파지군

파지 그룹(American Page Group이라고도 함)은 막스 델브뤼크를 중심으로 한 생물학자들로 구성된 비공식 네트워크로, 20세기 중반 세균 유전학과 분자생물학의 기원에 크게 기여했다.파지 그룹은 실험 모델 유기체로 사용된 박테리아 감염 바이러스인 박테리오파지로부터 이름을 따왔다.델브뤼크 외에도 파지 그룹과 관련된 중요한 과학자들은 살바도르 루리아, 알프레드 허쉬, 시모어 벤저, 찰스 스타인버그, 군터 스텐트, 제임스 D입니다. 왓슨, 프랭크 스탈, 레나토 둘베코.

파지 그룹의 기원: 사람, 아이디어, 실험 및 개인 관계

1917년부터 Félix d'Herelle이 박테리오파지를 검출하고 배양하는 방법을 분리하여 개발한 이후 박테리오파지는 실험적인 연구의 대상이 되어 왔다.생명체의 기본 법칙을 조사하기 위해 가장 간단한 실험 시스템을 찾고 있는 물리학자 출신의 생물학자 델브뤼크는 1937년 칼텍에 있는 T. H. 모건의 파리 실험실을 방문했을 때 처음으로 파지를 접했다.델브뤼크는 모건의 실험적으로 복잡한 모델 유기체 드로소필라에 대해서는 감명받지 못했지만, 또 다른 연구자인 에모리 엘리스는 더 기초적인 파지를 연구했습니다.이후 몇 년 동안 엘리스와 델브뤼크는 파지를 계산하고 성장곡선을 추적하는 방법에 대해 협력했습니다.그들은 바이러스의 기본적인 단계별 성장 패턴(용해 ^[1]사이클의 가장 명백한 특징)을 확립했습니다.

에모리 엘리스(1906–2003)와 막스 델브뤼크(1906–1981)

회고적인 ^[2]기사에서, 에모리 엘리스는 "막스 델브루크가 칼텍 생물학과에 도착한 직후, 물리과학에서의 그의 배경이 어떻게 생물학적인 문제에 생산적으로 적용될 수 있는지를 발견하기 위해, 저는 그에게 몇 가지 단계적인 성장 곡선을 보여주었습니다.하지만 엘리스의 설명처럼 델브루크는 현상에 대한 자신의 분석으로 불신에 대한 초기 반응을 불식시키고 곧바로 연구에 뛰어들어 수학과 물리학에 대한 훈련과 유전학에 대한 깊은 관심을 가져왔다.그들의 최초 공동 연구 결과는 ^[3]1939년에 발표되었다.

살바도르 루리아(1912년-1991년)와 알프레드 허쉬(1908년-1997년)

파지 그룹은 델브뤼크와 루리아가 물리학 컨퍼런스에서 만난 후 1940년경에 시작되었다.델브뤼크와 살바도르 루리아는 다양한 종류의 박테리아와 박테리오파지의 감염 패턴에 대한 일련의 공동 실험을 시작했다.그들은 곧 개별 박테리아는 한 종류의 파지에 의해서만 감염될 수 있다는 "상호 배제 원칙"을 확립했다.1943년, 나중에 루리아-델브뤼크 실험이라고 불리는 그들의 "유도 시험"은 파지 저항성에 대한 유전자 돌연변이가 선택에 ^[4][5]대한 반응이 아닌 선택 부재로 발생한다는 것을 보여주었다.1943년 이전의 세균학자들 사이에서 전통적인 지혜는 박테리아가 염색체와 유전자를 가지고 있지 않다는 것이었다.루리아-델브뤼크 실험은 다른 확립된 모델 유전 유기체와 마찬가지로 박테리아가 유전자를 가지고 있으며, 이것들이 자발적으로 돌연변이를 일으켜 복제 계통을 형성할 수 있다는 것을 보여주었다.그 해, 그들은 또 다른 파지 ^[6]실험자인 알프레드 허쉬와 함께 일하기 시작했다. (세 사람은 "바이러스의 복제 메커니즘과 유전학에 대한 연구"로 1969년 노벨 생리의학상을 공유하게 된다.)

허쉬는 ^[7]1952년 연구 조수 마사 체이스와 함께 수행한 파지를 사용한 실험으로 이어진 상황을 소급해서 설명했는데, 나중에 허쉬-체이스 ^[8]실험으로 알려졌습니다.이 실험은 단백질과 구별되는 DNA가 파지의 유전 물질이고 따라서 일반적으로 가능성이 있는 유전 물질이라는 핵심 증거를 제공했습니다.

1946년, 루리아는 DNA의 안정성이 어떻게 달성되는지에 대한 새로운 통찰력을 열도록 운명지어진 발견을 했다(루리아,^[5] 96페이지 참조).그가 발견한 것은 자외선 조사 후 두 개 이상의 "죽은" 파지가 같은 박테리아 세포에 들어갔을 때 종종 다시 살아나 정상적인 살아있는 자손을 ^[9]낳는다는 것이다.이것은 방사선에 의해 손상된 세포나 유기체의 재활성화의 첫 번째 사례였다.그는 유전자 재조합의 결과로 재활성화를 올바르게 해석했다(상동 재조합 참조).제임스 왓슨(1953년 왓슨-크릭 DNA 구조의 공동 발견, 1962년 노벨상 수상)은 루리아의 인디애나 대학 첫 대학원생이었다.왓슨은 박사학위 논문 프로젝트에서 X선 파지가 유전자 재조합과 다중성 재활성화에 참여할 수 있음을 보여줬다.

루리아(1984년,^[5] 페이지 97)가 기억하는 바와 같이, 조사 파지의 재활성화 발견("다중성 재활성화"라고 함)은 초기 파지군 내 방사선 손상 수리 연구에서 즉시 많은 활동을 시작했다(1981년 번스타인에 의해^[10] 검토됨).나중에 루리아가 발견한 서로 도와 손상된 파지를 고친 것은 DNA 수복의 특별한 경우에 불과하다는 것이 밝혀졌다.박테리아와 그 바이러스뿐만 아니라 인간을 포함한 모든 종류의 세포는 DNA 손상을 복구하기 위한 복잡한 생화학적 과정을 가지고 있는 것으로 알려져 있다.DNA 복구 과정도 노화, 암, 불임으로부터 보호하는 데 중요한 역할을 하는 것으로 인식되고 있다.

제임스 왓슨(1928– )과 레나토 둘베코(1914–2012)

짐 왓슨은 회고적인 ^[11]기사에서 1947년 루리아에 대한 학생으로서의 첫 경험을 묘사했다.왓슨에 따르면, "…많은 학생들이 잘못된 사람들에게 거만하다는 평판을 가진 루리아를 두려워했다."하지만 가을 학기가 길어지면서 왓슨은 "멍청한 사람들에 대한 사려 깊지 못한 소문들의 증거를 보지 못했다"고 말했다.그래서 진정한 망설임 없이(가끔 그가 그의 서클에서 움직일 만큼 똑똑하지 않다는 두려움을 제외하곤) 그는 루리아에게 봄 학기 동안 그의 지도 아래 연구를 할 수 있는지 물었다.Luria는 즉시 Yes라고 대답했고, Watson에게 위와 같이 X선 유도 파지의 다중성 재활성화를 연구하는 과제를 주었다.당시 루리아의 연구실에서 왓슨과 연구실을 함께 했던 유일한 과학자는 레나토 둘베코(미래의 파지 그룹 멤버)였는데, 그는 파지 다중성 재활성화에 대한 실험을 하기 위해 최근 이탈리아에서 왔다.그 학기 후반(1948년) 왓슨은 루리아를 잠깐 방문하던 델브루크를 처음 만났다.왓슨은^[11] "델브럭의 첫 문장을 보고 실망하지 않을 것을 알았다.그는 빙빙 돌리지 않았고 그의 말의 의도는 항상 명확했다.하지만 제게는 젊은 외모와 정신이 더 중요했습니다.왓슨은 이번 사건과 마찬가지로 델브루크가 보어(물리학자)와 양자역학을 이해하는 데 필요한 상호보완성 원칙과 같은 것이 생물학을 진정으로 이해하는 열쇠가 될 것이라는 그의 믿음에 대해 이야기했다고 한다.

1950년 델브뤼크와 함께 칼텍에 있는 레나토 둘베코는 배양된 세포에 플라크를 형성함으로써 동물 바이러스 입자를 측정하는 방법을 고안했습니다. 마치 파지가 박테리아 세포의 잔디밭에서 플라크를 형성하는 것과 같습니다.이 과정은 둘베코가 동물 바이러스의 세포 내 생식 주기를 측정하기 위한 양적 연구를 위한 종합적인 연구 프로그램을 시행할 수 있는 기반을 마련했다.이 작품은 1975년 ^[12]노벨상 수상으로 인정받았다.

매튜 메셀슨(1930–)과 프랭클린 스탈(1929–)

1953년 DNA 구조가 발견된 후, DNA가 어떻게 복제되었는지는 여전히 불분명했다.당시 선호된 모델은 반보수적 복제였지만 실험적인 증거가 필요했다.1958년 매튜 메셀슨과 프랭클린 스탈에 의해 수행된 메셀슨-스탈 ^[13]실험은 반보수적 복제의 설득력 있는 증거를 제공한 중요한 실험이었다. 이 메커니즘은 현재 올바른 것으로 알려져 있다.메셀슨과 스탈은 이 중요한 ^[14]실험을 하게 된 상황을 설명했다.그 이후로 그것은 ^[15]"생물학에서 가장 아름다운 실험"으로 묘사되었다.그 아름다움은 실험으로 이어진 경로는 결코 간단하지 않았지만, 결과의 단순성과 연결된다.

시모어 벤저(1921~2007)와 장 바이글(1901~1968)

회고적인 ^[16]기사에 기술된 바와 같이, 시모어 벤저는 1949년 박사 후 펠로우로서 칼텍에 있는 델브뤼크의 파지 그룹에 합류했다.그곳에서 그는 Jean Weigle과 실험실을 공유했고 그곳에서 그들은 파지 T4에 대한 공동 실험을 했다.Caltech를 떠나면서, Benzer는 파리의 파스퇴르 연구소에서 파지 T4에 대한 실험을 계속했고, 그 후 Purdue 대학에서 rIIA와 rIIB ^[17][18]유전자에 결함이 있는 돌연변이를 사용하여 유전자의 미세한 구조를 연구하는 시스템을 개발했다.rII 돌연변이의 교배와 관련된 이러한 유전자 실험은 유전자 내 변이 부위의 독특한 선형 순서를 발견하게 했다.이 결과는 그 유전자가 독립적으로 돌연변이를 일으킬 수 있는 많은 부위의 DNA 길이에 해당하는 선형 구조를 가지고 있다는 핵심 아이디어에 대한 강력한 증거를 제공했다.

1952년 살바도르 루리아는 "제한-수정"(감염된 박테리아 내에서 성장하는 파지의 변형, 관련 세균의 방출 및 재감염 시 파지의 성장이 제한됨) 현상을 발견했다(루리아,^[5] 페이지 45 및 99).Weigle은 Giuseppe Bertani와 Werner Arber와 함께 이 현상의 근거를 곧 명확히 했다.그들은 제한은 실제로 변형된 파지의 DNA에 대한 특정 박테리아 효소에 의한 공격 때문이라는 것을 보여주었다.이 연구는 현재 "제한 효소"로 알려진 효소 부류의 발견으로 이어졌다.이 효소들은 실험실에서 DNA의 통제된 조작을 가능하게 했고, 따라서 유전 공학의 발전을 위한 기초를 제공했습니다.

와이글은 또한 박테리아의 DNA 손상-반응 유전자가 유도할 수 있는 특성, 즉 SOS 반응으로 알려지게 된 현상을 보여주었다.이 반응에는 DNA 손상 유도 돌연변이 유발(그의 명예를 위해 Weigle 돌연변이 유발) 및 DNA 손상 후 유도성 복구(Weigle 재활성화)가 포함됩니다.

시드니 브레너(1927–2019) 및 군터 스텐트(1924–2008)

1961년 파지 그룹의 초기 멤버였던 시드니 브레너는 케임브리지의 캐번디시 연구소에서 프란시스 크릭, 레슬리 바넷, 리처드 와츠 토빈과 함께 단백질 ^[19]유전자 코드의 기본적 성격을 증명하는 유전자 실험을 수행했다.파지 T4의 rIIB 유전자의 돌연변이를 가지고 수행된 이러한 실험은 단백질을 암호화하는 유전자의 경우, 유전자의 DNA의 세 개의 순차적인 염기가 단백질의 각각의 연속된 아미노산을 지정한다는 것을 보여주었다.따라서 유전자 코드는 트리플렛 코드이며, 여기서 각 트리플렛은 특정 아미노산을 지정한다.그들은 또한 단백질을 코드하는 DNA 배열에서 코돈들이 서로 겹치지 않고, 그러한 배열이 고정된 시작점에서 읽힌다는 증거를 얻었다.

군터 스텐트는 1948년 뉴욕의 콜드 스프링 하버에서 파지 강좌를 들은 후 파지 그룹에 가입했다.연구 진행에 대한 이러한 노동자들의 비공식적인 논의는 1963년까지 이 신흥 분야의 업적에 대한 명쾌한 설명인 Stent의 박테리아 바이러스의 분자 생물학(Molecular Biology of Cycular Virus, Max Delbruck)^[20]이라는 책으로 이어졌다.나중에, 그의 회고록에서, 스텐트(1998)는 파지 그룹의 초기 결정적인 시기(1948-1950)^[21] 동안 독특한 지적 정신을 보여주는 활동과 개인적인 상호작용을 묘사했다.

막스 델브뤼크의 역할

델브뤼크는 매력과 열정을 통해 1940년대 초에 많은 생물학자(및 물리학자)를 파지 연구에 참여시켰다.^[22] 1944년 델브뤼크는 표준화된 실험 조건과 함께 파지 연구자들이 제한된 수의 파지 및 박테리아 균주에 초점을 맞출 것을 촉구하는 "파지 조약"을 추진하였다.이를 통해 서로 다른 연구소의 연구를 보다 쉽게 비교하고 재현할 수 있게 되었고, ^[23]세균 유전학 분야를 통합하는 데 도움이 되었습니다.

Cold Spring Harbor Laboratory 및 Caltech의 파지 코스

직접적인 협력과는 별개로, 파지 그룹의 주요 유산은 콜드 스프링 하버 연구소에서 매년 여름 파지 과정을 가르치고 칼텍에서 산발적으로 가르친 결과였다.1945년부터 델브뤼크와 다른 사람들은 젊은 생물학자들에게 파지 생물학과 실험의 기초를 가르쳤고, 파지 그룹의 독특한 수학과 물리학 지향적 접근을 가르쳤다.분자생물학의 신흥 분야의 많은 리더들은 1950년대와 ^[24]1960년대까지 계속 가르쳤던 파지 과정의 졸업생들이었다.

1995년 Millard Susman은 수년간(1945–70년) 콜드 스프링 하버(뉴욕)와 캘리포니아 공과대학(California Institute of Technology)^[25]에서 주어진 파지 코스에 대한 회고 기사를 발표했다.이 기사는 이 과정의 많은 졸업생들을 나열하고, 그들의 업적들을 설명하고, 이 과정과 관련된 흥미로운 일화를 제공한다.저명한 칼텍 이론 물리학자 리처드 파인만은 1961년 여름 찰스 M.의 도움으로 파지를 다루는 법을 배웠다. Steinberg와 그의 실험 결과는 Edgar ^[26]등의 출판물에 포함되었다.

조건부 치사 돌연변이

1962-1964년 동안 파지의 조건부 치사 돌연변이를 파지 그룹 구성원에 의해 분리한 것은 실험실 ^[27][28]조건에서 파지의 성장에 필수적인 사실상 모든 유전자의 기능을 연구할 수 있는 기회를 제공했다.조건부 치사 돌연변이의 한 종류는 호박 ^[29]돌연변이로 알려져 있다.이 돌연변이들은 리처드 엡스타인, 앙투아네트 볼레, 찰스 M에 의해 분리되고 유전적으로 특징지어졌습니다. 1962년^[30] Steinberg(최초 연구결과의 발표가 50년 동안 지연되었지만: Epstein 등, 2012 ^[31]참조).호박 돌연변이의 보다 완전한 유전적 특성은 1964년 ^[32]엡스타인 등에 의해 기술되었다.온도에 민감한 돌연변이라고 불리는 조건부 치사 ^[33]변이체의 또 다른 클래스는 로버트 에드거와 일가 리엘라우시스에 의해 얻어졌습니다.이 두 종류의 돌연변이에 대한 연구는 수많은 근본적인 생물학적 문제에 대한 상당한 통찰력을 이끌어냈다.따라서 DNA 복제, 복구 및 재조합의 기계에서 사용되는 단백질의 기능과 상호작용, 그리고 바이러스가 단백질과 핵산 성분으로부터 어떻게 조립되는지에 대한 이해가 이루어졌다(분자 형태 형성).또한, 연쇄 종단 코돈의 역할이 설명되었습니다.주목할 만한 연구는 시드니 브레너와 협력자들에 의해 파지 T4의 주요 ^[34]머리 단백질을 코드하는 유전자에 결함이 있는 호박 돌연변이를 사용하여 수행되었다.이 실험은 단백질의 아미노산 배열이 단백질을 결정하는 유전자의 뉴클레오티드 배열에 의해 특정된다는 널리 알려진 1964년 이전에 여전히 증명되지 않은 "서열 가설"에 대한 강력한 증거를 제공했습니다.따라서, 본 연구는 암호화된 폴리펩타이드와 유전자의 공동 선형성을 입증했다.

레퍼런스

추가 정보

• Morange, Michel (2000-03-04). A History of Molecular Biology (New ed.). Harvard University Press. p. 348. ISBN 0-674-00169-9.
• 이력: 파지 그룹 - 콜드 스프링 하버 연구소