스티븐 A. 베너

Steven A.
스티븐 앨버트 베너
태어난 (1954-10-23) 1954년 10월 23일 (67세)[1]
국적미국
모교예일 대학교
하버드 대학교
과학 경력
필드화학, 합성생물학
기관하버드 대학교
ETH 취리히
플로리다 대학교, 응용 분자 진화를 위한 재단
박사학위 자문위원로버트 번스 우드워드, 프랭크 웨스트하이머
웹사이트www.ffame.org

스티븐 앨버트 베너(Steven Albert Benner, 1954년 10월 23일 출생)는 자신이 V.T.&루이즈 잭슨 유수의 화학과 교수였던 하버드대, ETH 취리히, 플로리다대 교수로 재직해 왔다. 2005년에 그는 웨스트하이머 과학 기술 연구소(TWIST)와 응용 분자 진화 재단을 설립했다. Benner는 또한 EaserGen 바이오시어티스와 Firebird BioMollear Science LLC라는 회사를 설립했다.

Benner와 그의 동료들은 합성 생물학의 분야를 시작하면서 유전자를 처음으로 합성했다. 그는 고생물학 분야를 확립하는 데 중요한 역할을 했다. 그는 생명의 기원과 화학 물질인 조건과 과정 아르엔에이 Benner NASA와 외계인 유전 물질을 탐지기를 개발하기 위해, 생명체의 정의 있는 미 항공 우주국 Exobiology 기율 워킹 그룹에 의해 1992년,“자급자족 화학계 다윈의 진화할 수”개발된를 사용하여 일해 왔다 작성에 필요한에 관심이 있다.[2][3][4][5]

교육

베너는 1976년 분자 생물물리학과 생화학 분야에서 B.S./M.S를 받으며 예일 대학에 다녔다. 그 후 1979년 화학과 박사학위를 받으며 하버드 대학에 진학했다.[6] 로버트 번스 우드워드의 감독 아래 일하면서 우드워드의 사망 후 프랭크 웨스트하이머와 함께 논문 작업을 마쳤다. 그의 박사학위 논문은 아세토아세테이트 데카르복실라아제, 베테인-호모시스테인 트랜스메틸아제, 3-하이드록시부티레이트 탈수소효소의 절대 입체화학이었다.[7]

경력

하버드 대학교를 졸업한 후, 베너는 하버드 대학교에서 펠리푸스 상을 1982년에 수상하면서 동료가 되었다. 1982년부터 1986년까지 하버드대 화학과 조교수였다.[8]

1986년 베너는 취리히에 있는 스위스 연방 공과대학인 ETH 취리히로 이사했다.[9] 1986년부터 1993년까지 바이오 유기 화학 부교수, 1993년부터 1996년까지 바이오 유기 화학 교수직을 역임했다.[8]

1996년까지[10] 베너는 플로리다 대학의 교수진에 화학 및 세포와 분자 생물학의 교수로 합류했다. 2004년 플로리다대 화학과 V.T.&루이즈 잭슨 석좌교수로 임용되었다.[11]

베너는 2005년 12월 말 플로리다 대학교를 떠나 프랭크 웨스트하이머의 명예에서 웨스트하이머 과학기술 연구소(TWIST)를 찾았다. 베너가 2001년 설립한 플로리다주 알라추아에 있는 응용분자진화재단(FFAME)의 일부다.[12]

Benner는 1999년에 EarageGen 바이오시어스를 설립했다. 이 회사는 2011년 루미넥스에 인수됐다.[13][14] 그는 2005년에 Firebird BioMolecular Science LLC를 설립했다.[12][15][16]

리서치

베너의 연구는 크게 네 가지 분야로 나뉜다.

  1. 인공 구조물을 합성하여 유전 알파벳을 확장함
  2. 생물의 화학적 기원의 재창조, 생물의 화학적 기원의 재창조.
  3. 고생물 종에서 나온 고대 단백질에 대한 연구인 고생물학
  4. 외계 생명체의[17] 발견

베너 실험실은 '합성 생물학' 분야의 원조로서, 화학 합성에 의해 그들의 유전, 상속, 진화를 포함한 생물체계의 복잡한 행동을 재생산하는 분자를 생성하고자 한다. 화학유전학의 과거 연구의 몇 가지 중요한 점은 아래에 열거되어 있다.

유전자 합성

1984년 하버드 대학의 베너의 실험실은 1970년 코라나가 tRNA를 위해 더 짧은 유전자를 합성한 이후 처음으로 효소를 인코딩하는 유전자의 화학 합성을 보고하였다.[18][19][20][21] 이것은 단백질 공학의 기초를 닦은 선구적인 업적, 어떤 종류의 유전자든 최초의 설계 유전자였다.[22] 이 합성에 도입된 설계 전략은 현재 단백질 공학을 지원하기 위해 널리 사용되고 있다.[23]

인공유전계

인공 유전자 시스템의 목표를 향한 노력은 1989년 베너와 동료들에 의해 처음 보고되었는데, 그 때 그들은 최초의 부자연스러운 염기쌍을 개발했다.[24][25][26][27] 이후 베너와 그의 동료들은 4개의 표준 뉴클레오티드(G, A, C, T) 외에 2개의 비표준 뉴클레오티드(Z, P)를 추가로 포함하는 6글자의 인공확대 유전정보시스템(AEGIS)을 개발했다.[28][29][30][31] 이지스에는 자체적인 지원 분자생물학이 있다.[5] 자연적으로 인코딩된 20개 이상의 아미노산을 가진 단백질의 합성을 가능하게 하며, 핵산이 어떻게 이중 구조를 형성하는지, 단백질이 핵산과 어떻게 상호작용하는지,[32] 대체 유전체계가 비테란 생명체에서 어떻게 나타날 수 있는지에 대한 통찰력을 제공한다.[33]

Benner는 Eric T. Kool, Floyd E를 포함한 다수의 연구원 중 한 명이다. 왓슨-크릭 본딩(비 왓슨-크릭 본딩)을 이용해 DNA(RNA뿐 아니라)에 통합할 수 있는 확장된 합성 베이스 알파벳을 만든 로메스버그, 히라오 이치로, 시오노야 미쓰히코, 앤드류 엘링턴. 이들 합성기지는 대부분 A, C, G, T기반의 파생기반이지만 일부는 다르다. 일부는 왓슨크릭 쌍(A/T, C/G)에 있는 반면 일부는 자기보완(X/X)이다. 그래서 유전 알파벳이 확장되었다.[15][25][27][34][35][36][37][38]: 88–98

단백질 합성에 이용 가능한 뉴클레오티드 트리플트, 즉 코돈의 수는 이용 가능한 뉴클레오티드의 수에 따라 달라진다. 표준 문자(G, A, C, T)는 43 = 64개의 가능한 코돈을 생성하는 반면, 9개의 DNA 기초가 있는 확장된 DNA 알파벳은 93 = 729개의 가능한 코돈을 가질 수 있으며, 이들 중 다수는 합성 코돈이다. 이러한 코돈들이 유용하게 쓰일 수 있도록, tRNA가 가능한 합성 아미노산을 해당 합성 코돈과 결합할 수 있도록 코딩할 수 있도록 아미노아실 tRNA 합성효소가 생성되었다. 브레너는 그가 65번째 코돈이라고 부르는 합성 DNA 코돈[iso-C/A/G]을 사용하는 합성 ISO-C/iso-G DNA를 사용하는 시스템을 설명해왔다. 합성 아미노산-tRNA 합성효소를 포함한 합성 안티코돈[iso-G/U/C]을 사용한 합성 mRNA는 합성 폴리펩타이드(합성 프로테오믹스)에 통합된 합성 아미노산을 코딩할 수 있는 생체내 실험 결과를 낳는다.[38]: 100–106

핵산을 위한 "2세대" 모델

베너는 합성 유기화학과 생물물리학을 이용해 핵산 구조를 위한 '2세대' 모델을 만들어 왔다. DNA의 1세대 모델은 로잘린드 프랭클린이 연구하고 있는 결정화된 X선 구조에 기초하여 제임스 왓슨과 프랜시스 크릭에 의해 제안되었다. 이중 헥스 모델에 따르면, DNA는 서로 결합한 두 개의 보완적인 뉴클레오티드의 가닥으로 구성되어 있다.[39] 베너의 모델은 유전자 분자 인식 사건에서 당분과 인산염 등뼈의 역할을 강조한다. 다항식 등뼈는 DNA의 복제를 돕는 확장된 구조를 만드는 데 중요하다.[40][41][42]

2004년에 베너는 스스로 재생산이 가능한 인공 DNA와 같은 분자를 디자인하는 첫 번째 성공적인 시도를 보고했다.[22]

게놈 염기서열 분석 및 단백질 구조 예측

1980년대 후반, 베너는 게놈 염기서열 프로젝트가 수백만 개의 염기서열을 생성하고 연구자들이 유기화학에서 분자 구조를 광범위하게 매핑할 수 있도록 할 수 있는 가능성을 인정했다. 1990년대 초 베너는 개스톤 곤넷을 만나 고넷의 문자 검색 도구를 단백질 시퀀스 관리에 적용하는 협업을 시작했다.[43][44] 1990년에 개스톤 곤넷과 협력하여 베너 실험실은 다윈 생물정보학 작업대를 도입했다. 다윈(DARWIN, Indexed Nucleic acid-펩타이드 시퀀스를 이용한 데이터 분석 및 검색)은 게놈 시퀀스를 검사하기 위한 고급 프로그래밍 환경이었다. 데이터베이스에 게놈 서열 매칭을 지원하고, 돌연변이, 삽입, 삭제 등을 축적해 자연 단백질이 기능 제약하에서 어떻게 분간할 수 있는지를 보여주는 정보를 생성했다.[45] 다윈을 기반으로 한 Benner 실험실은 시퀀스 데이터로부터 단백질의 3차원 구조를 예측하는 도구를 제공했다. 알려진 단백질 구조에 대한 정보는 베너의 스타트업 에이지젠에 의해 상업적 데이터베이스인 마스터 카탈로그로 수집되어 판매되었다.[45]

단백질의 이차 구조를 예측하기 위해 다중 시퀀스 정보를 사용하는 것이 베너와 게를로프의 작업 결과 인기를 얻게 되었다.[46][47][48] 베너와 동료들의 단백질 2차 구조 예측은 높은 정확도를 달성했다.[49] 단백질 접힘 모델링, 원거리 호몰로그 검출, 구조 유전체학 활성화, 단백질 서열·구조·기능 결합 등이 가능해졌다. 또한, 본 연구는 호몰로리에 의한 구조 예측에 대한 한계를 제시하여, 이 전략으로 수행할 수 있는 것과 할 수 없는 것을 규정하였다.[45]

실용적인 유전자형 도구

베너의 접근은 진단과 나노기술의 도구뿐만 아니라 핵산이 어떻게 작용하는지에 대한 새로운 관점을 열었다. FDA는 인체 진단에 이지스 DNA를 사용하는 제품을 승인했다. 이들은 B형 간염, C형 간염, HIV에 감염된 환자의 바이러스 양을 감시한다.[50] 이지스는 그동안 환자 검체에서 암세포와[51] 단일 뉴클레오티드 다형성 등 유전자 표지를 다중적으로 검출할 수 있는 도구가 개발돼 왔다. 이 도구들은 "Point-of-Care" 유전자 분석을 이용한 개인 맞춤형 의학뿐만 아니라 단일 살아있는 뉴런의 단일 프로세스 내에서 개별 mRNA 분자의 수준을 측정하는 연구 도구가 될 것이다.[52][53]

해석적 단백질학

유전학적 데이터를 해석하고 공통의 유전적 조상인 "루카"로 다시 투영하면서, 베너 실험실은 구조 생물학을 이용하여 보존과 변동의 패턴을 분석하고, 진화 나무의 다른 가지에 걸쳐 이러한 패턴의 변동을 연구하며, 유전자 기록의 사건들과 그 사건의 상관 관계를 맺는 도구를 도입했다.지질학과 화석으로 알려진 생물권의 역사 이로부터 현대 생활에서 생체 분자의 역할이 어떻게 역사적 과거의 모델을 통해 이해될 수 있는지를 보여주는 예가 생겨났다.[54][55]

실험용 고생물학

추가 정보: 조상 유전자 부활

베너는 고대 유기체의 유전자와 단백질이 생물정보학 및 재조합 DNA 기술을 이용해 부활하는 실험용 고생물학 분야의 원조였다.[56] 고대 단백질에 대한 실험 연구는 백악기 멸종 당시 루미닌 소화의 생화학,[57][58]: 209 고대 박테리아의 열성, 식물, 과일, 곰팡이와의 상호 작용 등 복잡한 생물학적 기능의 진화에 대한 가설을 실험했다.[58]: 17 이것들은 분자에서 세포, 유기체, 생태계, 그리고 행성에 이르는 생물학적 행동에 대한 우리의 이해를 발달시킨다, 때로는 행성 생물학이라고 일컬어지기도 한다.[58]: 221

우주생물학

베너는 생명의 기원, 그리고 자기복제 RNA가 지구 생명의 전조인 RNA-세계 모델을 뒷받침하는 데 필요한 조건에 깊은 관심을 갖고 있다. 그는 탄수화물의 성공적인 형성과 RNA의 안정화에 중요한 것으로 칼슘, 붕산염, 몰리브덴을 확인했다.[59] 그는 화성이 RNA의 초기 생성을 위해 지구보다 더 바람직한 조건을 가졌을 수도 있다고 제안했지만,[60][61] 최근에는 스티븐 모지시스가 개발한 건조한 땅과 간헐적인 물을 보여주는 초기 지구의 모델들이 RNA 개발을 위한 충분한 조건을 제시한다는 데 동의했다.[12]

베너 그룹은 생물학적 과정이 아닌 생성과 상관없이 생물계의 보편적 특성이 될 가능성이 있는 분자 구조를 식별하기 위해 노력해왔다. 이것들은 테레안과 같은 생명체나 "이상한" 생명체를 위한 "생물학적 특징"이다.[3][62][63]

참조

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