Michael Smith był biochemikiem, który zasadniczo zmienił sposób, w jaki naukowcy wchodzą w interakcję z DNA. Urodził się w Blackpool w Anglii w 1932 roku i w tym samym roku przeniósł się do Vancouver w Kanadzie. Został obywatelem Kanady w 1964 r. Zmarł w Vancouver w 2000 r. Jednak jego dziedzictwo jest nadal żywe we wszystkich laboratoriach badających funkcję genów.
Pan Smith jest najbardziej znany z opracowania mutagenezy ukierunkowanej. Technologia ta umożliwia badaczom precyzyjną edycję sekwencji DNA. Przed jego pracą zmiana określonych części genów była jak próba trafienia w poruszający się cel w ciemności. To nie jest dokładne. To bardzo powolne. Jest to w dużej mierze gra losowa. Smith zmienił grę.
Problemy z wczesną edycją genów
Na początku lat siedemdziesiątych biochemia znajdowała się w trudnej sytuacji. Naukowcy chcieli zrozumieć, jak działają białka. Typowe podejście polega na wywołaniu losowych mutacji w genach i obserwacji, co dzieje się z powstałymi białkami. To jest odwrócona genetyka. Jest to proces losowy. Nie ma gwarancji, że obserwowana mutacja jest odpowiedzialna za zmianę funkcji. Jest to proces pracochłonny.
Smith wymyślił lepszy sposób. Uświadomił sobie, że jeśli uda mu się dokonać konkretnych zmian w konkretnych miejscach, będzie w stanie bezpośrednio połączyć strukturę i funkcję. Kluczowe idee są proste. Użył krótkich łańcuchów nukleotydów zwanych oligonukleotydami. Nici te są zaprojektowane tak, aby były komplementarne z docelową sekwencją DNA. Zawierały jednak zamierzone błędy – pewne mutacje. Po wejściu do komórki maszyneria komórkowa wykorzystuje ten syntetyczny fragment jako szablon. Rezultatem jest precyzyjnie zmodyfikowany, zmodyfikowany gen.
„Ta metoda jest rewolucyjna, ponieważ umożliwia naukowcom wprowadzenie określonych mutacji do genów po prostu poprzez syntezę oligonukleotydów”.
Ścieżka edukacji i kariery
Ścieżka Smitha nie była gładka. Uzyskał stopień doktora. Ukończył studia na Uniwersytecie w Manchesterze w 1956 roku i w tym samym roku przeniósł się do Vancouver. Przez następną dekadę piastował stanowiska w Kanadzie i Stanach Zjednoczonych. Na wydział Uniwersytetu Kolumbii Brytyjskiej dołączył w 1966 roku. W 1987 roku ostatecznie został dyrektorem laboratorium biotechnologicznego uniwersytetu.
Pomógł także stworzyć przemysłową stronę nauki. Pan Smith jest założycielem firmy biotechnologicznej ZymoGenetics Inc. To nie jest tylko ćwiczenie akademickie. Jest to rzeczywiste zastosowanie złożonych zasad biochemicznych.
Dlaczego mutageneza ukierunkowana jest ważna
Metody opracowane przez Smitha są obecnie standardowymi narzędziami w biologii molekularnej. To odpowiada na podstawowe pytanie: Jak zmiana jednej litery w kodzie DNA wpływa na wytwarzane białko?
Przed Smithem badacze polegali na losowej mutagenezie. Do zniszczenia DNA użyli promieniowania i środków chemicznych. Następnie przebadali tysiące organizmów pod kątem korzystnych właściwości. To nieskuteczne. Metoda Smitha pozwala na bezpośrednią edycję. Chcesz zmienić aminokwas X na aminokwas Y? Zaprojektuj oligonukleotyd z tą zmianą. Dzięki takiemu podejściu uzyskasz rezultaty.
Ta precyzja otwiera nowe obszary badań. Naukowcy mogą teraz dokładnie badać związek między strukturą i funkcją w złożonych chorobach. Mogą badać powstawanie płytek białkowych w chorobie Alzheimera. Mogą badać białka wirusowe związane z niedoborami odporności. Mogą badać miejsca wiązania neuroprzekaźników, aby opracować lepsze leki.
Praktyczne zastosowanie
Wpływ badań Smitha wykracza daleko poza naukę podstawową. Ma to bezpośredni wpływ na służbę zdrowia i przemysł.
- Terapia genowa: Naukowcy stosują podobne zasady do badania metod leczenia mukowiscydozy, niedokrwistości sierpowatokrwinkowej i hemofilii. Celem jest skorygowanie podstawowego problemu genetycznego, a nie tylko leczenie objawów.
- Leki: Zrozumienie dokładnego sposobu, w jaki białka wiążą się z receptorami, pozwala badaczom opracować analogi o nowych właściwościach. W ten sposób opracowano wiele nowoczesnych leków.
- Enzymy przemysłowe: Nauka o żywności i technologia korzystają z ulepszonych enzymów. Ukierunkowane zmiany genetyczne czynią je bardziej stabilnymi i wydajnymi.
Smith podzielił się Nagrodą Nobla w dziedzinie chemii w 1993 r. z Careyem B. Mamlisem. Mamlis wynalazł PCR. Smith wymyślił metodę modyfikacji samego modelu. Obydwa są fundamentalne. Obydwa zmieniły bieg badań biologicznych.
Dziedzictwo, które pozostanie
Pan Smith zmarł w 2000 roku, ale jego metody stosowane są na co dzień. Kiedy naukowcy chcieli zrozumieć, jak działa białko, często zaczynali od jego modyfikacji. Mogą zastąpić określone pozostałości lub usunąć problematyczne sekwencje
