Стэнли Фалькоу: Отец молекулярной микробиологической патогенеза.

Введение

Американский микробиолог

Стэнли "Стан" Фальков (англ. Stanley "Stan" Falkow; 24 января 1934 – 5 мая 2018) – американский микробиолог и профессор микробиологии в Джорджтаунском университете, Университете Вашингтона и Медицинской школе Стэнфордского университета. Фальков известен как основоположник области молекулярного микробиального патогенеза. Более 50 лет Фальков посвятил изучению молекулярных механизмов, посредством которых бактерии вызывают заболевания, и способов их нейтрализации. Его мать происходила из семьи еврейских иммигрантов из Польши. Она "сдавала несколько комнат в аренду, а затем открыла магазин корсетов". Из-за неуспеваемости до выпускного класса школы советник предложил ему пойти в армию вместо колледжа. Во время службы в Уолтер Рид он работал с афроамериканским микробиологом Отелло Вашингтоном. Вашингтон был старше и опытнее Фалькова, но был назначен техником Стэна. После знакомства Фальков и Вашингтон решили, что им будет уместнее и продуктивнее работать вместе как команда. Они совместно занимались выделением мобильных генетических элементов и переносом генов между E. coli и Salmonella, а также опубликовали совместную работу о видах Proteus. Фальков также работал с видами Shigella и заразился дизентерией, что потребовало госпитализации после того, как в него бросили фекалии зараженной обезьяны. В 1981 году он был назначен председателем кафедры медицинской микробиологии в Медицинской школе Стэнфордского университета и занимал эту должность до 1985 года. В Стэнфорде Фальков поддерживал Эстер Ледерберг в продолжении руководства Стэнфордским плазмидным референсным центром – международным реестром плазмид, транспозонов и вставочных последовательностей.

Личная жизнь и смерть

Фальков женился на Роде Острофф в январе 1958 года, и у них родились две дочери. Они развелись в 1983 году. В декабре 1983 года он женился на Люси С. Томпкинс. О его смерти и достижениях за всю жизнь сообщили в некрологах в The New York Times, Washington Post, Nature, Science, в пресс-релизе Американского общества микробиологии и в различных международных средствах массовой информации.

Молекулярная микробиологическая исследования

Фалькоу называют "отцом молекулярного микробиального патогенеза" – области, изучающей механизмы взаимодействия инфекционных микробов и клеток хозяина, приводящие к развитию заболеваний на молекулярном уровне. Фальков придерживался точки зрения, что инфекция – это процесс, зависящий как от инфекционного агента, так и от организма хозяина. Вместе со своим первым аспирантом, Ричардом П. Сильвером, Фальков обнаружил, что эпизомы (плазмиды) разрезаются на линейные фрагменты ДНК и транспортируются в таком виде между двумя бактериальными клетками во время конъюгации. Затем он сотрудничал с мексиканскими учеными Эммой Галиндо и Хорхе Оларте для изучения новых форм устойчивости к пенициллину у изолятов Шигеллы, выделенных от педиатрических пациентов в Мехико, что привело к открытию новых генов "R-факторов", ответственных за антимикробную резистентность. Фальков присутствовал на знаменитой встрече на пляже Вайкики в 1972 году между Гербом Бойером (предоставившим рестрикционный фермент EcoRI) и Стэнли Коэном (предоставившим плазмиду), в результате которой был разработан план создания технологии рекомбинантной ДНК. Это привело к первому клонированию бактериального фактора вирулентности – термостабильного токсина E. coli, описанному в основополагающей статье 1976 года в соавторстве с Магдалиной Йх Со, что ознаменовало применение молекулярной генетики для изучения передачи генов и в конечном итоге способствовало созданию области синтетической биологии. Фальков и его ученики разработали множество методов, продвинувших биологические исследования, в том числе: метод скрининга образцов пациентов на наличие энтеропатогенов, идентификацию Salmonella и Shigella в образцах пациентов на основе метаболизма лизина, применение гибридизации нуклеиновых кислот для дифференциации различных видов бактерий, использование агарозных гелей для выделения плазмид различных размеров, создание и выделение различных плазмидных баз, которые в настоящее время используются в качестве клонирующих векторов, метод идентификации некультивируемых патогенов на основе последовательности 16S рРНК, оптимизированную версию GFP для проточной цитометрии и флуоресцентный метод для обнаружения генов, экспрессируемых патогенами внутри клеток хозяина, а также множество других методик. Изучив ДНК-состав множества различных патогенных микробов, Фальков одним из первых предложил, что бактериальная таксономия должна основываться на составе ДНК, а не на фенотипических признаках. Фальков и другие ученые разработали универсальную схему номенклатуры плазмид, которая до сих пор используется. Даже после выхода на пенсию в Стэнфордском университете Фальков продолжал преподавать студентам. В частности, он совместно с Люси Томпкинс вел курс по истории инфекционных заболеваний для студентов бакалавриата и магистратуры. Фальков организовал первый международный симпозиум с приглашенными докладчиками, посвященный проблеме антимикробной резистентности. Фальков входил в состав первого комитета NIH по рекомбинантной ДНК, который рекомендовал руководящие принципы использования рекомбинантной ДНК Конгрессу Соединенных Штатов Америки. На протяжении всей своей карьеры Фальков сотрудничал с FDA США, выступая за сокращение использования антимикробных препаратов в кормах для скота.

Falkow has been referred to as the "father of molecular microbial pathogenesis", the study of how infectious microbes and host cells interact to cause disease at the molecular level. Falkow adopted the perspective of viewing infection as a process that is ultimately dependent on both the infecting agent and the host. Falkow and his first graduate student, Richard P. Silver, discovered that episomes (plasmids) are nicked into linear pieces of DNA and transported as linear DNA between two bacterial cells during conjugation. He then collaborated with Mexican scientists Emma Galindo and Jorge Olarte to investigate new forms of penicillin resistance in Shigella isolates from pediatric patients in Mexico City, which lead to the discovery of new forms of "R factors" genes responsible for antimicrobial resistance. Falkow was present at the famous Waikiki beach meeting in 1972 between Herb Boyer (who provided the restriction enzyme EcoRI) and Stanley Cohen (who provided the plasmid) that led to a plan to develop recombinant DNA technology. This led to the first cloning of a bacterial virulence factor, the heat stable toxin of E. coli, in a seminal 1976 paper with Magdalene Yh So, which heralded the application of molecular genetics to understanding gene transfer, and ultimately led to the creation of the field of synthetic biology. Falkow and his trainees developed many methods that moved biological research forward such as: a method for screening patient samples for enteric pathogens, the identification of Salmonella and Shigella in patient samples based on lysine metabolism, the application of nucleic acid hybridization to distinguish different bacterial species, the application of agarose gels to isolate plasmids of various sizes, isolation and creation of different plasmid backbones now used as cloning vectors, a method for identifying unculturable pathogens based on isolated 16S ribosomal RNA sequence, an optimized version of GFP for flow cytometry applications, and a fluorescence based method for the detection of genes expressed by pathogens inside of host cells, among many other techniques. After studying the DNA content of many different pathogenic microbes, Falkow became one of the first scientists to suggest bacterial taxonomy should be based on DNA composition rather than phenotypic observations. Falkow and others created the universal nomenclature scheme for plasmids still in use today. When Falkow became an emeritus Professor at Stanford University, he still taught students. Indeed, he co taught with Lucy Tompkins a class open to undergraduate and graduate students on the history of Infectious Disease. Falkow organized the first international symposium of invited speakers on antimicrobial resistance. Falkow served on the first NIH Recombinant DNA committee to recommend policy guidelines for the use of recombinant DNA to the United States of America Congress. Falkow worked with the FDA of the United States throughout his career to advocate for the decrease of antimicrobial agents used in livestock feed.

Награды и почести

Фальков был избран президентом Американского общества микробиологии с июля 1997 года по июнь 1998 года. В 1997 году он был избран в Институт медицины, а в 1999 году получил премию Максвелла Финланда от Национального фонда инфекционных заболеваний. В 1999 году он также получил степень почётного доктора наук Университета Гвельфа (Гвельф, Онтарио) и премию за достижения в карьере выпускников Университета штата Мэн. Он получил почетные докторские степени в Европе и США. Он был удостоен многочисленных наград за свои научные достижения, включая премию Bristol Myers Squibb за выдающиеся достижения в области исследований инфекционных заболеваний, медаль Альтемейера от Американского общества хирургических инфекционных заболеваний, лекцию имени Говарда Тейлора Рикеттса в Чикагском университете и премию имени Пола Эрлиха и Людвига Дармштедтера. В 2003 году он получил награду Abbott за вклад в науку от Американского общества микробиологии и премию Сельмана А. Ваксмана в области микробиологии от Национальной академии наук. В 2000 году он был удостоен премии Роберта Коха. Фальков был избранным членом Института медицины, Национальной академии наук и Национальной академии искусств и наук, а также действительным членом Американской ассоциации содействия развитию науки. Он также был избран иностранным членом Королевского общества Великобритании. В сентябре 2008 года Фальков был удостоен премии Ласкера за медицинские исследования. В мае 2016 года Барак Обама наградил Фалькова Национальной медалью науки за его выдающийся вклад в понимание механизмов, посредством которых микробы вызывают заболевания и приобретают устойчивость к антибиотикам, а также за его вдохновляющее наставничество, благодаря которому сформировалась область молекулярной микробиальной патогенеза.