Хамилтон Отанел Смит

В 1937 г. Смит-старший, получив докторскую степень, перешел на преподавательскую работу в Иллинойский университет и семья переехала в Урбану.

Во время учебы в государственной школе в Урбане С. занимался легкой атлетикой и интересовался химией и электроникой. Он проводил многие часы в химической лаборатории, которую он и его брат оснастили оборудованием, купленным на заработанные ими деньги. В 1948 г., закончив всего за три года среднюю университетскую школу, С. поступил в Иллинойский университет, чтобы получить математическое образование. В 1950 г. он перешел в Калифорнийский университет в Беркли для изучения биологии. Здесь С. впервые начал заниматься клеточной физиологией, биохимией и биологией – предметами, вызывавшими у него большой интерес.

В 1952 г. С. получил степень бакалавра в Беркли и поступил в медицинский колледж Джонса Хопкинса. В этом колледже он проходил обычный курс обучения, и у него было мало возможности заниматься исследовательской работой. Спустя четыре года он получил медицинский диплом, после чего в течение года работал интерном в больнице Барнса Вашингтонского университета в Сент-Луисе. В этом же году он женился на Элизабет Энн Болтун, обучавшейся профессии медицинской сестры. В семье у них родились четыре сына и дочь. В 1957 г. С. был призван в военно-морские силы Соединенных Штатов и два года служил в качестве старшего офицера медицинской службы в Сан-Диего (штат Калифорния). В это же время он начал на досуге читать литературу по генетике.

После демобилизации С. с 1960 по 1962 г. стажировался в больнице Генри Форда в Детройте (штат Мичиган). В свободное время он продолжал изучать литературу по генетике, и в частности по генетике бактерий, и биохимии нуклеиновых кислот. В 1962 г. он поступил в докторантуру в Национальном институте здоровья и начал изучать генетику бактериофагов и механизмов функционирования профагов в отделе генетики человека Мичиганского университета. Особый интерес у него вызывали процессы разрушения бактериальных клеток. частицами бактериофагов.

Бактериофаги – вирусы, поражающие бактериальные клетки, это простейшие формы жизни, включающие внутреннее ядро, состоящее из нуклеиновых кислот, и наружную белковую оболочку. Когда бактериофаг проникает в бактериальную клетку, он может начать размножаться и вызвать ее разрушение в результате высвобождения новых частиц бактериофага. Кроме того, он может внедряться в генетическую структуру бактериальной клетки, образованную дезоксирибонуклеиновой кислотой (ДНК) – в этом случае он называется профагом, – и передаваться дочерним клеткам в процессе деления. Наконец, бактериофаг может быть расщеплен и инактивирован ферментативными системами бактериальной клетки; это явление называется рестрикцией-модификацией, контролируемой клеткой-хозяином.

Рестрикция-модификация происходит под действием двух ферментов бактериальной клетки – рестрикционной эндонуклеазы и метилазы. Рестрикционная эндонуклеаза распознает специфическую последовательность нуклеатидных оснований в ДНК бактериофага и расщепляет эту ДНК на несколько фрагментов. Метилаза же распознает идентичную последовательность в бактериальной ДНК (или ДНК клетки-хозяина), метилирует ее и тем самым предохраняет против ферментативного расщепления собственной эндонуклеазой. (Метилирование – это присоединение к молекуле ДНК метиловой группировки, состоящей из одного атома углерода и трех атомов водорода.)

Вернер Арбер, работавший в 60-х гг. в Женевском университете, предположил, что эта система из двух ферментов свойственна всем бактериальным клеткам. Он назвал ее системой рестрикции-модификации, поскольку под ее влиянием происходит рестрикция бактериофагов и модификация клетки-хозяина. Кроме того, Арбер обнаружил рестрикционную эндонуклеазу в бактерии Escherichia coli, обитающей в толстой кишке; эта эндонуклеаза расщепляет ДНК фага в случайных, или неспецифических, участках. Она была названа эндонуклеазой типа I. Арбер предсказал, что у других бактерий должны быть найдены рестрикционные эндонуклеазы типа II, расщепляющие ДНК фага в специфических участках, и что эти эндонуклеазы смогут оказаться полезными для определения генной структуры молекул ДНК.

Проработав два года в Мичиганском университете, С. получил должность научного сотрудника в отделе микробиологии колледжа Джонса Хопкинса. Здесь он изучал ферментативные механизмы систем рестрикции-модификации, которые ранее исследовал совместно с Арбером в течение года в Женеве.

Вернувшись в 1967 г. в колледж Джонса Хопкинса, С. получил должность ассистент-профессора микробиологии, а спустя два года – адъюнкт-профессора. К этому времени С. и его коллеги провели ряд важных опытов по изучению ферментов системы рестрикции-модификации на бактериях Haemophilis influenzae. Выделив и очистив рестрикционную эндонуклеазу типа II, С. и его сотрудники впервые идентифицировали специфичную, т.е. действующую на определенные участки, эндонуклеазу. Кроме того, они установили специфическую нуклеотидную последовательность ДНК, которую распознает этот фермент, и тот участок, на который он действует. С тех пор было обнаружено множество специфичных ферментативных систем типа П. По мере того как число идентифицированных систем рестрикции-модификации возрастало, становилось возможным, как и предсказывал Арбер, анализировать генную структуру молекул ДНК. Вскоре после того, как С. выделил в чистом виде рестрикционную эндонуклеазу Н. influenzae, один из его коллег по колледжу Джонса Хопкинса Даниел Натане, используя открытую С. рестрикционную эндонуклеазу и другой фермент, установил точную локализацию и функцию генов ДНК вируса-40 обезьян.

Исследования рестрикционных ферментов С., Арбером и Натансом сделали возможным провести подобный анализ химического строения генов. Это открыло большие перспективы в изучении высших организмов. Благодаря этим работам ученые в настоящее время получили возможность заняться важнейшей проблемой дифференциации клеток. В 1973 г. С. получил звание полного профессора микробиологии в колледже Джонса Хопкинса. В 1975 г. он стал членом совета общества Гуттенхейма в Институте молекулярной биологии Цюрихского университета в Швейцарии, где работал в течение года.

В 1978 г. С. совместно с Арбером и Натансом был удостоен Нобелевской премии по физиологии и медицине за «открытие рестрикционных ферментов и их использование для решения проблем молекулярной генетики». В поздравительной речи исследователь из Каролинского института Петер Рейхард сказал: «Работы лауреатов этого года открывают новую эру в генетике». Он подчеркнул, что достижения С. заключаются в том, что он проверил гипотезу Арбера о рестрикционных ферментах. «Он выделил в чистом виде один из рестрикционных ферментов и показал, что этот фермент может расщеплять чужеродную ДНК. Сегодня известно, наверное, около 100 таких ферментов. Все они расщепляют ДНК, причем каждый в разном участке. С их пом ощью, – продолжил Рейхард, – эти гигантские молекулы могут быть разделены на строго определенные фрагменты, которые в дальнейшем можно использовать для структурных исследований или генетических экспериментов».

В 1981 г. С. получил должность профессора молекулярной биологии и генетики колледжа Джонса Хопкинса и с тех пор продолжает исследовать ферментативные механизмы систем рестрикции-модификации, в частности пространственные (трехмерные) механизмы молекулярного взаимодействия между ДНК и эндонуклеазой.

В свободное от преподавания и научной работы время С. любит играть на фортепиано и слушать классическую музыку. Он страстный поклонник пианиста Артура Рубинштейна. С. – член Национальной академии наук США, Американского микробиологического общества, Американского общества биохимиков и Американской ассоциации содействия развитию науки; кроме того, он является членом-корреспондентом Американской академии наук и искусств.