Введение

Стивен Альберт Беннер (родился 23 октября 1954 года) - американский химик. Он был профессором в Гарвардском университете, ETH Zurich, а в последнее время в Университете Флориды, где он был Вице-президентом и Луизой Джексон, выдающимся профессором химии. В 2005 году он основал Институт науки и технологий Вестхаймера (TWIST) и Фонд прикладной молекулярной эволюции. Беннер также основал компании EraGen Biosciences и Firebird BioMolecular Sciences LLC. Беннер и его коллеги были первыми, кто синтезировал ген, начав поле синтетической биологии. Он сыграл важную роль в создании области палеогенетики. Его интересуют происхождение жизни, химические условия и процессы, необходимые для производства РНК. Беннер работал с NASA над разработкой детекторов для инопланетных генетических материалов, используя определение жизни, разработанное Рабочей группой по экзобиологии НАСА в 1992 году, "самоподдерживающаяся химическая система, способная к дарвиновской эволюции".

Образование

Беннер учился в Йельском университете, получив степень бакалавра. С. в молекулярной биофизике и биохимии в 1976 году. Затем он поступил в Гарвардский университет, получив степень доктора философии. Д. по химии в 1979 году. Он работал под руководством Роберта Бернса Вудварда, завершив свою диссертацию с Фрэнком Вестхаймером после смерти Вудварда. Его доктор философии. D. диссертацией была абсолютная стереохимия ацетоацетат- декарбоксилазы, бетаин- гомоцистеин- трансметилазы и 3- гидроксибутират- дегидрогеназы.

Карьера

После окончания Гарвардского университета Беннер стал стипендиатом Гарварда, получив в 1982 году премию Дрейфуса за молодого преподавателя. Он был ассистентом профессора в кафедре химии Гарвардского университета с 1982 по 1986 год. В 1986 году Беннер переехал в ETH Zurich, Швейцарский федеральный технологический институт в Цюрихе. Он занимал должности доцента биоорганической химии с 1986 по 1993 год и профессора биоорганической химии с 1993 по 1996 год. Беннер присоединился к факультету Университета Флориды, как профессор в области химии и клеточной и молекулярной биологии. В 2004 году он был назначен профессором химии V. T. & Louise Jackson в Департаменте химии Университета Флориды. Беннер покинул Университет Флориды в конце декабря 2005 года, чтобы основать Институт науки и технологий Вестхаймера (TWIST) в честь Фрэнка Вестхаймера. Это часть Фонда прикладной молекулярной эволюции (FfAME) в Алачуа, штат Флорида, который Беннер основал в 2001 году. Он основал Firebird BioMolecular Sciences LLC в 2005 году.

Синтез генов

В 1984 году лаборатория Беннера в Гарварде первой сообщила о химическом синтезе гена, кодирующего фермент, после синтеза Хораной более короткого гена для тРНК в 1970 году. Это был первый ген, разработанный по своему образцу, и это было первым достижением, которое заложило основу для создания белков. Стратегии проектирования, введенные в этом синтезе, теперь широко используются для поддержки белковой инженерии.

Искусственные генетические системы

О попытках достичь цели искусственных генетических систем впервые сообщили Беннер и его коллеги в 1989 году, когда они разработали первую неестественную пару оснований. С тех пор Беннер и его коллеги разработали шестибуквенную искусственно расширенную генетическую информационную систему под названием "Искусственно расширенная генетическая информационная система" (AEGIS), которая включает в себя два дополнительных нестандартных нуклеотида (Z и P) в дополнение к четырем стандартным нуклеотидам (G, A, C и T). У AEGIS есть своя собственная поддерживающая молекулярная биология. и как альтернативные генетические системы могут появиться в неземной жизни. Беннер является одним из ряда исследователей, включая Эрика Т. Кула, Флойда Э. Ромесберга, Ичиро Хирао, Мицухико Шионою и Эндрю Эллингтона, которые создали расширенный алфавит синтетических оснований, которые могут быть включены в ДНК (а также РНК) с использованием связей Уотсона Крика (а также связей без Уотсона Крика). Хотя большинство из этих синтетических оснований являются производными оснований A, C, G, T, некоторые из них отличаются. В то время как некоторые из них находятся в парах Уотсона-Крика (A/T, C/G), некоторые являются самодополняющимися (X/X). Таким образом, генетический алфавит был расширен. Количество возможных нуклеотидных тройников, или кодонов, доступных в синтезе белка, зависит от количества доступных нуклеотидов. Стандартный алфавит (G, A, C и T) дает 43 = 64 возможных кодона, в то время как расширенный алфавит ДНК с 9 основаниями ДНК будет иметь 93 = 729 возможных кодонов, многие из которых являются синтетическими кодонами. Для того, чтобы эти кодоны были полезны, аминоацил-тРНК-синтетаза была создана таким образом, чтобы тРНК могла кодировать возможно синтетическую аминокислоту, которая должна быть соединена с соответствующим синтетическим антикодоном. Беннер описал такую систему, которая использует синтетическую ДНК iso C/iso G, которая использует кодон синтетической ДНК [iso C/A/G], который он называет 65-м кодоном. Синтетическая мРНК с синтетическим антикодоном [изо G/U/C] с синтетической аминоациловой тРНК-синтетазой приводит к эксперименту in vivo, который может кодировать синтетическую аминокислоту, включенную в синтетические полипептиды (синтетические протеомики). Модель Беннера подчеркивает роль сахара и фосфатного хребта в генетическом молекулярном признании. Полианионная костная мозга важна для создания расширенной структуры, которая помогает ДНК реплицировать. В 2004 году Беннер сообщил о первой успешной попытке разработать искусственную молекулу ДНК, способную воспроизводить себя. В 1990 году в сотрудничестве с Гастоном Гонне лаборатория Беннера представила рабочую стенд биоинформатики DARWIN. DARWIN (Data Analysis and Retrieval With Indexed Nucleic acid peptide sequences) была средой программирования высокого уровня для изучения геномных последовательностей. Он поддерживал сопоставление геномных последовательностей в базах данных и генерировал информацию, которая показывала, как природные белки могут дивергентно развиваться в условиях функциональных ограничений путем накопления мутаций, вставки и удаления. Основываясь на Дарвине, лаборатория Беннера предоставила инструменты для прогнозирования трехмерной структуры белков из данных о последовательности. Информация о известных белковых структурах была собрана и продана в качестве коммерческой базы данных, Мастер Каталог, стартапом Беннера EraGen. Предсказания вторичной структуры белка Беннером и его коллегами достигли высокой точности. Стало возможным моделировать складки белка, обнаруживать удаленные гомологи, обеспечивать структурную геномику и объединять последовательность белка, структуру и функцию. Кроме того, эта работа предложила ограничения для структурирования прогноза по гомологии, определяя, что можно и что нельзя сделать с помощью этой стратегии. AEGIS послужил основой для разработки инструментов для мультиплексного обнаружения генетических маркеров, таких как раковые клетки и однонуклеотидные полиморфизмы в образцах пациентов. Эти инструменты позволят использовать персонализированную медицину с использованием генетического анализа "точки оказания медицинской помощи", а также исследовательские инструменты, которые измеряют уровень отдельных молекул мРНК в рамках отдельных процессов отдельных живых нейронов.

Интерпретативная протеомика

Интерпретируя геномные данные и возвращаясь к общему генетическому предку, "Луке", лаборатория Беннера представила инструменты, которые анализируют модели сохранения и вариации с использованием структурной биологии, изучают вариации в этих моделях в разных ветвях эволюционного дерева и соотносят события в генетической записи с событиями в истории биосферы, известными из геологии и окаменелостей. Из этого вытекают примеры, показывающие, как роль биомолекул в современной жизни может быть понята с помощью моделей исторического прошлого.

Экспериментальная палеогенетика

Беннер был создателем области экспериментальной палеогенетики, где гены и белки древних организмов возрождаются с использованием биоинформатики и технологии рекомбинантной ДНК. Экспериментальные работы над древними белками проверили гипотезы об эволюции сложных биологических функций, включая биохимию пищеварения жвачных животных,

Астробиологическая

Беннера глубоко интересует происхождение жизни и условия, необходимые для поддержки мировой модели РНК, в которой самовоспроизводящаяся РНК является предшественником жизни на Земле. Он определил кальций, бор и молибден как важные для успешного образования углеводов и стабилизации РНК. Он предположил, что планета Марс могла иметь более желательные условия, чем Земля для первоначального производства РНК, но в последнее время согласился, что модели ранней Земли, показывающие сушу и прерывистую воду, разработанные Стифеном Моджсисом, представляют достаточные условия для развития РНК. Один из этих универсальных идентификаторов жизни был предложен в Полиэлектролитной теории гена. Эта идея предполагает, что для линейного генетического биополимера, растворенного в воде, такого как ДНК, чтобы пройти дарвиновскую эволюцию в любой точке Вселенной, он должен быть полиэлектролитом, полимером, содержащим повторяющиеся ионные заряды. Эта концепция была связана Беннером с "апериодным кристаллом" представления о гене, как это было предложено в книге Эрвина Шредингера "Что такое жизнь?" чтобы сделать надежный универсально обобщаемый взгляд на генетическую биомолекулу. Эта идея была предложена в качестве основы, с помощью которой ученый может искать жизнь на других солнечных телах, кроме Земли.