Введение

Исследовательский институт в Кембридже, Англия Лаборатория молекулярной биологии (LMB) Совета медицинских исследований (MRC) - исследовательский институт в Кембридже, Англия, участвовавший в революции в молекулярной биологии, произошедшей в 1950-х - 60-х годах. С тех пор она остается крупной медицинской исследовательской лабораторией на переднем крае научных открытий, посвященной улучшению понимания ключевых биологических процессов на атомном, молекулярном и клеточном уровнях с использованием междисциплинарных методов, с акцентом на использование этих знаний для решения ключевых вопросов в области здоровья человека. Новое здание, построенное рядом с первоначальным местом в Кембриджском биомедицинском кампусе, было открыто Её Величеством Королевой в мае 2013 года.

Истоки: 1947-61 годы

Макс Перуц, после обучения в аспирантуре по органической химии, покинул Австрию в 1936 году и приехал в Кембриджский университет для получения докторской степени, присоединившись к рентгеновской кристаллографической группе во главе с Дж. Д. Берналем. Здесь, в лаборатории Кавендиша, он начал свою работу над гемоглобином. Смерть лорда Резерфорда привела к тому, что его преемник, Лоуренс Брэгг, пионер рентгеновской кристаллографии, стал новым профессором физики Кавендиша в 1938 году. В те ранние дни Брэгг стал главным сторонником Перуца и его группы. После Второй мировой войны многие ученые из физической науки обратились к биологии, привнеся с собой новый способ мышления и опыт. Джон Кендрю присоединился к группе Перуца для изучения белка, тесно связанного с гемоглобином миоглобином в 1946 году. В 1947 году Совет медицинских исследований (MRC) под руководством своего секретаря Гарольда Химсворта решил сформировать и поддержать "Единый отдел МРК по изучению молекулярной структуры биологических систем". К группе, в которую к 1948 году также входил Хью Хаксли, работавший над мышцами, в 1949 году присоединился Фрэнсис Крик, который первоначально работал над кристаллографией белков. В 1951 году к ним присоединился Джеймс Уотсон. 1953 год был годом чудес: Уотсон и Крик обнаружили двойную спиральную структуру ДНК, которая показала, что биологическая информация закодирована в линейной структуре и как эта информация может быть дублирована во время деления клетки. Перуц обнаружил, что детальные трехмерные структуры белков, такие как миоглобин и гемоглобин, в принципе, могут быть решены рентгеновским анализом с использованием метода маркировки атомов тяжелых металлов. Хью Хаксли обнаружил, что сокращение мышц происходит с помощью механизма скольжения нити. В 1957 году название группы было изменено на "Единица молекулярной биологии МРК". В том же году Вернон Инграм обнаружил, что серповидноклеточная анемия вызвана одним изменением аминокислоты в молекуле гемоглобина, и Сидни Бреннер присоединился к подразделению. В 1958 году появился обзор Крика "О синтезе белка": впервые изложена центральная догма молекулярной биологии, гипотеза последовательности и гипотеза адаптера. В 1961 году Бреннер помог открыть РНК-посланника, и в том же году он и Крик установили, что генетический код читается в тройнях. Вся эта работа была выполнена в одноэтажном временном здании (The Hut), нескольких комнатах в крыле Остина, комнате с склонным стеклянным фасадом (The Greenhouse) и коротком закрытом коридоре (The Gallery) в лаборатории Кавендиша.

Открытие ЛМБ в 1962 году

MRC построила новую лабораторию на окраине Кембриджа - LMB, в которую в начале 1962 года переехал отдел из Кавендиша. Кроме того, к ним присоединился отдел Фреда Сэнгера, который размещался в биохимическом отделе университета, а также Аарон Клюг из Лондона. Сангер изобрел методы определения последовательности аминокислот в белке: он был удостоен Нобелевской премии по химии в 1958 году за первую последовательность белка, инсулина. Новая лаборатория была открыта королевой Елизаветой II в 1962 году. Позже в том же году Кендрю и Перуц получили Нобелевскую премию по химии, а Крик и Уотсон получили часть Нобелевской премии по физиологии или медицине. Здание LMB было включено в новый комплекс больницы Адденбрук, поскольку он был построен в 1970-х годах. Новый LMB имел Перуца в качестве председателя и содержал 3 подразделения: Структурные исследования, возглавляемые Кендрю; Молекулярная генетика (Крик); Химия белков (Сангер). Всего было около 40 ученых, но это число быстро увеличилось, особенно с большим притоком постдокторантов из США. Крик предположил, как молекулы тРНК его оригинальные адаптеры читают посланника в его гипотезе колебания. Сэнгер разработал новые методы секвенирования молекул РНК, а затем и молекул ДНК (за что в 1980 году он получил вторую Нобелевскую премию по химии). Гораздо позже эта линия была расширена, чтобы включать определение последовательности целых геномов, в которых Джон Салстон сыграл ключевую роль. Как молекулы предшественниц тРНК обрабатываются, чтобы дать функциональную тРНК, было прояснено Джоном Смитом и Сидом Альтманом, и это позже привело к открытию рибозимов. Клуг (который получил Нобелевскую премию по химии в 1982) раскрыл атомную структуру первой молекулы тРНК и обнаружил цинковые пальцы. Структура АТФ-синтазы была решена Джоном Э. Уокером и Эндрю Лесли, за что Уокер получил Нобелевскую премию по химии в 1997 году. В 2016 году его группа опубликовала первую структуру сплайцесомы, захваченную в полностью активном, связанном с субстратом состоянии сразу после каталитической реакции. Структура рибосомы была решена Венкатраманом Рамакришнаном, за что он получил Нобелевскую премию по химии в 2009 году.

1960-е годы: Развитие и C. elegans

К концу 1960-х годов, казалось, что новые проблемы в биологии могут быть решены с использованием подходов, которые оказались столь успешными в молекулярной биологии. Сидни Бреннер начал работать над генетикой нематоды C. elegans в 1965 году. Эта группа расширилась, особенно с большим количеством иностранных посетителей, которые сегодня составляют ядро исследований C. elegans. Сулстон определил клеточную линию этого маленького червя, а Джон Грэхам Уайт - всю схему его нервной системы. Роберт Хорвиц, который помог в создании клеточной линии, в 2002 году получил Нобелевскую премию по физиологии и медицине вместе с Бреннером и Сулстоном. Джонатан Ходжкин установил генетический путь в C. elegans, который контролирует определение пола. Джон Гурдон разработал использование яйцеклетки лягушки для перевода мРНК, получив Нобелевскую премию по физиологии или медицине за 2012 год за свою раннюю работу, показавшую, что генетическая информация остается нетронутой во время развития. Питер Лоуренс пришел изучать формирование узоров, помогая обнаружить, как отделы в дрозофиле определяют план тела мухи. Под его влиянием Крик также заинтересовался морфогенетическими градиентами и тем, как они могут помочь определить биологические закономерности.

Иммунология

Цезарь Милштейн много лет работал над вариацией антител. В этом ему присоединился Жорж Кёлер, и вместе они обнаружили, как производить моноклональные антитела. За это они получили Нобелевскую премию по физиологии и медицине в 1984 году. Эта область была расширена Грегом Винтером, который стал пионером в области инженерии антител с использованием фагового дисплея для создания новых человеческих антител и фрагментов антител, за что он получил Нобелевскую премию по химии в 2018 году. Моноклональные антитела и их фрагменты имеют большое медицинское значение. Майкл Нойбергер открыл механизм, с помощью которого происходит диверсификация антител путем активации индуцированной (цитидиновой) деаминазы. Это фундаментальное открытие является краеугольным камнем для понимания молекулярного механизма, с помощью которого организмы могут производить разнообразный репертуар антител для распознавания новых патогенов. Это имеет более широкое значение для понимания роли направленного мутагенеза и восстановления ДНК в физиологии. Наконец, молекулярные механизмы, выясненные Нойбергером, могут иметь большое значение для понимания мутационной модели катаэгиса при раке молочной железы. К сожалению, Майкл Нойбергер умер от миеломы, ирония которой не была утеряна.

Биологические исследования

Акцент на классической молекулярной биологии сместился в сторону клеточной биологии и развития, так что отдел молекулярной генетики был переименован в клеточную биологию. Марк Бречер открыл топологический способ расположения белков в эритроцитной мембране человека и его фосфолипидную асимметрию. Ричард Хендерсон и Найджел Унвин разработали электронную кристаллографию для определения структуры двухмерных массивов, применив это к бактериальному фиолетовому белку, бактериоредопсину. Барбара Пирс обнаружила основные компоненты везикулов, покрытых клатрином, структуры, образованные во время эндоцитоза, и была определена структура клетки с низким разрешением, подобная решетке вокруг них. Как белки локализуются в разных частях клетки, таких как эндоплазматический сетчаток, аппарат Голджи или плазменная мембрана, и роль этого в полярности клетки были прояснены Бретшером, Хью Пельхэмом и Шонам Манро. Тела шпиндельных полюсов - крупные структуры в клетках дрожжей, которые выступают в качестве очагов, в которые перемещаются хромосомы во время митоза, - были очищены, и структура их низкого разрешения была выведена Джоном Килмартином. Непрерывным интересом является структура хромосом. Это было инициировано посетителем Роджером Корнбергом, который открыл первый уровень конденсации ДНК, нуклеосому, и продолжает фокусироваться на понимании более высоких порядков складывания ДНК.

Нейробиология

В 1993 году было создано новое подразделение нейробиологии с широким кругом тем. Найджел Унвин разработал электронную кристаллографию и выяснил структуру ацетилхолинового рецептора, который активирует многие нейроны. Мишель Годерт выявил вариантные белки, связанные с болезнью Альцгеймера.

Инструментовка

Научный прогресс часто зависит от технологического прогресса: ЛМБ во многих из них был в авангарде. Некоторые основные примеры включают секвенирование нуклеиновой кислоты, инженерию белков и антител, создание нового рентгеновского оборудования и изобретение сканирующего конфокального микроскопа. Вне LMB, материнская компания MRC обеспечила, чтобы пятилетняя оценка имела легкий оттенок: внешний комитет требовал лишь краткого объяснения прошлых достижений и указания на будущие планы. Их рекомендации были просто консультативными, оставляя руководителям дивизий свободную руку в том, как вести свои дела: они, как предполагалось, знали лучше. В рамках LMB критерием Перуца для организации вещей было то, что акт научного делания должен быть облегчен на всех уровнях. У ЛМБ был единый бюджет: не было личных бюджетов или оборудования - все было общественным. Он был оснащен современным оборудованием и хорошо финансировался MRC. Химические реагенты, стеклянные изделия и другие расходные материалы могут быть изъяты из одного магазина, требуя только подписи. Ключом к гладкому функционированию лаборатории был Майкл Фуллер, который отвечал за ее ежедневную работу. Никакой явной иерархии не было; все назывались по имени. Большинство членов лаборатории свободно встречались в столовой, которая, как говорили, помогала межотдельному общению и сотрудничеству. и имеет четыре семинарских зала, названных в честь ученых LMB: Сидней Бреннер, Аарон Клаг, Сезар Милштейн и Фредерик Сэнгер, а также лекционный зал, названный в честь покойного Макса Перуца.

Группы в LMB

В 2023 году в ЛМБ насчитывается около пятидесяти руководителей групп. Группы входят в один из четырех подразделений ЛМБ: биология клеток, нейробиология, химия белков и нуклеиновых кислот и структурные исследования. с 2023 года руководители групп включают следующих лиц: