Эрвин Чаргафф: Американдық биохимик және ДНК зерттеушісі

Кіріспе

Американдық биохимик (1905–2002)

Эрвин Шаргафф (11 тамыз 1905 – 20 маусым 2002) – австро-венгрлік туған, нацистік кезеңде АҚШ-қа эмиграциялаған американдық биохимик, жазушы, Буковиналық еврей және Колумбия университетінің медицина мектебінде биохимия профессоры. Ол жақсы пікір алған «Гераклиттік от: Табиғатқа дейінгі өмірден эскиздер» атты автобиографиясын жазды.

Ерте өмір

Шаргафф 1905 жылғы 11 тамызда Буковина герцогтығының Черновиц қаласында еврей отбасында дүниеге келді, қазіргі Украинаның Черновцы қаласы. Бірінші дүниежүзілік соғыс басталғанда, оның отбасы Венаға көшті, онда ол Максимилиан гимназиясында (қазіргі Васагасса гимназиясы) оқыды. Одан кейін Вена технологиялық колледжіне (Вена техникалық жоғары мектебі) түсті, онда болашақ әйелі Вера Бройдомен танысты. 1924-1928 жылдары Шаргафф Венада химияны оқыды және Фриц Фейгльдің жетекшілігімен докторлық диссертациясын қорғады. 1928 жылы Вера Бройдоға үйленді. Шаргаффтың бір ұлы болды – Томас Шаргафф. 1925 жылдан 1930 жылға дейін Шаргафф Йель университетінде органикалық химия бойынша Милтон Кэмпбелл зерттеушісі болды, бірақ оған Нью-Хейвен, Коннектикут қаласы ұнаған жоқ. Шаргафф Еуропаға қайтып келді, ол 1930 жылдан 1934 жылға дейін өмір сүрді, алдымен Берлин университетінің бактериология және халық денсаулығы кафедрасының химия бөлімінің ассистенті (1930-1933) қызметін атқарды, содан кейін нацистердің яһудилерге қарсы саясаты салдарынан Германиядағы лауазымынан кетуге мәжбүр болды және Париждегі Пастер институтында ғылыми қызметкер (1933-1934) болып жұмыс істеді.

Колумбия университеті

1935 жылы Чаргафф Манхэттенге, Нью-Йорк қаласына көшіп келіп, Колумбия университетінің биохимия кафедрасында ғылыми қызметкер болып жұмыс істеді, және кәсіби өмірінің көп бөлігін осы жерде өткізді. 1938 жылы Чаргафф профессордың көмекшісі, ал 1952 жылы профессор атанды. 1970-1974 жылдары кафедра меңгерушісі қызметін атқарғаннан кейін Чаргафф профессор-эмеритус ретінде зейнеткерлікке шықты. Профессор-эмеритус лауазымынан кейін Чаргафф зертханасын Рузвельт ауруханасына көшірді, онда 1992 жылы зейнетке шыққанға дейін жұмысын жалғастырды. 1940 жылы ол АҚШ азаматы болды. Колумбия университетінде жұмыс істеген кезінде Чаргафф хроматографиялық әдістерді пайдалана отырып, ДНК сияқты нуклеин қышқылдарын зерттеуге арналған көптеген ғылыми мақалалар жариялады. 1944 жылы Освальд Эйвери молекуланы тұқым қуалаудың негізі ретінде анықтағаннан кейін ол ДНК-ға қызығушылық танытты. Коэннің айтуынша: "Осы кезеңдегі ғалымдардың арасында Чаргафф ғана Эйверидің ерекше мақаласын қабылдап, ДНК-лар арасындағы генетикалық айырмашылықтар осы заттардың химиялық айырмашылықтарында көрініс табуы керек деген қорытындыға келді. Ол осы гипотезаны тексеру үшін зертханасын қайта ұйымдастырған алғашқы биохимик болды және 1949 жылы оны дәлелдеді". Бұл кейіннен Чаргаффтың бірінші қағидасы ретінде танылды. Оның ДНК-ны зерттеудегі табыстарына қағаз хроматографиясының инновациясы және коммерциялық түрде қолжетімді ультракүлгін спектрофотометр аспабы үлкен үлес қосты.

Шаргаффтың ережелері

Эрвин Чаргаффтың жұмысының негізгі тұжырымдары қазір Шаргаффтың ережелері деп аталады. Ең алғашқы және ең танымал жетістігі – табиғи ДНҚ-да гуанин бірліктерінің саны цитозин бірліктерінің санына, ал аденин бірліктерінің саны тимин бірліктерінің санына тең екенін көрсету болды. Мысалы, адам ДНК-сында төрт негіз мына пайыздық үлесте кездеседі: A=30,9% және T=29,4%; G=19,9% және C=19,8%. Бұл ДНҚ-ның негіз жұптарынан тұратынына күшті меңзеу жасады, бірақ Чаргафф бұл байланысты тікелей айтпады. Осы зерттеулері үшін Чаргафф тетрануклеотид гипотезасын (ДНК көптеген GACT қайталануларынан құралған деген Фоб Левеннің кеңінен қабылданған гипотезасы) жоққа шығарды. Көптеген зерттеушілер бұрын эквимолярлық негіз қатынастарынан (G = A = C = T) ауытқулар эксперименттік қатеге байланысты деп есептеген, бірақ Чаргафф бұл ауытқудың нақты екенін, [C + G] әдетте аздау болатынын дәлелдеді. Ол тәжірибелерін жаңадан дамытылған қағаз хроматографиясы және ультракүлгін спектрофотометрімен жүргізді. 1952 жылы Чаргафф Кембриджде Фрэнсис Крик пен Джеймс Д. Уотсонмен кездесті және жеке қарым-қатынас орнатпаса да, оларға өз тұжырымдарын түсіндірді. Чаргаффтың зерттеулері кейін Уотсон мен Крик зертханалық тобына ДНҚ-ның қос спиральді құрылымын анықтауға көмектесті. Чаргаффтың екінші ережесі – ДНК құрамы түрлерге қарай өзгереді, әсіресе А, Г, Т және С негіздерінің салыстырмалы мөлшері бойынша. ДНҚ-да болмайды деп есептелген молекулалық әртүрліліктің осындай дәлелі ДНҚ-ны ақуыздан гөрі генетикалық материалға сенімді кандидат етті. Чаргаффтың екінші теңдік ережесінің бірінші эмпирикалық жалпылауын, Симметрия принципін Винаякумар В. Прабху 1993 жылы ұсынды. Бұл принципке сәйкес, кез келген олигонуклеотидтің жиілігі оның толықтырғыш кері олигонуклеотидінің жиілігіне шамамен тең болады. Теориялық жалпылауды 2011 жылы Мишель Е. Б. Ямагиши мен Роберто Х. Херай математикалық тұрғыдан шығарды.

Key conclusions from Erwin Chargaff's work are now known as Chargaff's rules. The first and best known achievement was to show that in natural DNA the number of guanine units equals the number of cytosine units and the number of adenine units equals the number of thymine units. In human DNA, for example, the four bases are present in these percentages: A=30.9% and T=29.4%; G=19.9% and C=19.8%. This strongly hinted towards the base pair makeup of the DNA, although Chargaff did not explicitly state this connection himself. For this research, Chargaff is credited with disproving the tetranucleotide hypothesis (Phoebus Levene's widely accepted hypothesis that DNA was composed of a large number of repeats of GACT). Most researchers had previously assumed that deviations from equimolar base ratios (G = A = C = T) were due to experimental error, but Chargaff documented that the variation was real, with [C + G] typically being slightly less abundant. He did his experiments with the newly developed paper chromatography and ultraviolet spectrophotometer. Chargaff met Francis Crick and James D. Watson at Cambridge in 1952, and, despite not getting along with them personally, he explained his findings to them. Chargaff's research would later help the Watson and Crick laboratory team to deduce the double helical structure of DNA. The second of Chargaff's rules is that the composition of DNA varies from one species to another, in particular in the relative amounts of A, G, T, and C bases. Such evidence of molecular diversity, which had been presumed absent from DNA, made DNA a more credible candidate for the genetic material than protein. The first empirical generalization of Chargaff's second parity rule, called the Symmetry Principle, was proposed by Vinayakumar V. Prabhu in 1993. This principle states that for any given oligonucleotide, its frequency is approximately equal to the frequency of its complementary reverse oligonucleotide. A theoretical generalization was mathematically derived by Michel E. B. Yamagishi and Roberto H. Herai in 2011.

Кейінгі өмірі

1950 жылдардан бастап Чаргафф молекулалық биология саласының жетіспеушіліктері туралы үнсіздік танытпай айта бастады, молекулалық биология "бақытсыздыққа ұшырап, ешқашан ақталуы мүмкін емес нәрселер жасап жатыр" деп мәлімдеді. Ол адам білімінің табиғат әлемінің күрделілігімен салыстырғанда әрдайым шектеулі болатынына және адамдар әлемді машина деп есептегенде, тіпті оның қалай жұмыс істейтінін толық біле алады деп ойлағанда да қауіпті екеніне сенді. Сондай-ақ, өзара тәуелділік пен байланыстың күрделі жүйесі ретінде қызмет ететін әлемде, тіршіліктің генетикалық инженериясы сөзсіз күтпеген салдарларға алып келеді деп ойлады. 1978 жылы жарық көрген "Гераклит оты" атты кітабында Чаргафф "молекулалық Аушвиц" туралы ескертіп, "гендік инженерия технологиясы ядролық технологияның пайда болуынан да қауіпті, себебі ол әлемге үлкен қауіп төндіреді. Биосфераға жасалған қайтарымсыз шабуыл – бұрынғы буын үшін естімеген, тіпті ойлап табуға болмайтын нәрсе, мен тек менің буынымның оған кінәлі болмағанын тілеймін". Ол экстракорпоральды ұрықтану (ЭКО) әдісін қатты сынға алды. 1987 жылы "Молекулалық қорқынышты жасау" деген мақала Nature журналында жарияланды, оны Дэвид Алтон және оның барлық партиялық парламенттік өмірге қолдау көрсету тобының (APPPLG) әріптестері 1990 жылғы Адамды ұрықтандыру және эмбриология туралы заңнан туындауы мүмкін зиянды азайту мақсатында Вестминстердегі барлық депутаттарға жіберді. Чаргафф сол жылы, 2002 жылдың 20 маусымында Нью-Йорк қаласындағы Манхэттенде қайтыс болды. Ол Квинс округіндегі Кармел тауындағы зиратқа жерленген.

Жазушы кітаптары

Түсінбейтін құпиялар. Ғылым табиғат үшін және табиғатқа қарсы күрес ретінде. Штутгарт: Клет Котта, 1980,
Бемеркунген. Штутгарт: Клет Котта, 1981,
Ескерту тақталары. Өткен заман қазіргі заманға сөйлейді. Штутгарт: Клет Котта, 1982,
Болашаққа сын. Эссе. Штутгарт: Клет Котта, 1983,
Куәлік. Тіл және ғылым туралы очерктер. Штутгарт: Клет Котта, 1985,
Құнды сұрақтар, күмәнді ойлардың ABC. Бостон, Базель, Штутгарт: Биркхаузер, 1986
Әлем тарихына деген жек көру. Адам туралы фрагменттер. Штутгарт: Клет Котта, 1988,
Әліпбилік тізімдер. Штутгарт: Клет Котта, 1989,
Алдын ала соң. Үштің әңгімесі. Штутгарт: Клет Котта, 1990,
Мұра. Эсселер. Штутгарт: Клет Котта, 1992,
Тірі туралы. Таңдалған эсселер. Штутгарт: Клет Котта, 1993,
Кедей Америка – Кедей әлем. Штутгарт: Клет Котта, 1994,
Екінші өмір. Автобиографиялық және басқа мәтіндер. Штутгарт: Клет Котта, 1995,
Онын үшінші қабаттан көрініс. Штутгарт: Клет Котта, 1998,
Сезімдер жинағы. Туындыдан таңдау. Штутгарт: Клет Котта, 2002,
Лабиринттегі дауыстар. Табиғат және оның зерттелуі туралы. Штутгарт: Клет Котта, 2003.