Михаэль Хайдельбергер: Иммунологияның негізін қалаушысы

Кіріспе

Американдық иммунолог (1888–1991)

Майкл Хайдельбергер (29 сәуір 1888 – 25 маусым 1991) – американдық иммунолог, көбінесе қазіргі иммунологияның әкесі деп есептеледі. Ол Освальд Эйверимен бірге пневмококк полисахаридтерінің антигендер екенін көрсетті, соның арқасында антиденелердің ақуыздар екенін дәлелдеді. Ол мансабының басындағы көп бөлігін Колумбия университетінде өткізді, ал кейінірек Нью-Йорк университетінің профессоры болып оған шамалас уақыт жұмсады. 1934 және 1936 жылдары Гуггенхайм стипендиясын алды. 1967 жылы Ұлттық ғылым медалімен марапатталды, ал 1953 және 1978 жылдары негізгі медициналық зерттеулер үшін Ласкер сыйлығына ие болды. Оның еңбектері Мэриленд штатының Бетезда қаласындағы Ұлттық медицина кітапханасында сақтаулы.

Ерте өмір

Хайдельбергер 1888 жылы Нью-Йорк қаласында Дэвид пен Фанни Камп Хайдельбергердің еврей отбасында дүниеге келді. Оның әкесі саяхаттап сатумен айналысса, анасы үй шаруасымен шұғылданды. Майклдың ағасы туғаннан кейін көп ұзамай қайтыс болды, ал кіші інісі Чарльз Майклдан 21 ай өткен соң дүниеге келді. Әкесінің әкесі, сондай-ақ Майкл аталған, 1840 жылдардың басында Германиядан АҚШ-қа эмиграциялаған еврей болатын. Хайдельбергердің әкесі тек бастауыш мектепті бітірген, ал жылдың жартысын терезе перделерін сатумен жолда өткізетін. Үй шаруасын басқару және Майклдың біліміне қарайтын міндет Хайдельбергердің анасына жүктеліпті. Ол Вирджиния штатының Норфолк қаласындағы жеке қыздар мектебін бітіргеннен кейін, бір жыл Германиядағы туыстарымен бірге тұрды. Майкл он екі жасқа толғанға дейін анасы оны және кіші інісін үйде оқытты. Олар классикалық концерттерге қатысып, дастарқан басында неміс тілінде сөйлеуге үйренді, ал жақын жердегі Орталық саябаққа серуендегенде француз тілін үйренді. Кейіннен ол ғылыми диссертациялардың маңызды бөлігі болған тілдердегі алғашқы білімін бағалай бастады. Хайдельбергер сегіз жасында химияшы болғысы келетінін шешті, бірақ бұл шешімінің себебін ешқашан толыққанды түсіндіре алмады, тіпті еске түсіре алмады. Кейіннен ол мұны "қатыгездік идеясынан" артық емес деп санады. Ол ресми түрде ботаника, зоология, физика және химияны Ethical Culture School-де оқығанға дейін үйде дәрі-дәрмектермен және сол кездегі балаларға арналған химия жиынтықтарындағы қарапайым ингредиенттермен тәжірибе жасады. Бұл мектеп Нью-Йорктің Жоғарғы Батыс жағындағы жеке мектеп болды және оның ата-анасы мүше болған Ethical Culture Society гуманистік діни қозғалысымен байланысты болды. Өмір бойы мектеппен байланысын сақтап, әр жыл сайын студенттер топтарын өз зертханасына шақырып тұрды. Хайдельбергер музыканы ұнататын және мектеп оркестрінде кларнет ойнай бастады. Оның таланты соншалық еді, концерттік музыканттар оны музыкада кәсіби мансап жасауға ынталандырды. Бірақ ол үшін бұл "басты демалыс" болды. Ол өмірі бойы бірдей екі қолмен жасалған ағаш аспапты – B flat және A кларнеттерін пайдаланды, оларды өзімен бірге алып жүріп, конференцияларда немесе достарының үйлерінде камералық музыка ойнады.

Heidelberger was born in 1888 in New York City to a Jewish couple, David and Fannie Campe Heidelberger, a traveling salesman and a homemaker respectively. An older brother had died shortly after birth; a younger brother, Charles, was born 21 months after Michael. His paternal grandfather, also named Michael, was a German Jew who had emigrated to the United States in the early 1840s. Heidelberger's father had only an elementary school education, and was on the road for six months out of the year selling window curtains. It fell to Heidelberger's mother to take charge of the household and of Michael's education. She had attended a private girls' school in Norfolk, Virginia, and after graduation had stayed with relatives in Germany for a year. Until Michael was twelve, she taught him and his younger brother at home. They attended classical concerts, had to speak German at the table, and were taught French by a nanny during outings to nearby Central Park. Later in life he came to appreciate his early training in languages that were central to scientific discourse during the first half of the twentieth century. Heidelberger decided at age eight that he wanted to be a chemist, for reasons he could never quite articulate or recall, but which he later judged no more than a "pigheaded idea". He experimented at home by mixing medicines and the very basic ingredients included in children's chemistry sets of the time, until he began his formal training in botany, zoology, physics, and chemistry at the Ethical Culture School, a private high school on New York's Upper West Side founded by the Ethical Culture Society, a Humanist religious movement of which his parents were members. He maintained a connection with the school throughout his life, inviting student groups to visit his laboratory every year. Heidelberger loved music and started playing the clarinet in the high school orchestra. Heidelberger was talented enough that concert musicians encouraged him to consider a professional career in music. Instead, it became his "chief relaxation." He played the same two handmade wood instruments, a B flat and an A clarinet, all of his life, taking them with him wherever he went to join in chamber music performances at conferences or at the homes of friends.

Білім беру және ғылыми-зерттеу ісінің алғашқы кезеңдері

1905 жылы Хайдельбергер Колумбия университетіне қабылданғанда, оның отбасы мектепке жақын болу үшін Манхэттеннің Солтүстік-Батыс бөлігіне көшті. Ол өмірінің соңына дейін сол жерде тұрды. Колумбия университетінен барлық академиялық дәрежелерін алды, соның ішінде 1911 жылы органикалық химиядан докторлық диссертациясын қорғады. Оның диссертациясы квиназолин аналогтарына қатысты, ал оның ғылыми жетекшісі Марстон Тейлор Богерт бұл алкалоидтардың фталь қышқылымен қосылғанда пайдалы бояулар беретініне үміттенеді (бірақ Хайдельбергер дәлелдегендей, бұл дұрыс болмады). Студенттік кезінде ол әпсанадан кейін жұма күндері Вирджиния шұжығын қала маңындағы қонақүйлерге және көтерме саудагерлерге сату арқылы өзін асырады, аптасына 50 долларға дейін табады, сондай-ақ Нью-Джерси штатының Хобокен қаласындағы Стивенс институтында Ирвинг Лангмюрдің жетекшілігімен аналитикалық химиядан сабақ берді. Ғылым докторын қорғағаннан кейін ата-анасының ынтасымен Хайдельбергер бұрынғы отбасылық дәрігері Сэмюэл Дж. Мелтцермен кездесуді ұйымдастырды. Мелтцер оны бала кезінде қызбадан емдеген және кейіннен жаңадан құрылған Рокфеллер медициналық зерттеу институтының Физиология кафедрасының алғашқы меңгерушісі болған еді. Мелтцер Хайдельбергерге ғылыммен айналыспауға кеңес берді, себебі «ғылым кедей баласы үшін лайықты мамандық емес». Хайдельбергер Мелтцердің ғылымға деген адалдығын сынап бағалап отырғанын тез түсінді және ол химик болғысы келетінін мәлімдеді. Мелтцер ол кездесуге келісіп, оны институттың химиктері – Фёбус А. Т. Левен, Дональд Д. Ван Слайк және Уолтер А. Джейкобспен кездесуге жіберді. Олар оған Еуропаға докторантурадан кейінгі тағылымдамаға баруға кеңес берді, бұл сол кезде АҚШ-тың жетекші зерттеу университетінде қызметке орналасқысы келген кез келген ғалым үшін қажетті талап еді. Хайдельбергер олардың кеңесін қабылдап, 1911 жылы Цюрихке барып, органикалық химия және болашақ Нобель сыйлығының лауреаты Рихард Вильштеттердің зертханасында бір жыл жұмыс істеді. Ол сол жерде органикалық зерттеулерде маңызды рөл атқаратын циклооктатетраеннің синтезін жетілдірді. Вильштеттер өзінің қаражаты аз американдық студентіне зертханалық жабдықтардың құнын бөлісіп, күміс нитраты сияқты қымбат материалдарды сатып алу кезегінде оның төлеуіне мүмкіндік берді, ал Хайдельбергер күкірт қышқылы сияқты арзан материалдарды сатып алуға кезегін күтті. «Осыдан жақсы тәлім алу мүмкін емес еді», - деді Хайдельбергер Вильштеттермен алған тәжірибесін бағалай отырып. Олар Вильштеттердің 1938 жылы Германиядан қашуынан бастап, 1942 жылы Швейцарияда қайтыс болғанға дейін үш онжылдық бойы дос болып қалды. Цюрихтен оралғанда Германиядағы туыстарына барып қайтқан Хайдельбергерге әкесінен Рокфеллер институтының мүшелігіне қатысты ұсыныс келгені туралы телеграмма алды, бірақ бұл ұсыныс жеке сұхбаттан және институт директоры Саймон Флекснердің мақұлдауынан өтуі керек еді.

When Heidelberger entered Columbia University in 1905, his family moved to the Upper West Side so that he could live nearer to the school. He resided there for the rest of his long life. He received all of his academic degrees from Columbia, culminating with a Ph. D. in organic chemistry in 1911. His dissertation dealt with quinazoline analogs, alkaloids that his adviser, Marston Taylor Bogert, hoped—wrongly, as Heidelberger proved—would produce useful dyes when combined with phthalic acid. As a student he supported himself by selling Virginia hams to hotels and wholesale grocers around the city on Friday afternoons, earning up to $50 per week, and by teaching analytical chemistry under Irving Langmuir at Stevens Institute in Hoboken, New Jersey. Urged on by his parents, Heidelberger after graduation with his Ph. D. arranged for a visit with his former family physician, Samuel J. Meltzer, who had seen him through typhoid fever as a young child and who had since become the first chair of the Department of Physiology at the newly founded Rockefeller Institute of Medical Research. Meltzer curtly advised Heidelberger that he ought not to go into science, because "science is no profession for a poor man's son." Heidelberger quickly realized that Meltzer was testing his commitment to science, and he insisted that he wanted to become a chemist. Meltzer relented, and sent him on to meet with the institute's chemists, Phoebus A. T. Levene, Donald D. Van Slyke, and Walter A. Jacobs, whom Heidelberger found assembled over tea. They advised him to go to Europe for postdoctoral training, then a requirement for any scientist who wanted to find a position at a leading research university in the United States. Heidelberger took their advice and in 1911 went to Zürich to work for a year in the laboratory of the organic chemist and future Nobel Laureate Richard Willstätter at the Eidgenössische Technische Hochschule. There he perfected the synthesis of cyclooctatetraene, an important intermediate in organic research. Willstätter helped his somewhat impecunious American student by sharing the cost of laboratory supplies with him, arranging that when expensive materials, such as silver nitrate, were to be bought, it was his turn to pay, while Heidelberger took turns buying cheaper materials like sulfuric acid. "Better training than that you couldn't have," Heidelberger summed up his experience with Willstätter. They remained friends for three decades, through Willstätter's flight from Germany in 1938 and until his death in Switzerland in 1942. While visiting relatives in Germany on his return from Zürich, Heidelberger received a telegram from his father relating an offer of a position of Fellow of the Rockefeller Institute, conditional upon a personal interview and approval by the institute's director, Simon Flexner.

Рокфеллер институты

Хайдельбергер сынақтан өтті және 1912 жылдың қыркүйегінде Уолтер Абрахам Джейкобстың зертханасында полиомиелитпен ауыратын маймылдардың өмірін ұзартатын сияқты көрінетін гексаметилен тетраминнің туындысы бойынша жұмыс істей бастады, ал Флекснер оны адамдарда қолдануға бейімдеуге үміттенді. Алғашында нәтижелер үміттендіргендей болды, бірақ кейін Хайдельбергер мен Джейкобс оларды вирустың әлсіреуіне байланысты деп түсіндірді. 1915 жылдың жазында, Нью-Йорк штатының Платсбург қаласындағы офицерлік дайындық лагеріне қатысып, Бірінші дүниежүзілік соғысқа АҚШ-ты дайындау қозғалысының аясында, Майн штатындағы Кезар көліне демалысқа барды. Перголезенің "Нина" пьесасын орындағаннан кейін, оның пианинода сүйемелдеген музыканты: «Нинамен танысыңыз!» деді, сосын жас келіншек, Нина Ташо ішке кірді. 1916 жылы олар Хайдельбергердің өзі шығарған үйлену маршының үнімен үйленді. Ол Нью-Йорк бөліміндегі Әйелдер сайлау құқығы лигасының мүшесі және жазушы, сондай-ақ 1940 жылдары Біріккен Ұлттар Ұйымының Америкалық қауымдастығында белсенді болды. 1946 жылы қатерлі ісіктен қайтыс болғаннан кейін, Хайдельбергер Біріккен Ұлттар Ұйымы атынан жұмысын жалғастырды және Прага, Бангкок және басқа қалаларда өткен Біріккен Ұлттар Ұйымының Дүниежүзілік Федерациясының мәжілістеріне АҚШ делегациясының құрамында қатысты. Ол екінші әйелі Шарлотта Розенмен концертте танысты. Ол Хайдельбергердің Моцарт триосында виолоншист болды. Олар 1956 жылы үйленді. Ол 1988 жылы қайтыс болғанға дейін он жыл бойы Альцгеймер ауруымен ауырып жатқан әйеліне үйде күтім жасады. 1917 жылдың сәуір айында АҚШ Германияға соғыс жариялағаннан кейін, Хайдельбергер Санитарлық корпусына қабылданып, Рокфеллер институтына жіберілді. Ол Джейкобспен тоғыз жылдан астам бірлесіп жұмыс істеді және 44 ғылыми мақала жариялады. Олар жұқпалы ауруларды, әсіресе сифилис және африкалық ұйқы ауруын емдеу үшін көптеген химиотерапиялық препараттарды, атап айтқанда, хош иісті мырыштарды синтездеді. 1919 жылы олар Пауль Эрлихтің сифилиске қарсы «сиқырлы оғын» - Салварсанның түрін жасады, ол африкалық ұйқы ауруын қоздыратын трипаносомаларға қарсы тиімді болды. Флекснердің атымен аталған трипарсамидтің түрлері бүгінге дейін қолданылуда. 1953 жылы Африканың ұйқы ауруы эндемикалық болған Африканың бөліктеріне колониялық билік еткен Бельгия королі Хайдельбергер мен Джейкобсты олардың жаңалықтары үшін марапаттады. 1921 жылы Хайдельбергер Рокфеллер ауруханасындағы Дональд Д. Ван Слайк зертханасына ауысты, онда ол келесі екі жыл бойы Ван Слайктың қандағы оттегінің сіңірілуі мен бөлінуін зерттеуі үшін үлкен мөлшерде тазартылған оксигемоглобин дайындау әдісін жасады, оның оттегі тасымалдау қабілетін сақтап. 1922 жылы институтқа белгілі австриялық иммунолог және адамның қан топтарын ашқан Карл Ландштейнер келгенде, Хайдельбергер онымен бірге гемоглобиннің әртүрлі түрлерінің антигендік қасиеттерін зерттеуге кірісті. Хайдельбергер өмір бойы алғаш рет иммунологияны Ландштейнерден үйренгенін мақтан тұтты. Осы кезеңде бактериолог Освальд Эйвери Хайдельбергерге пневмококкты және басқа да көптеген бактерия түрлерін қаптайтын сфералық капсуладан тапқан «ерекше ерітілетін заттың» химиясын анықтауға көмектесу үшін жүгінді. 1923 жылы Хайдельбергер мен Эйвери осы капсулалық заттың пневмококктың нақты түрін және оның вируленттілігін анықтайтын полисахаридтерден, яғни үштен астам моносахаридтік бірліктерден тұратын көмірсутек молекулаларынан тұратындығын хабарлады. Олардың бұл жаңалығы антигендердің химиялық құрамы мен иммунологиялық ерекшелігі арасындағы байланысты алғаш рет анықтап, иммунология саласын биохимиялық негізге қойды. Сондай-ақ, ол антигендер ретінде тек ақуыздар ғана әрекет ете алады деген ғалымдар арасындағы кең таралған пікірді жоққа шығарды. Хайдельбергер өзінің қалған өмірін олармен бірге жасаған жаңалықтарының салдарын зерттеуге арнады. Ол пневмококк полисахаридтерінің құрылымын анықтап, талдады - содан бері жүзден астам түрлері табылды - сондай-ақ басқа микроорганизмдердің құрылымын және олардың иммундық реакциядағы рөлін зерттеді. 1927 жылы ол Рокфеллер институтын тастап, Синай тауындағы аурухананың химиялық зертханасының меңгерушісі болды. Бір жылдан кейін ол Колумбия университетінің дәрігерлер мен хирургтар колледжіне ауысты.

Heidelberger passed muster, and in September 1912 began working in Walter Abraham Jacobs' laboratory on a derivative of hexamethylene tetramine, a complex that seemed to prolong the life of monkeys suffering from polio, and that Flexner hoped could be adapted for use in humans. Results appeared promising at first, but Heidelberger and Jacobs later attributed them to loss of virulence of the virus. In the summer of 1915, after attending officer training camp in Plattsburgh, New York, for a proposed volunteer army (an outgrowth of the movement to prepare the United States for entry into World War I) and earning a commendation as a marksman, Heidelberger traveled to Lake Kezar in Maine for a vacation. After performing Pergolese's Nina there, his piano accompanist exclaimed, "meet Nina," and in walked a young lady, Nina Tachau. They were married in 1916 to the strains of a wedding march composed by Heidelberger. She was a writer and activist for the New York chapter of the League of Women Voters and, during the 1940s, for the American Association for the United Nations. After her death from cancer in 1946, Heidelberger continued her work on behalf of the United Nations, and was a member of the U. S. delegation to meetings of the World Federation of United Nations Organizations in Prague, Bangkok, and other cities. He met his second wife Charlotte Rosen at a concert. She was the violist in a Mozart trio in which Heidelberger performed. They married in 1956. For ten years prior to her death in 1988, he took care of her at home while she suffered from Alzheimer's disease. After the United States declared war on Germany in April 1917, Heidelberger was commissioned in the Sanitary Corps and assigned to the Rockefeller Institute. He continued to work with Jacobs, a collaboration that lasted more than nine years and produced 44 papers. They synthesized many chemotherapeutical drugs, namely aromatic arsenicals, for the treatment for infectious diseases, in particular syphilis and African sleeping sickness. In 1919 they developed a variant of Paul Ehrlich's "magic bullet" for syphilis, Salvarsan, which proved effective against trypanosomes, the parasites that cause African sleeping sickness. Variants of tryparsamide, as Flexner named it, continue to be administered today. In 1953 the king of Belgium, colonial ruler of parts of Africa in which African sleeping sickness had been endemic, honored Heidelberger and Jacobs for their discovery. In 1921 Heidelberger transferred to the laboratory of Donald D. Van Slyke at the Rockefeller hospital, where he spent the next two years developing a method for preparing large quantities of purified oxyhemoglobin, with its oxygen carrying capacity intact, for Van Slyke's studies of the uptake and release of oxygen in the blood. When Karl Landsteiner, the famous Austrian immunologist and discoverer of human blood groups, arrived at the institute in 1922, Heidelberger embarked with him on studies of the antigenic properties of different types of hemoglobin. Throughout his life Heidelberger was proud to state that he first learned immunology from Landsteiner. During this time Heidelberger was approached by the bacteriologist Oswald Avery to help him elucidate the chemistry of the "specific soluble substance" Avery and Alphonse R. Dochez had found in the spherical capsule that envelops pneumococcus and many other species of bacteria. In 1923, Heidelberger and Avery reported that this capsular substance, which determined the specific type of pneumococcus and, with it, its virulence, consisted of polysaccharides, carbohydrate molecules made up of more than three monosaccharide units. Their discovery for the first time established a relationship between chemical constitution and immunological specificity of antigens, thereby putting the field of immunology on a firm biochemical footing. It also disproved prevailing assumptions among scientists that only proteins could act as antigens. Heidelberger devoted the rest of his career largely to pursuing the consequences of his and Avery's seminal discovery. He identified and analyzed the structure of different pneumococcal polysaccharides—over one hundred have since been found—as well as of other microorganisms, and studied their role in immune reactions. In 1927 he left the Rockefeller Institute to become head of the chemical laboratory at Mount Sinai Hospital. A year later he moved to the Columbia University College of Physicians and Surgeons.

Колумбия университеті

Оның медицина бөлімінде кеңесші химик ретінде атқаратын қызметі оның жомарт мінезіне сай келді. Ол кеңсесінің есігін ашық ұстады, оны "42-ші көше мен Бродвей" деп атады, себебі ол жерге адам ағыны көп болатын. Кез келген адам, әсіресе жас зерттеушілер, ғылыми немесе саяси мәселелерді талқылауға және оның кеңесін алуға еркін келе берді. 27 жыл бойында ол полисахарид антиген химиясы туралы білімін пайдаланып, таза антиденелерді бөліп алу әдістерін, әсіресе тұнба реакциясын жасады. Ол осы антиденелердің ақуыз екенін дәлелдеді және оларды алғаш рет абсолютті салмақ бірліктерімен өлшеді. Ол және оның әріптестері Форрест Э. Кендалл (1899–1987) және Элвин А. Кабат тұнба және басқа иммундық реакциялардың сандық теориясын жасады. Бұл теория бойынша, мұндай реакциялар үш бөлек кезеңде жүзеге асады және антигендер мен антиденелер бивалентті немесе мультивалентті болып табылады, яғни олар әртүрлі пропорцияда бірігуі мүмкін. Осы нәтижелер Хайдельбергерге нәрестелердегі менингитке қарсы тиімді антисером, сондай-ақ пневмонияның бірнеше түріне қарсы қарапайым, бірақ тиімді вакцина жасауға мүмкіндік берді. Бұл вакцина 1944 жылы әскери әуе күштеріне шақырылған жастар арасында сәтті сынақтан өтті.

Кейінгі өмірі

1954 жылы Колумбия университетінен зейнеткерлікке шыққаннан кейін Хайдельбергер Ратгерс университетінің микробиология институтына, ал 1964 жылы Нью-Йорк университетінің медицина мектебіне көшті. Онда ол пневмококк полисахаридтерін және олардың әртүрлі антисера түрлерімен болатын қиылысқан реакцияларын зерттеуін жалғастырды, химиялық құрылымды иммунологиялық ерекшелікпен байланыстыру туралы өмірлік мақсатын іздеді. Ол 100 жасқа дейін толық жұмыспен айналысты, содан кейін 1991 жылы 103 жасында қайтыс болғанға дейін жартылай уақыт жұмыс істеді. Хайдельбергер өз еңбегі үшін он бес құрметті докторлық дәрежесін, сондай-ақ 46 медаль, мақтау қағаздарын және сыйлықтарды алды, оның ішінде 1953 және 1978 жылдары екі Альберт Ласкер сыйлығы, 1977 жылы Луиза Гросс Хорвиц сыйлығы, 1967 жылы президент Линдон Б. Джонсоннан Ұлттық ғылым медалі және 1964 жылы Париж қаласының қола медалі. Ол Ұлттық ғылым академиясының және Нью-Йорк медицина академиясының мүшесі болды, сондай-ақ Францияның Құрмет Легионының офицері атанды. Ол 1947 және 1949 жылдары Американдық иммунологтар қауымдастығының президенті қызметін екі рет атқарды. Екі рет те оның президенттік сөздерінде ғалымдар ядролық қарулануға қарсы тұруға және ұлттық адалдық пен қауіпсіздік атынан ғалымдар арасындағы халықаралық алмасуды шектеуге қарсылық танытуға шақырылды. Ол сондай-ақ Америка өнер және ғылым академиясының және Америка философиялық қоғамының мүшесі болды. Ол 20 ғасырдың әр онжылдығында ғылыми мақала жариялады. Докторант.