КЛУГ, ААРОН

КЛУГ, ААРОН (Klug, Aaron) (р. 1926) (Великобритания). Нобелевская премия по химии 1982.

Родился 11 августа 1926 в Желвасе (Литва) в семье торговца скотом Лазаря Клуга и Беллы Силин. Когда ему было два года, Клуги переехали в Дурбан (Южная Африка), куда семья его матери эмигрировала в начале века. С 1937 по 1941 Клуг учился в дурбанской школе. После того, как мальчик прочитал книгу Поля де Крайфа Охотники за микробами, у него родился интерес к науке.

Поступив в 1942 в Витватерсрандский университет в Йоханнесбурге, Клуг стал посещать подготовительный курс по медицине, а также занятия по биохимии, физике и математике. К тому времени, когда в 1945 он окончил университет, получив степень бакалавра естественных наук, его выбором стала физика.

Занимаясь в Кейптаунском университете на выделенную ему стипендию, он изучил у одного из своих учителей, Р.У.Джеймса, метод рентгеновской кристаллографии. Получив в 1946 степень магистра естественных наук, Клуг остался в Кейптаунском университете, чтобы продолжить свою работу с Джеймсом над изучением органических соединений с помощью дифракции рентгеновских лучей. «В течение этого времени, – вспоминал он позднее, – у меня возник серьезный интерес к структуре материи и к тому, как она возникла».

Стипендия и субсидия на проведение научных исследований, полученная от Тринити-колледжа Кембриджского университета, позволили Клугу в 1949 переехать в Англию. Клуг хотел работать Кавендишской лаборатории у Нобелевских лауреатов 1962 М.Перуца и Дж.Кендрю, но там не было свободных мест, и Клуг под руководством Д.Р.Хартри изучал структуру стали. За эту работу он в 1952 получил докторскую степень.

Перейдя в отдел коллоидной химии, Клуг в течение 1953 исследовал биофизические процессы, в ходе которых кислород и оксид углерода обмениваются в гемоглобине. Эти исследования усилили интерес ученого к рентгеновскому анализу биологических молекул, и к концу следующего года он получил стипендию Наффилда для работы в Бербекском колледже в Лондоне под руководством Джона Десмонда Бернала (1901–1971), бывшего преподавателя Перуца в Кембриджском университете. Очень недолгое время Клуг изучал рибонуклеазу. Во время этой работы он познакомился с Розалиндой Франклин, чье исследование по рентгеновскому анализу ДНК помогло в свое время Нобелевским лауреатам по физиологии или медицине 1962 Френсису Харри Комптону Крику и Джеймсу Дьюи Уотсону установить структуру этой молекулы.

Она незадолго до этого приступила к исследованию вируса табачной мозаики. Полученные Франклин рентгеновские изображения, вызвали у Клуга большой интерес, и он подключился к этой работе. В результате Клуг (к тому времени Франклин умерла в 1958) установил, что вирус табачной мозаики представляет собой широкую спиралевидную структуру с повторяющимися фрагментами белка, причем генетический материал располагается вдоль внутренней поверхности белка.

В этот же период времени Клуг и его коллеги исследовали вирусы, вызывающие полиомиелит. Считалось, что они имеют сферическую форму, но их точная структура установлена не была – имевшаяся в то время в распоряжении исследователей методология ренгенографического эксперимента была в принципе недостаточной для получения удовлетворительного результата.

Опираясь на знания в области физики и рентгеновского анализа, Клуг разработал новый метод, называемый кристаллографической электронной микроскопией, при котором изображение, полученное с помощью электронного микроскопа, подвергается дифракции лазерным излучением. Получаемую в результате картину можно затем расшифровать и установить структуру анализируемого объекта.

Этот метод вооружил Клуга не только новым техническим подходом, но и определил процедуру проведения исследований, которые связывают воедино клеточную и молекулярную структуры. Он мог теперь изучать сложную биологическую систему, сначала вычленив ее из клетки, затем получив подробную картину путем рентгеновского и химического анализов и, наконец, создав полное изображение всего устройства с помощью электронного микроскопа.

В 1972 он начал применять эту последовательность при анализе хроматинов – соединений гистонов (особых белков) с ДНК, которые образуют хромосомы высокоорганизованных организмов. В 1981 Клугу и его коллегам удалось показать, что гистоны так туго свернуты в сферические клубки, что единственная нить ДНК человека длиной приблизительно в 2 метра укладывается в ядро клетки, диаметр которой меньше сотой доли миллиметра.

Разрешающая способность метода Клуга позволяет получить изображение большинства атомов химических элементов. Таким образом, химик имеет возможность непосредственно наблюдать молекулы и их комплексы.

В 1982 Клугу была присуждена Нобелевская премия «за разработку метода кристаллографической электронной микроскопии и прояснение структуры биологически важных комплексов нуклеиновая кислота – белок». Во вступительном слове от имени Шведской королевской академии наук Б.Г.Мальмстрем заявил, что осуществленное Клугом «изучение вирусов выявило важный биологический принцип, согласно которому сложные молекулярные совокупности в клетках формируются спонтанно из своих компонентов. Исследование хроматина дало ключ к структурному контролированию прочтения генетической информации, заложенной в ДНК. В долгосрочной перспективе оно, безусловно, будет иметь решающее значение для понимания природы рака».

С 1978 Клуг становится одним из руководителей лаборатории молекулярной биологии Совета медицинских исследований в Кембридже. Здесь он продолжает вести научную работу, сохраняя верность ранее избранной теме.

Продолжая исследование структуры вируса табачной мозаики и некоторых других вирусов, Клуг и его научная группа усовершенствовали количественный метод кристаллографической электронной микроскопии для вычисления трехмерных карт изучаемых образцов. В дальнейшем интересы ученого переместились в область анализа структуры ДНК и РНК. В частности, была проанализирована пространственная структура рибозима, т.е. каталитической РНК. Обращение к внутренней структуре нуклеосома привело к пониманию того, как молекула ДНК упакована в хромосомах, а работа над фактором транскрипции, связанным с ДНК, привела к открытию нового домена – цинкового «пальцевого» участка.

В 1995 Клуг был избран президентом Лондонского Королевского общества и награжден орденом «За заслуги».

Работы: Architecture of plant viruses // Biochem. J. 1963. V. 88. P. 24; An optical method for the analysis of periodicities in electron micrographs, and some ovservations on the mechanism of negative straining // J. Mol. Biol. 1964. V. 10. (with J. Berger).

Кирилл Зеленин