Кіріспе

Кембридждегі ғылыми-зерттеу институты Медициналық зерттеулер кеңесі (МКК) молекулалық биология зертханасы (LMB) - 1950-1960 жылдары молекулалық биологиядағы революцияға қатысқан Кембридждегі ғылыми-зерттеу институты. Содан бері ол ғылыми зерттеулердің алдыңғы шегінде, атомдық, молекулалық және жасушалық деңгейдегі негізгі биологиялық процестерді түсінуді жақсартуға арналған, көп салалы әдістерді қолдана отырып, осы білімді адам денсаулығының негізгі мәселелерін шешу үшін пайдалануға бағытталған ірі медициналық зерттеу зертханасы болып қалды. Кембридж биомедициналық кампусындағы бастапқы жерге жақын жерде салынған жаңа ғимаратты 2013 жылдың мамыр айында Королева Ұлылықпен ашты.

Шығуы: 1947-1961 жылдар

Макс Перутц органикалық химия бойынша бакалавриаттан кейін 1936 жылы Австриядан кетіп, Кембридж университетінің докторантурасына оқуға келді, Ж. Д. Берналь бастаған рентген кристаллографиялық топқа қосылды. Осы жерде, Кавендиш зертханасында, ол өмір бойы гемоглобинді зерттей бастады. Лорд Резерфордтың өлімі оның орнын басуына әкелді, Лоуренс Брэгг, рентген кристаллографиясының ізашарсы, 1938 жылы физиканың жаңа Кавендиш профессоры болды. Брэгг сол алғашқы күндері Перуц пен оның тобының негізгі қолдаушысы болды. Екінші дүниежүзілік соғыстан кейін физикалық ғылымнан көптеген ғалымдар биологияға бет бұрып, жаңа ойлау тәсілі мен тәжірибе алып келді. Джон Кендрю 1946 жылы гемоглобинге миоглобинге жақын ақуызды зерттеу үшін Перуц тобына қосылды. 1947 жылы Медициналық зерттеулер кеңесі (МКК) өзінің хатшысы Харольд Химсворттың басшылығымен "Биологиялық жүйелердің молекулалық құрылымын зерттеу жөніндегі МКК бөлімін" құруға және оған қолдау көрсетуге шешім қабылдады. 1948 жылы бұлшықеттермен жұмыс істейтін Хью Хакслиді де қамтыған топқа 1949 жылы бастапқыда ақуыз кристаллографиясында жұмыс істеген Фрэнсис Крик қосылды. 1951 жылы оларға Джеймс Уотсон қосылды. 1953 жылы керемет жыл болды: Уотсон мен Крик ДНК-ның қос спиральді құрылымын тапты, бұл биологиялық ақпараттың сызықтық құрылымда кодталғандығын және бұл ақпаратты жасушаның бөліну кезінде қалай қайталауға болатынын көрсетті. Перутц миоглобин мен гемоглобин сияқты ақуыздардың үш өлшемді құрылымын ауыр металл атомдарын таңбалау әдісін қолдана отырып, рентгендік талдау арқылы шешу мүмкін екенін анықтады. Хью Хаксли бұлшық еттің жиырылуы жылжушы жіптік механизм арқылы жұмыс істейтінін анықтады. 1957 жылы топтың атауы "МРК молекулалық биология бөлімі" деп өзгертілді. Сол жылы Вернон Инграм серпалы жасушалы анемия ауруының гемоглобин молекуласындағы бір ғана амин қышқылының өзгеруімен байланысты екенін анықтады және Сидни Бреннер Бөлмеге қосылды. 1958 жылы Криктің "Блок синтезі туралы" шолуы пайда болды: бұл алғаш рет молекулалық биологияның орталық догмасын, реттілік гипотезасын және адаптер гипотезасын ұсынды. 1961 жылы Бреннер хабаршы РНК-ны табуға көмектесті, сол жылы ол Крикпен бірге генетикалық кодты үштіктен оқып шығатынын анықтады. Бұл жұмыстың барлығы бір қабатты уақытша ғимаратта (Хужа), Остин қанатындағы бірнеше бөлмеде, шыныға тірек бөлмеде (Серіхана) және Кавендиш зертханасындағы қысқа жабық дәлізде (Галереяда) орындалды.

1962 жылы LMB ашылуы

МРК Кембридждің шетінде жаңа зертхана салды LMB оған Кавендиштік бөлім 1962 жылдың басында көшіп келді. Сонымен қатар, университеттің биохимия кафедрасында орналасқан Фред Сангердің бөлімі, сондай-ақ Лондондағы Аарон Клюг оларға қосылды. Сэнгер ақуыздағы амин қышқылдарының реттілігін анықтау әдістерін ойлап тапқан: ол инсулиннің бірінші ақуыздық реттілігі үшін 1958 жылы химия саласындағы Нобель сыйлығын алды. Жаңа зертхананы 1962 жылы Елизавета II ашты. Сол жылы Кендрю мен Перуц химия бойынша Нобель сыйлығын, ал Крик пен Уотсон физиология немесе медицина бойынша Нобель сыйлығын алды. LMB ғимараты жаңа Адденбрук ауруханасының кешеніне қосылды, өйткені ол 1970-ші жылдары салынған. Жаңа LMB-де Перуц төраға болды және 3 бөлім болды: Структуралық зерттеулер, Кендрю басқарды; Молекулалық генетика (Крик); Протеин химиясы (Сангер). Барлығы шамамен 40 ғалым болды, бірақ бұл сан тез өсті, әсіресе АҚШ-тан келген докторантурадан кейінгі қонақтардың көптігімен. Крик өзінің тербеліс гипотезасында тРНК молекулаларының оның бастапқы адаптерлері хабаршыны қалай оқитынын ұсынды. Сэнгер РНК молекулаларын, кейіннен ДНК молекулаларын тізбектеудің жаңа әдістерін ойлап тапты (ол үшін 1980 жылы химиядан екінші Нобель сыйлығын алды). Көп ұзамай бұл бағыт бүкіл геномдардың тізбесін анықтау үшін кеңейтілді, онда Джон Салстон басты рөл атқарды. ТРНК-ның алғы молекулалары функционалдық ТРНК-ны беру үшін қалай өңделеді, Джон Смит пен Сид Альтман түсіндірді, ал бұл кейін рибозимдердің ашылуына әкелді. Клюг (Nobel Prize for Chemistry 1982) алғашқы тРНК молекуласының атомдық құрылымын анықтап, мырыш саусақтарын тапты. АТФ синтезасының құрылымын Джон Э. Уокер мен Эндрю Лесли шешті, ол үшін Уокер 1997 жылы химия бойынша Нобель сыйлығын бөлісті. Ал 2016 жылы оның тобы каталитикалық реакциядан кейін бірден толық белсенді, субстратқа байланған күйде тұтқындалған сплайцесоманың алғашқы құрылымын жариялады. Рибосоманың құрылымын Венкатраман Рамакришнан анықтады, ол үшін 2009 жылы химия саласындағы Нобель сыйлығын алды.

1960 жылдар: Даму және C. elegans

1960 жылдардың аяғында молекулалық биологияда өте сәтті болған әдістерді қолданып, биологиядағы жаңа мәселелерді шешу мүмкін сияқты болды. Сидней Бреннер 1965 жылы C. elegans нематодының генетикасы бойынша жұмыс істей бастады. Бұл топ кеңейді, әсіресе көптеген шетелдік қонақтар, олар бүгінде C. elegans зерттеулерінің өзегін құрайды. Солстон бұл кішкентай құрттың жасушалық тұқымын анықтады, ал Джон Грэхам Уайт оның жүйке жүйесінің барлық схемасын жасады. Жасушалар желісін анықтауға көмектескен Роберт Хорвиц 2002 жылы Бреннер мен Сулстонмен бірге физиология немесе медицина саласындағы Нобель сыйлығын алды. Джонатан Ходжкин жынысты анықтауды басқаратын C. elegans-та генетикалық жолды анықтады. Джон Гурдон жабайы жұмыртқаның мРНК-ны аудару үшін қолданылуын дамытты, ол өзінің ертедегі жұмысы үшін 2012 жылғы физиология немесе медицина саласындағы Нобель сыйлығын бөлісті, бұл генетикалық ақпарат даму кезінде тұтас қалады. Питер Лоуренс үлгілердің қалыптасуын зерттеуге келіп, Drosophila-дағы бөліктер ұш денесінің құрылысын қалай анықтайтынын анықтауға көмектесті. Оның ықпалымен Крик морфогенетикалық градиенттерге және олардың биологиялық үлгілерді анықтауға қалай көмектесетіндігіне қызығушылық танытты.

Иммунология

Сесар Милштейн көп жылдар бойы антиденелердің өзгеруіне қатысты жұмыс істеді. Оған Жорж Кёлер қосылды және олар моноклоналды антиденелерді өндірудің жолын тапты. Бұл үшін олар 1984 жылы физиология немесе медицина саласындағы Нобель сыйлығын алды. Бұл аймақты Грег Винтер кеңейтті, ол 2018 жылы химия саласындағы Нобель сыйлығын бөліскен жаңа адам антиденелері мен антидене фрагменттерін жасау үшін фаг дисплейін қолдана отырып, антиденелер инженериясының ізашарсы болды. Моноклональды антиденелер мен олардың бөлшектері қазіргі кезде медициналық тұрғыдан аса маңызды. Майкл Нойбергер антиденелердің әртараптануы белсенділігімен деаминазаның белсенділігінен (цитидин) пайда болатын механизмді анықтады. Бұл негізгі жаңалық - организмдердің жаңа патогендерді тану үшін антителолардың әртүрлі репертуарын шығаратын молекулалық механизмді түсінудің кілті. Бұл физиологиядағы бағытталған мутагенез және ДНҚ жөндеудің рөлін түсінуде үлкен маңызға ие. Соңында, Нюбергер түсіндірген молекулалық механизмдер аналық без қатерлі ісігінің катаэгистің мутациялық үлгісін түсінуде үлкен маңызға ие болуы мүмкін. Өкінішке қарай, Майкл Нойбергер миеломадан қайтыс болды. Оның ирониясы оған да ұнаған.

Жасушалық биология

Классикалық молекулалық биологияға басымдық жасушалық биология мен дамуға ауысты, сондықтан молекулалық генетика бөлімін жасушалық биология деп атады. Марк Бречер адамның эритроциттік мембранасында белоктардың топтық орналасуын және оның фосфолипидтік асимметриясын анықтады. Ричард Хендерсон мен Найджел Унвин екі өлшемді массивтердің құрылымын анықтау үшін электронды кристаллографияны әзірледі, оны бактериялық қызғылт ақуызға, бактериородопсинге қолданды. Барбара Пирс клатринмен қапталған көпіршіктердің негізгі компоненттерін, эндоцитоз кезінде қалыптасқан құрылымдарды ашқан және олардың айналасындағы тор тәрізді тордың төменгі ажыратылуы анықталған. Белдіктердің жасушаның әртүрлі бөліктеріне мысалы, эндоплазмалық торға, Голджи аппаратына немесе плазмалық мембранаға қалай орналасатынын және оның жасушалық полярлылықтағы рөлін Бречер, Хью Пелхам және Шон Манро түсіндірді. Митоз кезінде хромосомалардың қозғалатын ошағы ретінде әрекет ететін ашытқы жасушаларындағы ірі құрылымдар орау полюс денелері тазартылды және олардың төменгі ажыратылатын құрылымын Джон Кильмартин шығарды. Хромосомалардың құрылымы қызығушылықтың жалғасы болды. Бұл зерттеуді ДНК-ның тұндыруының бірінші деңгейін - нуклеосоманы ашқан Роджер Корнберг бастады.

Нейробиология

1993 жылы нейробиологияның жаңа бөлімі құрылды. Найджел Унвин электронды кристаллографияны одан әрі дамытып, көптеген нейрондарды белсендіретін ацетилхолин рецепторларының құрылымын анықтады. Мишель Годерт Альцгеймер ауруына байланысты түрлі ақуыздарды анықтады.

Аспаптар

Ғылыми жетістіктер көбінесе технологиялық жетістіктерге байланысты: LMB олардың көпшілігінде алдыңғы қатарда болды. Негізгі мысалдардың бірі: нуклеин қышқылдарын секвенирлеу, ақуыздар мен антиденелер инженериясы, жаңа рентгендік жабдықтар жасау және сканерлік конфокалды микроскоптың өнертабысы. LMB-ден тыс жерде, бас компания MRC бесжылдық бағалауды жеңіл сипатқа ие етті: сыртқы комитет өткен жетістіктердің қысқаша түсіндірілуін және болашақ жоспарлардың қайда екендігі туралы мәлімет талап етті. Олардың ұсыныстары жай ғана кеңесші болды, дивизия басшыларына өз істерін қалай жүргізу керектігіне қатысты еркіндік берді: олар жақсы біледі деп есептеледі. LMB-де Перуцтің мәселелерді қалай реттеу туралы критерийі ғылым жасау әрекеті барлық деңгейде жеңілдетілуі керек болды. LMB-ның бір ғана бюджеті болды: жеке бюджеті немесе жабдықтары жоқ, барлығы ортақ болды. Оның заманауи жабдықтары бар және МРК-дан жақсы қаржыландырылады. Химиялық реагенттер, шыны бұйымдар және басқа да керек-жарақтар бір ғана қоймадан тек қолтаңбамен ғана алынуы мүмкін. Лабораторияның жұмыс істеуінің басты кілті - оның күнделікті жұмысын жүргізетін Майкл Фуллер болды. Бұл жерде ешкімнің ата-анасы бір-бірінен жоғары емес еді. Зертхананың көпшілігі асханада еркін кездесті, бұл бөлімдер арасындағы қарым-қатынас пен ынтымақтастыққа көмектеседі. және LMB ғалымдарының есімімен аталған төрт семинар залы бар: Сидней Бреннер, Аарон Клаг, Сезар Милштейн және Фредерик Сангер, сондай-ақ марқұм Макс Перутцтің есімімен аталған дәріс залы.

LMB-дегі топтар

2023 жылға қарай 50-ге жуық топ жетекшілері бар. Топтар LMB-нің төрт бөлімінің бірінің құрамына кіреді: жасуша биологиясы, нейробиология, ақуыз және нуклеин қышқылы химиясы және құрылымдық зерттеулер. 2023 жылға қарай топ басшыларына келесі адамдар кіреді: