Биография

Американский молекулярный биолог Уолтер Гилберт родился в г. Бостон (штат Массачусетс), в семье Рихарда Гилберта, экономиста кейнсианского толка, который с 1924 по 1939 г. преподавал в Гарвардском университете, и Эммы Гилберт (в девичестве Коэн), детского психолога, которая дала двум своим детям домашнее начальное образование. Когда мальчику исполнилось семь лет, он и его семья переехали в г. Вашингтон (округ Колумбия). В годы второй мировой войны его отец работал в Управлении по контролю над ценами. Обучаясь в государственных школах Вашингтона и позднее в средней школе «Сидвеловских друзей», Г. уже тогда проявил интерес к научной деятельности. По окончании средней школы в 1949 г. он поступил в Гарвардский университет, специализируясь в основном в области физики.

Сайт: Электронная библиотека НиТ

В 1953 г. он его закончил с отличием и в том же году женился на поэтессе Целии Стоун. Имеют двоих детей. Г. остался в Гарвардском университете для выполнения диссертации по физике и в 1954 г. получил степень магистра. Затем он переехал в Англию в Кембриджский университет и работал там в качестве соискателя докторской степени под руководством Абдуса Салама над выводом математических формул, позволяющих предсказывать рассеивание элементарных частиц.

В Кембридже Г. познакомился с Джеймсом Д. Уотсоном и Фрэнсисом Криком, занимавшимися исследованиями последовательностей открытой ими в 1953 г. структуры дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК) – клеточного носителя генетической информации для синтеза белков. Белки, регенерируемые не только самими клетками, но и гормонами и ферментами, участвующими в этом процессе, состоят из аминокислот. В соответствии с моделью Уотсона – Крика спираль ДНК состоит из цепочки структурных элементов, названных нуклеотидами, каждый из которых несет одно из четырех оснований – аденин (А), тимин (Т), цитозин (Ц), и гуанин (Г). Наследственный носитель, или генетический код каждой аминокислоты, зашифрован тремя основаниями и является инструкцией для соединения аминокислот при образовании определенного белка.

После получения степени доктора по математике в 1957 г. в Кембридже Г. вернулся в Гарвард, где год проводил постдокторские исследования, а затем еще год являлся научным ассистентом физика Джулиуса С. Швингера. В 1959 г. он был назначен ассистент-профессором физического факультета в Гарвардском университете.

К 1960 г. Джеймс Уотсон перешел на работу в Гарвард и возобновил дружеские отношения с Г. В то время Уотсона интересовали процессы, которые связывали определенную нуклеотидную последовательность ДНК с синтезом белка, кодируемого данной последовательностью. Белковый синтез, как известно, происходит в рибосомах – клеточных структурах, открытых в 1949 г. Альбером Клодом. Ученые предполагали, что генетическая информация переносится от ДНК в рибосомы с помощью нестабильной нуклеиновой кислоты, названной матричной РНК (mРНК). В ответ на просьбу Уотсона помочь ему выделить mРНК Г. с удовольствием взялся за экспериментальную работу, и в его жизни начался длительный период исследований в области молекулярной биологии.

В 1964 г. Г. ушел с физического факультета и стал адъюнкт-профессором биофизического факультета, где он и его коллега Бенно Мюллер-Хилл заинтересовались вопросом, поставленным Франсуа Жакобом и Жаком Моно. За три года до этого Жакоб и Моно заявили, что в генетике вопрос заключается не в том, как действуют гены, а в том, каким образом это действие предотвращается, т.е., другими словами, почему все последовательности ДНК постоянно не продуцируют кодируемые белки. Последовательность оснований в ДНК копируется (или транскрибируется) на mРНК с помощью фермента, названного РНК-полимеразой, при его перемещении вдоль спиральной молекулы ДНК. Жакоб и Моно предположили, что процесс транскрипции может быть предотвращен в том случае, если репрессорная молекула связывается с ДНК и не позволяет РНК-полимеразе перемещаться по ДНК.

Используя бактерии Escherichia coli, Г. и Мюллер-Хилл начали исследовать эту проблему. Е. coli синтезируют ряд белков, которые расщепляют молочный сахар – лактозу. Синтез белков инициируется так называемым lac-опероном в присутствии лактозы; в ее отсутствие репрессорный белок ингибирует lас-оперон. К 1966 г. оба исследователя уже выделили репрессор, и в течение последующих четырех лет Г. определил структуру и локализацию оператора, положение его на спирали ДНК, к которой репрессор присоединяется.

В настоящий момент ясно, что нуклеотидная последовательность операторной области ДНК играет ключевую роль в процессе, при котором репрессор узнает оператора и связывает себя с ним. Используя методы, разработанные Фредериком Сенгером в Кембриджском университете, Г. и Аллан Максам в 1973 г. определили последовательность lac-оператора. Спустя два года по предложению посетившего факультет советского ученого Андрея Мирзабекова Г. начал изучение специфических нуклеотидов lac-оператора, наиболее важных в процессе связывания. Мирзабеков и его коллеги исследовали взаимодействие ДНК с антибиотиками в присутствии диметилсульфата, вещества, которое уменьшает прочность взаимодействия А- и Г-нуклеотидов. Так как метилированная ДНК легко расщепляется в определенных местах, спираль ДНК была расщеплена на фрагменты изменяемой, но фиксированной длины.

Применив метод Мирзабекова для изучения lac-оперона, Г. и Максам выделили фрагменты ДНК соответствующей длины с помощью электрофореза в геле. При использовании этого метода фрагменты под воздействием слабого электрического тока перемещаются в тонкослойном геле с различной и характерной для каждого из них скоростью, а, будучи меченными радиоактивными изотопами, фрагменты оставляют темные полосы на фотографической бумаге. Этот метод был настолько эффективен, что Г. и Максам смогли разделить фрагменты, длина которых отличалась всего на одно основание.

К 1977 г. Г. и его коллега определили полную нуклеотидную последовательность исследуемого белка. Другой метод определения последовательности тем временем был развит Сенгером, и оба метода быстро стали фундаментальными в развивающейся области рекомбинантной ДНК, т.е. генной инженерии. Используя свой опыт, Г. в 1978 г. включился в дело основания фирмы «Биоген», одной из первых компаний, специализирующихся в области генной инженерии. В 1982 г., спустя год, после того как он был избран председателем «Биогена», Г. оставляет Гарвардский университет, в который после выхода из фирмы возвращается в конце 1984 г. В Гарварде он продолжил свои исследования по структуре гена и синтезу белков в рекомбинантных организмах.

Половина Нобелевской премии по химии в 1980 г. была присуждена Г. и Сенгеру «за вклад в определение последовательности оснований в нуклеиновых кислотах». Другая половина премии была вручена Полу Бергу за подобное же исследование. Работа этих трех ученых «принесла уже пользу человечеству, – сказал в своей речи при презентации член Шведской королевской академии наук Бо Г. Мальстрем, – не только в виде новых фундаментальных знаний, но также в виде такого важного технического решения, как производство человеческих гормонов с помощью бактерий».

Кроме Нобелевской премии, Г. был награжден премией Стального фонда по молекулярной биологии американской Национальной академии наук (1968), премией В.Д. Маттиа Института молекулярной биологии им. Роще (1976), премией Луиса и Берты Фридменов Нью-Йоркской академии наук (1977), премией Луизы Гросс Хорвиц Колумбийского университета (1979), ежегодной премией Гайрднерского фонда (1979), премией Альберта Ласкера по экспериментальной медицине (1979), премией памяти Герберта А. Собера Американского общества биохимиков (1980). Ему присуждены почетные ученые звания Чикагского, Колумбийского и Рочестерского университетов. Он является членом Американской академии наук и искусств, американской Национальной академии наук, Американского общества биохимиков и Американского физического общества.