Кіріспе

Американдық генетик және молекулалық биолог (1930 жылы туған)

Мэтью Стэнли Меселсон (1930 жылы 24 мамырда туған) – қазіргі уақытта Гарвард университетінде қызмет ететін генетик және молекулалық биолог, ол Франклин Стальмен бірге ДНК-ның жартылай консервативті репликациясын көрсеткенімен танымал. Калифорния технологиялық институтында Линус Полингтың жетекшілігімен докторлық диссертациясын қорғағаннан кейін, Меселсон 1960 жылы Гарвард университетінің профессоры болды және бүгінгі күнге дейін Томас Дадли Кэбот табиғат ғылымдарының профессоры лауазымында қызмет етеді. 1958 жылғы танымал Меселсон–Сталь экспериментінде ол және Франк Сталь азот изотоптарын қолдану арқылы ДНК жартылай консервативті түрде көбейетінін көрсетті. Сонымен қатар, Меселсон, Франсуа Жакоб және Сидней Бреннер 1961 жылы хабаршы РНК-ның бар екенін анықтады. Меселсон жасушалардағы ДНК жөндеуін, сондай-ақ жасушалардың бөтен ДНК-ны қалай танитынын және жоятынын зерттеді, және Вернер Арбермен бірге шектеуші ферменттерді ашты. 1963 жылдан бері ол химиялық және биологиялық қорғаныс және қаруды бақылау мәселелеріне қызығушылық танытып, осы тақырыпта түрлі мемлекеттік органдарға кеңесші болып жұмыс істеді. Меселсон Генри Киссинджермен бірге Никсон әкімшілігі кезінде президент Ричард Никсонды биологиялық қарудан бас тартуға, химиялық қару өндірісін тоқтатуға және жаушыл мақсаттар үшін биологиялық агенттерді сатып алуға тыйым салатын халықаралық шартты қолдауға көндіру үшін жұмыс істеді, бұл 1972 жылы Биологиялық қарулар конвенциясы ретінде танылды. Меселсон Ұлттық ғылым академиясының молекулалық биология саласындағы сыйлығын, Америка ғалымдары федерациясының қоғамдық қызмет сыйлығын, Нью-Йорк ғылым академиясының президенттік сыйлығын, Америка генетикалық қоғамының 1995 жылғы Томас Хант Морган медалін, сондай-ақ медицина ғылымындағы ерекше жетістіктері үшін Ласкер сыйлығын алды. Оның Гарвардтағы зертханасы қазіргі уақытта жыныстық көбеюдің, генетикалық рекомбинацияның және қартаюдың биологиялық және эволюциялық табиғатын зерттейді. Оның бұрынғы студенттерінің көптегені белгілі биологтар, олардың ішінде Нобель сыйлығының лауреаты Сидни Альтман, сондай-ақ Марк Пташне, Сьюзан Линдквист, Стивен Ф. Хайнеман және Ричард И. Моримото бар.

Ерте өмір және білім

Меселсон 1930 жылғы 24 мамырда Колорадо штатының Денвер қаласында дүниеге келді. Ол бастауыш және орта мектепті Калифорния штатының Лос-Анджелес қаласында оқыды. Кішкентай кезінен химия мен физикаға қызығушылық танытып, үйде табиғатты зерттеу саласында көптеген тәжірибелер жасады. Екінші дүниежүзілік соғыс кезінде Меселсон жазғы демалыста жазғы мектепке қатысып, бір жарым жылға ертерек мектепті бітіруге қажетті баллдар жинады. Бірақ, мектептің тіркеу бөлімінен дипломын алуға тырысқанда, орта мектеп дипломын алу үшін үш жыл дене шынықтыру сабақтарын толық оқу қажеттігін естіді, ал ол мұны орындамаған еді. Басқа мүмкіндіктерді іздеген соң, 1946 жылы 16 жасында Чикаго университетіне химияны оқуға түсті, себебі университетке орта мектеп дипломы талап етілмейтін.

Жоғары білім

Чикаго университетінде Меселсон 1946-1949 жылдары бакалавриатта тарих және классиканы қоса алғанда, гуманитарлық ғылымдарды оқыды. Университет химия және физика сияқты мамандандырылған салалардағы бакалавр дәрежесін жойғанын ол келгеннен кейін түсінді. Оқуын аяқтаған соң Меселсон жарты жыл Еуропаны аралап саяхаттады, көбінесе кітап оқып, жаңа достармен танысты. 1949 жылы Еуропада соғыстың салдары әлі де көрініп тұрды, сонымен қатар Суық соғыстың бастапқы шиеленісі де байқалды. Келесі жылы Меселсон Калтехке қайта оралып, бірінші курсқа түсті, бірақ ол алған көптеген курстардағы оқыту әдістемесін ұнатпады. Дегенмен, ол Лайнус Полингтің химия курсына қабылданды және сол жылы гемоглобин құрылымы бойынша Полингтің жобасымен айналысты. Кейін Меселсон бір жылға Чикаго университетіне оралып, химия, физика және математика курстарын оқыды, бірақ тағы бір диплом алмады. Келесі жылы ол Берклидегі Калифорния университетінің физика аспирантурасына қабылданды және бір жыл оқыды. 1953 жылдың жазында Меселсон Паулингтің Сиерра-Мадредегі үйінде бассейнде өткен кеште болды (ол Паулингтің ұлы Питермен және қызы Линдамен дос еді), онда Паулинг одан келесі жылы не істеуге ниеттенгенін сұрады. Меселсон Чикаго университетіне қайта оралуға ниеттенгенін естіген Паулинг оны дереу Калтехке келіп, өзімен аспирантураны бастауға шақырды, және Меселсон келісті. 1953-1957 жылдары Калифорния технология институтында Лайнус Паулингтің химия бойынша аспиранты ретінде Меселсонның докторлық диссертациясы тепе-теңдік тығыздық градиентінің центрифугациясы және рентген кристаллографиясы тақырыбында болды. Паулингтен басқа, Меселсонның диссертациялық комиссиясына Джером Виноград, Ричард Фейнман және Харден М. Макконнелл кірді. Содан кейін Меселсон 1960 жылы Гарвард университетіне қызметке орналасқанға дейін Калтехте физикалық химияның ассистент-профессоры, сосын аға ғылыми қызметкер болып жұмыс істеді.

Зерттеу

1957 жылы Меселсон мен Франклин Сталь (фаг тобының бір бөлігі ретінде) ДНК жартылай консервативті түрде көбейеді екенін көрсетті. ДНК-ның қалай көбейетіні туралы гипотезаларды тексеру үшін Меселсон мен Шталь, Джером Виноградпен бірге макромолекулаларды олардың тығыздығына қарай бөлетін әдіс ойлап тапты. Тепе-теңдік тығыздық градиентімен центрифугациялау әдісі Меселсон мен Штальға азоттың ауыр изотобы 15N-нан тұратын ДНК-ны, жеңіл изотобы 14N-нан тұратын ДНК-дан ажыратуға жеткілікті сезімталдық берді. Олардың классикалық эксперименті, ғылым тарихшысы Фредерик Л. Холмс кітабында сипаттап, талдағандай, олар 15N-ғана азот көзі бар ортада Escherichia coli бактериясын көптеген буын бойы өсірді, содан кейін бактерияларды 14N-ғана азот бар ортаға ауыстырды. Бактериялардың ДНК-сын ауыстырудан бұрын және кейін, бірнеше буын аралығында алды. Бір буын өскеннен кейін, барлық ДНК-ның тығыздығы 15N және 14N ДНК-сының тығыздығының арасында екені анықталды. Келесі буындарда "жартылай ауыр" ДНК-ның үлесі 1/2 есеге азайды, ал ДНК-ның жалпы мөлшері екі есеге артты. Жартылай ауыр ДНК-ны қыздыру арқылы бір тізбекті еткенде, ол екі тығыздыққа бөлінді: бірі ауыр (тек 15N-дан тұратын), екіншісі жеңіл (тек 14N-дан тұратын). Эксперимент көрсеткендей, көбейген кезде бактериялық ДНК-ның екі толықтырғыш тізбегі ажырасады және әрбір тізбек жаңа, толықтырғыш тізбектің синтезін бағыттайды. Бұл нәтиже Джеймс Уотсон мен Фрэнсис Крик бес жыл бұрын ұсынған ДНК көбейеді деген гипотезаны растады және ДНК молекуласының Уотсон-Крик моделіне маңызды қолдау көрсетті. Жан Вейглмен бірлесіп, Меселсон тығыздық градиент әдісін бактериофаг Λ (лямбда) генетикалық рекомбинациясын зерттеу үшін қолданды. Сұрақ мынадай еді: мұндай рекомбинация рекомбинацияланатын ДНК молекулаларының үзілуін қамти ма, әлде жаңа молекулалардың бірлескен синтезін бе? Бұл сұраққа жауап беру үшін бактерияларды генетикалық түрде белгіленген және ауыр изотоптармен (13C және 15N) таңбаланған Λ фагтарымен бірге жұқтырудан алынған фаг бөлшектерін зерттеу арқылы жауап беруге болады. Тығыздық градиент әдісі жеке ұрпақ фагтарының ата-ана ДНК-сы мен ата-ана генетикалық маркерлерінің мұрагерлігін сипаттауға мүмкіндік берді. Меселсонның үзілуге байланысты, көбейтуге тәуелсіз рекомбинацияның алғашқы көрсетілімі кейіннен Λ ДНК-сын тек бір нүктеде қайта құрай алатын арнайы жүйенің белсенділігін көрсетті, бұл жүйе әдетте фагтың иесінің хромосомасына енуі үшін қолданылады. Кейіннен Франклин Стальдің экспериментінің түрлері ДНК көбейеді және көптеген генетикалық рекомбинациялардың арасындағы өзара тәуелділікті көрсетті. Чарльз Раддингпен бірге Меселсон 1973-1983 жылдар аралығында осы саладағы зерттеулерді басқаратын ДНК дуплекстерінің рекомбинациясы үшін модель әзірледі. 1961 жылы Сидней Бреннер, Франсуа Якоб және Меселсон тығыздық градиент әдісін хабаршы РНК-ның бар екенін көрсету үшін қолданды. Кейінгі жұмыста Меселсон мен оның студенттері иесіне бағытталған шектеудің ферменттік негізін көрсетті, бұл жасушалардың бөтен ДНК-ны тануы және жоюы, содан кейін метилге бағытталған сәйкессіздікті жөндеуді болжады және көрсетті, бұл жасушаларға көбейтілген ДНК-дағы қателерді түзетуге мүмкіндік беретін процесс. Меселсонның қазіргі зерттеулері эволюциядағы жыныстық көбеюдің артықшылығын түсінуге бағытталған. Меселсон мен оның әріптестері жақында Bdelloid rotifers жыныстық көбеюге қатысатынын, ерекше түрде мейозды қолданатынын көрсетті.

Мезельсон эффектісі

Екі аллель немесе геннің көшірмесі жыныссыз диплоидты организмде бір-бірінен тәуелсіз эволюциялаған кезде, олар уақыт өте келе күрт түрленеді. Бұл аллельдік дивергенция құбылысын алғаш Уильям Бирки сипаттаған, бірақ ол көбінесе Меселсон эффектісі деп аталады. Жынысты организмдерде рекомбинация және тәуелсіз таралу процестері организмдегі екі аллельдің де жақында пайда болған жалғыз ата-баба аллелінен тегін табуға мүмкіндік береді. Рекомбинация немесе тәуелсіз таралу болмаса, аллельдер жақындағы ата-баба аллелінен тегін таба алмайды. Оның орнына, аллельдер мейоздық рекомбинацияның жоғалуына дейін немесе одан сәл бұрын ортақ аллельдік ата-бабамен байланысты болады. Бұл эффекттің керемет мысалы бделлоид ротиферлерінде сипатталған, онда lea генінің екі аллелі екі түрлі генге айналып, организмді құрғақшылық кезеңінде сақтау үшін бірлесіп жұмыс істейді. Меселсон эффектісі организмнің геномның толық көшірмелерінің бір-бірінен дивергенциясына әкелуі керек, нәтижесінде барлық ертедегі жыныссыз организмдер гаплоидтық күйге дейін төмендеуі мүмкін, бұл бүкіл геномның дубликациясынан кейінгі диплоидтануға ұқсас процесс. Дегенмен, гендік конверсия, жыныссыз организмдерде кең таралған рекомбинация түрі, жас жыныссыз организмдерде Меселсон эффектісінің пайда болуын болдырмауы және бделлоид ротиферлерінде оның әсерін шектеуі мүмкін. Сонымен қатар, Меселсон эффектісінің бірқатар мысалдары әлі де даулы болып қала береді, себебі гибридтеу сияқты басқа биологиялық процестер Меселсон эффектісін имитациялай алады.

Химиялық және биологиялық қаруды қорғау және қарусыздандыру

1963 жылы Меселсон АҚШ-тың қару-жарақ бақылау және қарусыздандыру агенттігінде тұрақты кеңесші болып қызмет етті, онда ол химиялық және биологиялық қару бағдарламалары мен саясатына қызығушылық танытты. Содан бері ол химиялық және биологиялық қарудан қорғану және оларды қарусыздандыру мәселелеріне АҚШ-тың әртүрлі мемлекеттік органдарының кеңесшісі ретінде, сондай-ақ Гарвард және Ұлыбританиядағы Суссекс университетінде орналасқан Гарвард-Суссекс бағдарламасы арқылы қатысып келеді. Ол және Ұлыбританиядағы Джулиан Перри Робинсон осы бағдарламаның бірлескен директорлары болып табылады. Биологиялық қару АҚШ үшін маңызды әскери мақсатқа қызмет етпейді және олардың таралуы қауіпті болуы мүмкін екенін, ал болашақта озық биологияны жаушылық мақсаттарда пайдалану қоғамға зиян келтіретінін түсінген ол, Атқарушы билік өкілдерін, Конгресс мүшелерін және жұртшылықты АҚШ-тың мұндай қаруға мұқтаж емес екеніне және олардан бас тартудың, сондай-ақ оларды жаһандық деңгейде тыйым салуға жұмыс істеудің пайдалы болатынына көндіруге тырысты. Президент Ричард Никсон 1969 жылы АҚШ-тың биологиялық қаруды дамыту бағдарламасын тоқтатып, Ұлыбританияның халықаралық тыйым салу туралы ұсынысын қолдағаннан кейін, Меселсон биологиялық, содан кейін химиялық қаруды тыйым салу жөніндегі халықаралық келісімдерге қол жеткізуде табысқа жеткендердің бірі болды, нәтижесінде 1972 жылғы Биологиялық қару туралы конвенция және 1993 жылғы Химиялық қару туралы конвенция қабылданды. Меселсон және оның әріптестері химиялық және биологиялық қаруды бақылауға қатысты үш ішкі тергеу жүргізді. 1970 жылдың тамыз және қыркүйек айларында Америка ғылымды дамыту қауымдастығының тапсырмасымен Меселсон Вьетнам Республикасында гербицидтердің әскери қолданылуының экологиялық және денсаулыққа тигізетін әсерін зерттеу үшін командаға жетекшілік етті. Гарвардқа оралғаннан кейін ол Роберт Баухманмен бірлесіп, уытты гербицидтік қосылыс диоксинді талдау үшін жоғары дәлдікті массалық спектрометриялық әдіс әзірледі және оны Вьетнам мен АҚШ-тан алынған экологиялық және биомедициналық үлгілерге қолданды. 1970 жылдың желтоқсан айында президент Ричард Никсон Вьетнамдағы гербицидтерді "жылдам, бірақ реттелген" тәртіппен тоқтатуға бұйрық берді. 1980 жылдары Меселсон Лаостағы Хмонг тайпасына қарсы қолданылған "сары жаңбырдың" кеңес токсиндік қару екендігі туралы айыптауларды зерттеді. Аталмыш заттың физикалық сипаттамасы мен жоғары тозаң құрамы, шабуылдардың балдырлардың ұшу кезінде шашыратын нәжісіне ұқсастығы (бұл туралы ол және энтомолог Томас Сили 1983 жылы Таиландтағы далалық зерттеу кезінде анықтаған); АҚШ және Ұлыбританияның мемлекеттік зертханаларының аталмыш заттың үлгілерінде және зардап шеккендердің биомедициналық үлгілерінде трихотецен микотоксиндерінің бар екендігі туралы алғашқы хабарламаларды растай алмауы; Вьетнамдық әскери дезертирлер мен тұтқындармен жүргізілген жан-жақты сұхбаттардан алынған нақты дәлелдердің болмауы және басқа да факторларды ескере отырып, Меселсон және оның әріптестері бұл айыптаулар негіссіз екенін мәлімдеді. 1980 жылдың сәуір айында Меселсон КГБ-ның Свердловск қаласындағы адамдар арасындағы антракс індетіне қатысты тергеуіне тұрақты кеңесші ретінде қатысты. Ол қолда бар мәліметтерге сүйене отырып, індеттің себебі жұқтырған малдың етін жеу болды деген ресми кеңестік түсіндірме ықтимал екенін, бірақ тәуелсіз ішкі тергеу жүргізілуі керек деген қорытындыға келді. Кеңес Одағының құлауынан кейін ол 1992 және 1993 жылдары Свердловскіге командамен баруға рұқсат алды. Олардың есебінде ресми кеңестік түсіндірме дұрыс емес екені және індеттің себебі қаланың әскери биологиялық объектісінен тараған антракс аэрозолі болғаны нақты көрсетілді. Меселсон АҚШ Ұлттық ғылым академиясының, Америка өнер және ғылым академиясының, Америка философиялық қоғамының, Париж ғылым академиясының, Лондон Корольдік қоғамының және Ресей ғылым академиясының мүшесі болып табылады және ғылым және қоғамдық істер саласында көптеген марапаттар мен құрметтерге ие болды. Ол Ұлттық ғылым академиясының кеңесінде, Смитсонов институтының кеңесінде, АҚШ Мемлекеттік хатшысының қару-жарақтарды бақылау және таратпау жөніндегі кеңесшілер кеңесінде және АҚШ Ұлттық ғылым академиясының халықаралық қауіпсіздік және қару-жарақтарды бақылау комитетінде қызмет етті. Ол Америка ғалымдары федерациясының бұрынғы президенті, қазір Гарвардтың химиялық және биологиялық қарулар жөніндегі Сассекс бағдарламасының бірлескен директоры және Гарвард университетінің Джон Ф. Кеннеди атындағы мемлекеттік басқару мектебінің Бельфер ғылым және халықаралық қатынастар орталығының директорлар кеңесінің мүшесі болып табылады.

Жеке өмір

Ол үш рет үйленді, бірінші әйелі Кэтрин Кейнис, содан кейін Сара Пейдж болды, одан екі қызы – Эми мен Зои дүниеге келді. Үшінші некесі Жанна Гиллеминмен тізілді, олардың екі өгей ұлы бар.