на охорону здоров’я та промисловість.
- Генная терапія: Дослідники використовують аналогічні принципи вивчення методів лікування муковісцидозу, серповидноклеточной анемії і гемофілії. Мета полягає в тому, щоб виправити генетичну поломку, що лежить в основі, а не просто лікувати симптоми.
- Ліки: Розуміння того, як саме білки зв’язуються з рецепторами, дозволяє дослідникам розробляти аналоги з новими властивостями. Багато сучасних ліків було розроблено саме таким чином.
- Промислові ферменти: Харчова наука та технології виграють від покращених ферментів. Цілеспрямовані генетичні зміни роблять їх більш стабільними та ефективними.
Сміт розділив Нобелівську премію з хімії 1993 року з Кері Б. Мамлісом. Мамліс винайшов ПЛР. Сміт вигадав метод модифікації самої моделі. Обидва фундаментальні. Обидва змінили перебіг біологічних досліджень.
Спадщина, яка залишиться
Пан Сміт помер у 2000 році, але його методи використовуються щодня. Коли вчені хотіли зрозуміти, як працює білок, часто починали з модифікації цього білка. Вони можуть замінювати конкретні залишки або видаляти проблемні послідовності.
