Майкл Смит был биохимиком, который фундаментально изменил способ взаимодействия ученых с ДНК. Он родился в Блэкпуле, Англия, в 1932 году и переехал в Ванкувер, Канада, в том же году. Стал канадским гражданином в 1964 году. Умер в Ванкувере в 2000 году. Но его наследие живет во всех лабораториях, изучающих функцию генов.
Господин Смит наиболее известен разработкой направленного мутагенеза. Эта технология позволяет исследователям точно редактировать последовательности ДНК. До его работы изменение конкретных частей генов было похоже на попытку попасть в движущуюся мишень в темноте. Это неточно. Это очень медленно. Это во многом игра наугад. Смит изменил правила игры.
Проблемы с редактированием генов в ранний период
В начале 1970-х годов биохимия находилась в сложном положении. Исследователи хотели понять, как работают белки. Обычный подход заключался в вызове случайных мутаций в генах и наблюдении за тем, что происходит с полученными белками. Это обратная генетика. Это случайный процесс. Нет гарантии, что наблюдаемая мутация отвечает за изменение функции. Это трудоемкий процесс.
Смит придумал лучший способ. Он понял, что если он сможет вносить специфические изменения в определенные места, он сможет напрямую связать структуру и функцию. Ключевые идеи просты. Он использовал короткие цепи нуклеотидов, называемые олигонуклеотидами. Эти нити спроектированы так, чтобы быть комплементарными целевой последовательности ДНК. Однако они содержали преднамеренные ошибки — определенные мутации. Попав в клетку, клеточные механизмы используют этот синтетический фрагмент в качестве матрицы. В результате получается точно отредактированный модифицированный ген.
«Этот метод является революционным, потому что он позволяет исследователям вносить специфические мутации в гены просто путем синтеза олигонуклеотидов.»
Образование и карьерный путь
Путь Смита не был гладким. Он получил степень доктора философии. Он окончил Манчестерский университет в 1956 году и в том же году переехал в Ванкувер. В течение следующего десятилетия он занимал должности в Канаде и Соединенных Штатах. Он присоединился к преподавательскому составу Университета Британской Колумбии в 1966 году. В 1987 году он наконец стал директором биотехнологической лаборатории университета.
Он также помог создать промышленную сторону науки. Господин Смит является основателем биотехнологической компании ZymoGenetics Inc. Это не просто академическое упражнение. Это реальное применение сложных биохимических принципов.
Почему важен направленный мутагенез
Методы, разработанные Смитом, теперь являются стандартными инструментами в молекулярной биологии. Это отвечает на базовый вопрос: Как изменение одной буквы в коде ДНК влияет на производимый белок?
До Смита исследователи полагались на случайный мутагенез. Они использовали радиацию и химические вещества для разрушения ДНК. Затем они проводили скрининг тысяч организмов на наличие полезных свойств. Это неэффективно. Метод Смита позволяет прямое редактирование. Хотите изменить аминокислоту X на аминокислоту Y? Разработайте олигонуклеотид с этим изменением. С этим подходом вы получите результат.
Эта точность открывает новые области исследований. Ученые теперь могут внимательно изучать взаимосвязь структуры и функции при сложных заболеваниях. Они могут изучать образование белковых бляшек при болезни Альцгеймера. Они могут изучать вирусные белки, связанные с иммунодефицитами. Они могут изучать сайты связывания нейромедиаторов для разработки лучших лекарств.
Практическое применение
Влияние исследований Смита выходит далеко за рамки фундаментальной науки. Оно напрямую влияет на здравоохранение и промышленность.
- Генная терапия: Исследователи используют аналогичные принципы для изучения методов лечения муковисцидоза, серповидноклеточной анемии и гемофилии. Цель состоит в том, чтобы исправить лежащую в основе генетическую поломку, а не просто лечить симптомы.
- Лекарства: Понимание того, как именно белки связываются с рецепторами, позволяет исследователям разрабатывать аналоги с новыми свойствами. Многие современные лекарства были разработаны именно таким образом.
- Промышленные ферменты: Пищевая наука и технологии выигрывают от улучшенных ферментов. Целенаправленные генетические изменения делают их более стабильными и эффективными.
Смит разделил Нобелевскую премию по химии 1993 года с Кэри Б. Мамлисом. Мамлис изобрел ПЦР. Смит придумал метод модификации самой модели. Оба фундаментальны. Оба изменили ход биологических исследований.
Наследие, которое останется
Господин Смит умер в 2000 году, но его методы используются каждый день. Когда ученые хотели понять, как работает белок, они часто начинали с модификации этого белка. Они могут заменять конкретные остатки или удалять проблемные последовательности
