Из Википедии, бесплатной энциклопедии
  (Перенаправлено из Phage Group )
Перейти к навигации Перейти к поиску

Группа фагов (иногда называемая американской группой фагов ) представляла собой неформальную сеть биологов, основанную на Максе Дельбрюке, которая внесла большой вклад в бактериальную генетику и зарождение молекулярной биологии в середине 20-го века. Группа фагов получила свое название от бактериофагов , вирусов , инфицирующих бактерии, которые группа использовала в качестве экспериментальных модельных организмов . Помимо Дельбрюка, к числу важных ученых, связанных с группой фагов, относятся: Сальвадор Лурия , Альфред Херши , Сеймур Бензер , Чарльз Стейнберг ,Гюнтер Стент , Джеймс Д. Уотсон , Фрэнк Шталь и Ренато Дульбекко .

Происхождение группы фагов: люди, идеи, эксперименты и личные отношения [ править ]

Бактериофаги были предметом экспериментальных исследований с тех пор, как Феликс д'Эрель выделил и разработал методы их обнаружения и культивирования , начиная с 1917 года. Дельбрюк, физик, ставший биологом, искал простейшую возможную экспериментальную систему для исследования фундаментальных законов жизни, в первую очередь столкнулся с фагом во время посещения в 1937 году лаборатории TH Morgan в Калифорнийском технологическом институте . Дельбрюка не впечатлила экспериментально сложная модель организма Дрозофилы Моргана , но другой исследователь, Эмори Эллис , работал с более элементарным фагом. В течение следующих нескольких лет Эллис и Дельбрюк совместно работали над методами подсчета фагов и отслеживания кривых роста.; они установили базовый пошаговый паттерн роста вируса (наиболее очевидные особенности литического цикла ). [1]

Эмори Эллис (1906–2003) и Макс Дельбрюк (1906–1981) [ править ]

В ретроспективной статье [2] Эмори Эллис заявил: «Вскоре после того, как Макс Дельбрук прибыл в Отдел биологии Калифорнийского технологического института, намереваясь обнаружить, как его знания в области физических наук могут быть продуктивно применены к биологическим проблемам, я показал ему несколько кривых ступенчатого роста. первым комментарием было: «Я не верю в это». Однако, как описывает Эллис, Дельбрук вскоре развеял эту первоначальную реакцию неверия своим собственным анализом явления и сразу же с энтузиазмом присоединился к работе, доведя до нее свои знания математики. и физика, и большой интерес к генетике. Их первые совместные результаты были опубликованы в 1939 году [3].

Сальвадор Лурия (1912–1991) и Альфред Херши (1908–1997) [ править ]

Группа фагов появилась примерно в 1940 году, после того, как Дельбрюк и Лурия встретились на конференции по физике. Дельбрюк и Сальвадор Лурия начали серию совместных экспериментов по изучению моделей заражения различных штаммов бактерий и бактериофагов. Вскоре они установили «принцип взаимного исключения», согласно которому отдельная бактерия может быть инфицирована только одним штаммом фага. В 1943 году их «тест флуктуации», позже названный экспериментом Луриа-Дельбрюка , показал, что генетические мутации устойчивости к фагам возникают в отсутствие отбора , а не в ответ на него. [4] [5] До 1943 года бактериологи считали, что бактерии не имеют хромосом и генов. Эксперимент Луриа-Дельбрюка показал, что бактерии, как и другие установленные модельные генетические организмы, имеют гены и что они могут спонтанно мутировать с образованием мутантов, которые затем могут воспроизводиться с образованием клональных линий. В том же году они также начали работать с Альфредом Херши , еще одним экспериментатором фагов. [6] (Эти трое разделят Нобелевскую премию по физиологии и медицине 1969 года «за работу над механизмом репликации и генетикой вирусов».)

Херши [7] ретроспективно описал обстоятельства, приведшие к эксперименту с использованием фага, который он провел со своим научным сотрудником Мартой Чейз в 1952 году, позже известный как эксперимент Херши-Чейза . [8] Этот эксперимент предоставил ключевые доказательства того, что ДНК, в отличие от белка, является генетическим материалом фага и, следовательно, вероятным генетическим материалом в целом.

В 1946 году Лурия сделал открытие, которому суждено было открыть новое понимание того, как достигается стабильность ДНК (см. Лурия, [5] стр. 96). Он обнаружил, что когда после УФ-облучения два или более «мертвых» фага попадают в одну и ту же бактериальную клетку, они часто снова оживают и дают нормальное живое потомство. [9] Это был первый пример реактивации клеток или организмов, поврежденных радиацией. Он правильно интерпретировал реактивацию как результат генетической рекомбинации (см. Также гомологичную рекомбинацию ). Джеймс Уотсон(будущее со-открытие структуры ДНК Ватсона-Крика в 1953 году и лауреат Нобелевской премии 1962 года), был первым аспирантом Лурии в Университете Индианы. В своей кандидатской диссертации Уотсон показал, что облученный рентгеновскими лучами фаг может участвовать в генетической рекомбинации и реактивации множественности .

Как вспоминал Лурия (1984, [5] стр. 97), открытие реактивации облученного фага (называемое « реактивацией множественности ») сразу же вызвало волну активности в изучении восстановления радиационных повреждений в группе ранних фагов ( рассмотрен Бернштейном [10] в 1981 г.). Позже выяснилось, что восстановление поврежденного фага взаимной помощью, которое обнаружил Лурия, было лишь частным случаем восстановления ДНК. Клетки всех типов, не только бактерии и их вирусы, но и все изученные организмы, включая человека, теперь, как известно, обладают сложными биохимическими процессами восстановления повреждений ДНК (см. Восстановление ДНК).). В настоящее время признается, что процессы репарации ДНК играют важную роль в защите от старения, рака и бесплодия.

Джеймс Уотсон (1928–) и Ренато Дульбекко (1914–2012) [ править ]

Джим Уотсон в ретроспективной статье [11] описал свой первый опыт студенческого общения с Лурией в 1947 году. По-видимому, согласно Уотсону, «… многие студенты боялись Лурии, который имел репутацию высокомерного по отношению к людям, которые ошибались». Однако по мере того, как приближался осенний семестр, Уотсон «не видел свидетельств, по слухам, невнимательного отношения к тупицам». Таким образом, без каких-либо серьезных оговорок (за исключением случайных опасений, что он недостаточно сообразителен, чтобы двигаться в своем кругу), он спросил Лурию, может ли он провести исследование под его руководством в весенний семестр. Лурия сразу же согласился и поручил Уотсону изучить индуцированную рентгеновскими лучами реактивацию множественности.фага, как описано выше. Единственным другим ученым в лаборатории Лурии в то время, с которым Уотсон делил лабораторный стол, был Ренато Дульбекко (будущий член группы фагов), который недавно прибыл из Италии, чтобы провести эксперименты по реактивации множественности фагов. Позже в том же семестре (1948 г.) Уотсон впервые встретился с Дельбрюком, который ненадолго посетил Лурию. Уотсон [11] писал: «Почти с первого предложения Дельбрука я знал, что не буду разочарован. Он не ходил вокруг да около, и смысл его слов всегда был ясен. Но еще важнее для меня была его юная внешность и дух." Уотсон отметил, что в этом случае, как и во многих последующих случаях, Дельбрюк говорил о Боре. (физик) и его вера в то, что принцип дополнительности, возможно, подобный тому, который необходим для понимания квантовой механики, будет ключом к настоящему пониманию биологии.

В 1950 году Ренато Дульбекко, который сейчас работает в Калифорнийском технологическом институте вместе с Дельбрюком, разработал процедуру анализа частиц вируса животных по их образованию бляшек на листе культивируемых клеток, точно так же, как фаги образуют бляшки на лужайке бактериальных клеток. Эта процедура подготовила почву для того, чтобы Дульбекко реализовал комплексную исследовательскую программу количественных исследований вирусов животных, чтобы понять их внутриклеточный репродуктивный цикл. Эта работа была отмечена присуждением Нобелевской премии 1975 года [12].

Мэтью Мезельсон (1930–) и Франклин Шталь (1929–) [ править ]

После открытия структуры ДНК в 1953 году все еще было неясно, как ДНК реплицируется. В то время излюбленной моделью была полуконсервативная репликация, но требовалось экспериментальное подтверждение. Эксперимент Мезельсон-Шталь , [13] в исполнении Мэтью Месельсона и Франклина Stahl в 1958 году, был ключевой эксперимент , который убедительно свидетельствует о полу-консервативной репликации, механизм теперь известно , чтобы быть правильным. Мезельсон и Шталь описали обстоятельства, приведшие к этому ключевому эксперименту. [14] С тех пор он был описан как «Самый красивый эксперимент в биологии». [15] Его красота связана с простотой результата, хотя путь, который привел к эксперименту, был далеко не простым.

Сеймур Бензер (1921–2007) и Жан Вейгл (1901–1968) [ править ]

Как описано в ретроспективной статье [16], Сеймур Бензер присоединился к фаговой группе Дельбрюка в Калифорнийском технологическом институте в 1949 году в качестве постдокторанта. Там он делил лабораторную комнату с Джин Вейгл, где они проводили совместные эксперименты с фагом Т4. Покинув Калифорнийский технологический институт, Бензер продолжил эксперименты с фагом Т4 в Институте Пастера в Париже, а затем в Университете Пердью, где он разработал систему для изучения тонкой структуры гена с использованием мутантов, дефектных в генах rIIA и rIIB. [17] [18] Эти генетические эксперименты, включающие скрещивания мутантов rII, привели к обнаружению уникального линейного порядка мутационных сайтов в генах. Этот результат явился убедительным доказательством ключевой идеи о том, что ген имеет линейную структуру, эквивалентную длине ДНК, со многими сайтами, которые могут независимо мутировать.

В 1952 году Сальвадор Лурия открыл феномен «рестрикционной модификации» (модификация фага, растущего внутри инфицированной бактерии, так что при их высвобождении и повторном заражении родственной бактерией рост фага ограничивается) (описанный Лурией, [5] стр. 45 и 99). Вейгле, работая с Джузеппе Бертани и Вернером Арбером , вскоре прояснил основу этого явления. Они показали, что ограничение на самом деле связано с атакой специфических бактериальных ферментов на модифицированную ДНК фага. Эта работа привела к открытию класса ферментов, ныне известных как « рестрикционные ферменты».. »Эти ферменты позволили управлять ДНК в лаборатории, создав основу для развития генной инженерии.

Вейгл также продемонстрировал индуцибельную природу генов реакции на повреждение ДНК у бактерий, явление, которое стало известно как SOS-ответ . Этот ответ включает индуцируемый повреждением ДНК мутагенез (названный в его честь мутагенез Вейгля) и индуцибельное восстановление после повреждения ДНК (названное реактивацией Вейгля).

Сидней Бреннер (1927–2019) и Гюнтер Стент (1924–2008) [ править ]

В 1961 году Сидней Бреннер , один из первых членов группы фагов, сотрудничал с Фрэнсисом Криком, Лесли Барнеттом и Ричардом Уоттс-Тобином в Кавендишской лаборатории в Кембридже, чтобы провести генетические эксперименты, которые продемонстрировали основную природу генетического кода белков. [19] Эти эксперименты, проведенные с мутантами гена rIIB фага Т4, показали, что для гена, кодирующего белок, три последовательных основания ДНК гена определяют каждую последующую аминокислоту белка. Таким образом, генетический код представляет собой триплетный код, где каждый триплет (называемый кодоном) определяет конкретную аминокислоту. Они также получили доказательства того, что кодоны не перекрываются друг с другом в последовательности ДНК, кодирующей белок, и что такая последовательность считывается с фиксированной начальной точки.

Гюнтер Стент присоединился к группе фагов в 1948 году после прохождения курса фагов в Колд-Спринг-Харбор, Нью-Йорк. Продолжающиеся неформальные дискуссии между этими сотрудниками о ходе их исследований привели к созданию книги Стента под названием « Молекулярная биология бактериальных вирусов» (посвященной Максу Дельбрюку) [20], в которой содержался ясный отчет о достижениях в этой развивающейся области до 1963 года. Позже, в своих мемуарах, Стент (1998) описал некоторые виды деятельности и личные взаимодействия, которые проиллюстрировали уникальный интеллектуальный дух фаговой группы в первые решающие годы (1948-1950). [21]

Роль Макса Дельбрюка [ править ]

Дельбрюк, благодаря своему обаянию и энтузиазму, в начале 1940-х годов привлек многих биологов (и физиков) к исследованию фагов (см .: Чарльз Стейнберг ). [22] В 1944 году Дельбрюк продвигал «Договор о фагах», призыв к исследователям фагов сосредоточить внимание на ограниченном количестве штаммов фагов и бактерий со стандартными экспериментальными условиями. Это помогло сделать исследования из разных лабораторий более сопоставимыми и воспроизводимыми, помогая объединить область бактериальной генетики . [23]

Курс фагов в лаборатории Колд-Спринг-Харбор и в Калифорнийском технологическом институте [ править ]

Помимо прямого сотрудничества, основное наследие фаговой группы явилось результатом ежегодных летних курсов по фагам, которые преподавались в лаборатории Колд-Спринг-Харбор и периодически преподавались в Калтехе. Начиная с 1945 года Дельбрюк и другие преподавали молодым биологам основы биологии фагов и экспериментирования, привив особый подход группы фагов к биологии, ориентированный на математику и физику. Многие из лидеров развивающейся области молекулярной биологии были выпускниками курса по фагам, который продолжался в 1950-х и 1960-х годах. [24]

В 1995 году Миллард Сусман опубликовал ретроспективную статью о курсе фагов, который проводился на протяжении многих лет (1945-1970) как в Колд-Спринг-Харбор (Нью-Йорк), так и в Калифорнийском технологическом институте. [25] В статье перечислены многие выпускники курса, описаны некоторые из их достижений и представлены интересные анекдоты, связанные с курсом. Ричард Фейнман , выдающийся физик-теоретик Калифорнийского технологического института, научился работать с фагом летом 1961 года с помощью Чарльза М. Стейнберга , и его экспериментальные результаты были включены в публикацию Эдгара и др. [26]

Условные летальные мутанты [ править ]

Выделение условно-летальных мутантов фага в течение 1962-1964 гг. Членами фаговой группы дало возможность изучить функцию практически всех генов, необходимых для роста фага в лабораторных условиях. [27] [28] Один класс условно летальных мутантов известен как янтарные мутанты . Эти мутанты были изолированы и генетически охарактеризованы Ричардом Эпштейном, Антуанеттой Болле и Чарльзом М. Стейнбергом в 1962 году (хотя публикация их первоначальных результатов была отложена на 50 лет: см. Epstein et al., 2012. [29] Более полная генетическая характеристика мутанты янтаря были описаны Эпштейном и др. в 1964 г. [30] Другой класс условно-летальных мутантов, называемых термочувствительными мутантами, был получен Робертом Эдгаром и Илгой Лиелосис. [31] Исследования этих двух классов мутантов привели к глубокому пониманию многих фундаментальных биологических проблем. Таким образом было получено понимание функций и взаимодействий белков, используемых в механизмах репликации, репарации и рекомбинации ДНК, а также того, как вирусы собираются из компонентов белков и нуклеиновых кислот (молекулярный морфогенез). Кроме того, была выяснена роль кодонов обрыва цепи. Одно заслуживающее внимания исследование было выполнено Сиднеем Бреннером и его сотрудниками с использованием мутантов янтаря, дефектных по гену, кодирующему главный головной белок фага Т4. [32] Этот эксперимент предоставил убедительные доказательства широко распространенной, но до 1964 года еще не доказанной «гипотезы последовательности» о том, что аминокислотная последовательность белка определяется нуклеотидной последовательностью гена, определяющего этот белок. Таким образом, это исследование продемонстрировало коллинеарность гена с кодируемым им полипептидом.

Ссылки [ править ]

  1. ^ Morange, История молекулярной биологии , с 41-43
  2. ↑ Эллис Э.Л. «Бактериофаг: одноступенчатая кривая роста» в книге « Фаг и происхождение молекулярной биологии» (2007) Под редакцией Джона Кэрнса, Гюнтера С. Стента и Джеймса Д. Уотсона, Лаборатория количественной биологии Колд-Спринг-Харбор, Колд-Спринг-Харбор , Лонг-Айленд, Нью-Йорк ISBN  978-0879698003
  3. ^ Эллис Э.Л., Дельбрюк М. РАЗВИТИЕ БАКТЕРИОФАГА. J Gen Physiol. 1939, 20 января; 22 (3): 365-84. PMID 19873108 
  4. ^ Лурия С.Е., Дельбрюк М. "Мутации бактерий от вирусной чувствительности к вирусной устойчивости". Генетика . 1943 Ноябрь; 28 (6): 491-511. PMID 17247100 
  5. ^ a b c d Сальвадор Э. Лурия. Игровой автомат, сломанная пробирка: автобиография . Харпер и Роу, Нью-Йорк: 1984. Стр. 228. ISBN 0-06-015260-5 (США и Канада). 
  6. ^ Morange, История молекулярной биологии , с 43-44
  7. ^ Херши, AD «Введение ДНК в клетки фагом» в книге « Фаг и происхождение молекулярной биологии» (2007) Под редакцией Джона Кэрнса, Гюнтера С. Стента и Джеймса Д. Уотсона, Лаборатория количественной биологии Колд-Спринг-Харбор, Холодная Спринг-Харбор, Лонг-Айленд, Нью-Йорк ISBN 978-0879698003 
  8. ^ HERSHEY AD, CHASE M. "Независимые функции вирусного белка и нуклеиновой кислоты в росте бактериофага". J Gen Physiol. 1952 Май; 36 (1): 39-56. PMID 12981234 
  9. ^ Лурия С.Е. "Реактивация облученного бактериофага путем передачи самовоспроизводящихся единиц". Proc Natl Acad Sci USA . 1947 Сен; 33 (9): 253-64. PMID 16588748 
  10. ^ Бернштейн С. "Ремонт дезоксирибонуклеиновой кислоты в бактериофаге". Microbiol Rev.1981 Mar; 45 (1): 72-98. Рассмотрение. PMID 6261109 
  11. ^ a b Уотсон, Дж. Д. «Растем в группе фагов» в книге « Фаг и происхождение молекулярной биологии» (2007) Под редакцией Джона Кэрнса, Гюнтера С. Стента и Джеймса Д. Уотсона, Лаборатория количественной биологии Колд-Спринг-Харбор, Холод Спринг-Харбор, Лонг-Айленд, Нью-Йорк ISBN 978-0879698003 
  12. ^ "Ренато Дульбекко - Биографический" на nobelprize.org (1975)
  13. ^ Мезельсон М., Шталь Ф.В. РЕПЛИКАЦИЯ ДНК ПРИ ESCHERICHIA COLI. Proc Natl Acad Sci USA . 1958 15 июля; 44 (7): 671-82. PMID 16590258 
  14. ^ Мезельсон М., Шталь Ф.В. «Демонстрация полуконсервативного режима дупликации ДНК» в книге « Фаг и происхождение молекулярной биологии» (2007) Под редакцией Джона Кэрнса, Гюнтера С. Стента и Джеймса Д. Уотсона, Лаборатория количественногоанализа вКолд-Спринг-Харбор. Биология, Колд-Спринг-Харбор, Лонг-Айленд, Нью-Йорк ISBN 978-0879698003 
  15. ↑ Holmes, FL (2002) Meselson Stahl и репликация ДНК: история «самого красивого эксперимента в биологии» Yale University Press (416 стр.) ISBN 0300085400 
  16. ^ Бензер С. «Приключения в регионе rII» в книге « Фаг и происхождение молекулярной биологии» (2007) Под редакцией Джона Кэрнса, Гюнтера С. Стента и Джеймса Д. Уотсона, Лаборатория количественной биологии Колд-Спринг-Харбор, Колд-Спринг-Харбор, Лонг-Айленд, Нью-Йорк ISBN 978-0879698003 
  17. ^ Бензер С. ТОНКАЯ СТРУКТУРА ГЕНЕТИЧЕСКОЙ ОБЛАСТИ БАКТЕРИОФАГА. Proc Natl Acad Sci USA . 1955, 15 июня; 41 (6): 344-54. PMID 16589677 
  18. ^ Бензер С. О ТОПОЛОГИИ ГЕНЕТИЧЕСКОЙ ТОНКОЙ СТРУКТУРЫ. Proc Natl Acad Sci USA . 1959 ноябрь; 45 (11): 1607-20. PMID 16590553 
  19. ^ КРИК FH, БАРНЕТТ L, БРЕННЕР S, УОТТС-ТОБИН RJ. «Общая природа генетического кода белков». Природа . 1961 30 декабря; 192: 1227-32. PMID 13882203 
  20. ^ Стент GS. 1963. Молекулярная биология бактериальных вирусов . WH Freeman and Co., Сан-Франциско, Калифорния. ASIN: B002OXAPMO
  21. ^ Стент GS (1998). Нацисты, женщины и молекулярная биология: воспоминания счастливчика, ненавидящего себя . Кенсингтон, Калифорния: Briones Books. ISBN 978-0966456301 
  22. ^ Morange, История молекулярной биологии , с 45-46
  23. ↑ History: The Phage Group Архивировано 17мая 2007 г.в Wayback Machine , Лаборатория Колд-Спринг-Харбор, доступ 4 мая 2007 г.
  24. ^ Morange, История молекулярной биологии , с 46-47
  25. ^ Susman М. Cold Spring Harbor Фаговая Course (1945-1970): 50й годовщины память. Генетика. 1995 Март; 139 (3): 1101-6. PMID 7768426 
  26. ^ ЭДГАР RS, ФЕЙНМАНА RP, KLEIN S, LIELAUSIS I, ШТЕЙНБЕРГ CM. Эксперименты по картированию с r-мутантами бактериофага T4D. Генетика. 1962 Февраль; 47: 179-86. PMID 13889186 
  27. ^ Эдгар Р.С. Условные летальные состояния: в «Фаге и происхождении молекулярной биологии» (2007) Под редакцией Джона Кэрнса, Гюнтера С. Стента и Джеймса Д. Уотсона, Лаборатория количественной биологии Колд-Спринг-Харбор, Колд-Спринг-Харбор, Лонг-Айленд, Нью-Йорк ISBN 978-0879698003 
  28. ↑ Эдгар Б (2004). «Геном бактериофага Т4: археологические раскопки». Генетика 168 (2): 575–82. PMC  1448817 . PMID 15514035 . 
  29. ^ Эпштейн RH, Bolle A, Steinberg CM. Янтарные мутанты бактериофага T4D: их выделение и генетическая характеристика. Генетика. 2012 Март; 190 (3): 833-40. DOI : 10.1534 / genetics.112.138438 . PMID 22419076 
  30. ^ Эпштейн, Р. Х., Болле, С. М. Стейнберг, Э., Келленбергер, Э., Бой де ла Тур и др., 1964. Физиологические исследования условных летальных мутантов бактериофага T4D. Харб Холодного источника. Symp. Quant. Биол. 28: 375-394.
  31. ^ EDGAR RS, LIELAUSIS I. ТЕМПЕРАТУРНО-ЧУВСТВИТЕЛЬНЫЕ МУТАНТЫ БАКТЕРИОФАГА T4D: ИХ ИЗОЛЯЦИЯ И ГЕНЕТИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА. Генетика. 1964 апр; 49: 649-62. PMID 14156925 
  32. ^ САРАБХАЙ А.С., СТРЕТТОН А.О., БРЕННЕР С., БОЛЛЕ А. СОЛИНЕЙНОСТЬ ГЕНА С ЦЕПЬЮ ПОЛИПЕПТИДОВ. Природа. 1964, 4 января; 201: 13-7. PMID 14085558 

Дальнейшее чтение [ править ]

  • Моранж, Мишель (2000-03-04). История молекулярной биологии (новое изд.). Издательство Гарвардского университета. п. 348. ISBN 0-674-00169-9.
  • История: The Phage Group - Лаборатория Колд-Спринг-Харбор