Джошуа Ледерберг: Жизнь и научные открытия

Введение

Американский молекулярный биолог (1925–2008)

Джошуа Ледерберг, ForMemRS (23 мая 1925 – 2 февраля 2008) – американский молекулярный биолог, известный своими работами в области микробиальной генетики, искусственного интеллекта и космической программы США. Он был удостоен Нобелевской премии по физиологии и медицине в 1958 году в возрасте 33 лет за открытие способности бактерий к спариванию и обмену генетическим материалом (бактериальная конъюгация). Премию он разделил с Эдвардом Тейтумом и Джорджем Бидлом, получившими награду за их вклад в генетику. Помимо своих достижений в биологии, Ледерберг провел масштабные исследования в области искусственного интеллекта, включая работу в рамках экспериментальных программ NASA по поиску жизни на Марсе и разработку экспертной системы Dendral в области химии.

Ранние годы и образование

Ледерберг родился в Монтклэре, штат Нью-Джерси, в еврейской семье, сыном Эстер Голденбаум Шульман Ледерберг и раввина Цви Хирша Ледерберга, в 1925 году, и в младенчестве переехал в Вашингтон-Хайтс, Манхэттен. У него было два младших брата. Ледерберг окончил школу Стьювесант в Нью-Йорке в 15 лет в 1941 году. После окончания школы ему предоставили лабораторное пространство в рамках Американского института науки, предшественника конкурса "Поиск талантов Westinghouse". В 1941 году он поступил в Колумбийский университет, где изучал зоологию. Под руководством Фрэнсиса Дж. Райана он проводил биохимические и генетические исследования на хлебной плесени Neurospora crassa. Собираясь получить степень доктора медицины и выполнить свои воинские обязательства, Ледерберг в 1943 году работал санитаром в клинико-патологической лаборатории военно-морского госпиталя Сент-Олбанс, где он исследовал образцы крови и кала моряков на наличие малярии. Он получил степень бакалавра в 1944 году.

Бактериальная генетика

Джошуа Ледерберг начал медицинское обучение в Колумбийском колледже врачей и хирургов, продолжая проводить эксперименты. Вдохновленный открытием Освальда Эйвери важности ДНК, Ледерберг начал исследовать свою гипотезу о том, что, вопреки общепринятому мнению, бактерии не просто передают точные копии генетической информации, делая все клетки в потомстве по сути клонами. После незначительного прогресса в Колумбии, Ледерберг написал Эдварду Тэтуму, научному руководителю Райана после постдокторантуры, с предложением о сотрудничестве. В 1946 и 1947 годах Ледерберг взял академический отпуск, чтобы учиться под руководством Тэтума в Йельском университете. Ледерберг и Тэтум показали, что бактерия Escherichia coli вступает в половую фазу, в течение которой она может обмениваться генетической информацией посредством бактериальной конъюгации. Благодаря этому открытию и частичному картированию хромосомы E. coli, Ледерберг смог получить степень доктора философии в Йельском университете в 1947 году. 13 декабря 1946 года Джошуа женился на Эстер Мириам Циммер (которая также была ученицей Эдварда Тэтума). Вместо того чтобы вернуться в Колумбию для завершения медицинского образования, Ледерберг принял предложение занять должность ассистент-профессора генетики в Университете Висконсина–Мэдисон. Его жена, Эстер Ледерберг, последовала за ним в Висконсин, где она получила докторскую степень в 1950 году. В 1951 году Джошуа Ледерберг и Нортон Зиндер показали, что генетический материал может передаваться от одного штамма бактерии Salmonella typhimurium к другому с использованием вирусного материала в качестве промежуточного этапа. Этот процесс называется трансдукцией. В 1956 году М. Лоуренс Морс, Эстер Ледерберг и Джошуа Ледерберг также открыли специализированную трансдукцию. Исследования в области специализированной трансдукции были сосредоточены на инфекции фагом лямбда E. coli. Трансдукция и специализированная трансдукция объяснили, как бактерии разных видов могут быстро приобретать устойчивость к одному и тому же антибиотику. Во время работы в лаборатории Джошуа Ледерберга Эстер Ледерберг также открыла фактор фертильности F, результаты чего были опубликованы совместно с Джошуа Ледербергом и Луиджи Лукой Кавалли-Сфорца. В 1956 году Общество бактериологов штата Иллинойс одновременно наградило Джошуа Ледерберга и Эстер Ледерберг медалью Пастера «за выдающийся вклад в области микробиологии и генетики». В 1957 году Джошуа Ледерберг основал кафедру медицинской генетики в Университете Висконсина–Мэдисон. Он также занимал должность приглашенного профессора бактериологии в Калифорнийском университете в Беркли летом 1950 года и в Мельбурнском университете (1957). В том же 1957 году он был избран членом Национальной академии наук.

Joshua Lederberg began medical studies at Columbia's College of Physicians and Surgeons while continuing to perform experiments. Inspired by Oswald Avery's discovery of the importance of DNA, Lederberg began to investigate his hypothesis that, contrary to prevailing opinion, bacteria did not simply pass down exact copies of genetic information, making all cells in a lineage essentially clones. After making little progress at Columbia, Lederberg wrote to Edward Tatum, Ryan's post doctoral mentor, proposing a collaboration. In 1946 and 1947, Lederberg took a leave of absence to study under the mentorship of Tatum at Yale University. Lederberg and Tatum showed that the bacterium Escherichia coli entered a sexual phase during which it could share genetic information through bacterial conjugation. With this discovery and some mapping of the E. coli chromosome, Lederberg was able to receive his Ph. D. from Yale University in 1947. Joshua married Esther Miriam Zimmer (herself a student of Edward Tatum) on December 13, 1946. Instead of returning to Columbia to finish his medical degree, Lederberg chose to accept an offer of an assistant professorship in genetics at the University of Wisconsin–Madison. His wife Esther Lederberg went with him to Wisconsin. She received her doctorate there in 1950. Joshua Lederberg and Norton Zinder showed in 1951 that genetic material could be transferred from one strain of the bacterium Salmonella typhimurium to another using viral material as an intermediary step. This process is called transduction. In 1956, M. Laurance Morse, Esther Lederberg and Joshua Lederberg also discovered specialized transduction. The research in specialized transduction focused upon lambda phage infection of E. coli. Transduction and specialized transduction explained how bacteria of different species could gain resistance to the same antibiotic very quickly. During her time in Joshua Lederberg's laboratory, Esther Lederberg also discovered fertility factor F, later publishing with Joshua Lederberg and Luigi Luca Cavalli Sforza. In 1956, the Society of Illinois Bacteriologists simultaneously awarded Joshua Lederberg and Esther Lederberg the Pasteur Medal, for "their outstanding contributions to the fields of microbiology and genetics". In 1957, Joshua Lederberg founded the Department of Medical Genetics at the University of Wisconsin–Madison. He has held visiting professorship in Bacteriology at the University of California, Berkeley in summer 1950 and University of Melbourne (1957). Also in 1957, he was elected to the National Academy of Sciences.

Исследования после Нобелевской премии

В 1958 году Джошуа Ледерберг получил Нобелевскую премию и переехал в Стэнфордский университет, где он был основателем и председателем Департамента генетики. Он сотрудничал с Фрэнком Макфарлейн Бернетом в изучении вирусных антител. В 1959 году Ледерберг был избран в Американскую академию искусств и наук, а в 1960 году – в Американское философское общество. В 1960-х годах он сотрудничал с Эдвардом Файгенбаумом в отделе компьютерных наук Стэнфорда для разработки DENDRAL. В 1978 году он стал президентом Университета Рокфеллера, занимая эту должность до 1990 года, после чего стал профессором-эмеритом молекулярной генетики и информатики в Университете Рокфеллера, что отражает его обширные исследования и публикации в этих дисциплинах. На протяжении всей своей карьеры Ледерберг был активным научным советником правительства США. Начиная с 1950 года, он входил в состав различных комиссий Президентского научного консультативного комитета. В 1979 году он стал членом Совета по науке при Министерстве обороны США и председателем Президентской комиссии по борьбе с раком при президенте Джимми Картере. В 1989 году он был удостоен Национальной медали в области науки за вклад в научный мир. В 1994 году он возглавил целевую группу Министерства обороны по изучению последствий войны в Персидском заливе для здоровья, которая расследовала синдром войны в Персидском заливе. Во время фактологической миссии 1986 года по изучению эпидемии сибирской язвы в Советском Союзе в 1979 году, в результате которой в городе Свердловске, ныне Екатеринбурге, Россия, погибли 66 человек, Ледерберг поддержал советскую версию о том, что вспышка сибирской язвы произошла в результате передачи от животных к человеку, заявив: «Вокруг каждой эпидемии распространяются дикие слухи». «Текущий советский отчет, скорее всего, верен». После распада Советского Союза и последовавших за этим расследований США в начале 1990-х годов группа ученых подтвердила, что вспышка была вызвана выбросом аэрозоля возбудителя сибирской язвы с близлежащего военного объекта; эта утечка из лаборатории является одной из самых смертоносных, когда-либо задокументированных.

Награды и награды

Медаль Бенджамина Франклина за выдающиеся достижения в науке Американского философского общества, 2002 год. Президентская медаль Свободы, 2006 год. В 2012 году в честь Ледерберга был назван крупный ударный кратер диаметром 87 км в области Ксанте-Терра на поверхности Марса.

Личное

В 1946 году Ледерберг женился на своей коллеге-ученом Эстер Мириам Циммер; они развелись в 1966 году. В 1968 году он женился на психиатре Маргарите Стайн Кирш. Его пережили Маргарита, их дочь Энн Ледерберг и его пасынок Дэвид Кирш.