Клуг (Klug), Аарон

Английский физик и специалист по молекулярной биологии Аарон Клуг родился в Желвасе (Литва), в семье торговца скотом Лазаря Клуга и Беллы (Силиной) Клуг. Когда Аарону было два года, Клуги переехали в Дурбан (Южная Африка), куда семья его матери эмигрировала в начале века. С 1937 по 1941 г. Клуг учился в дурбанской средней школе. Именно в этот период у будущего ученого родился интерес к науке, особенно после того, как он прочитал книгу американского писателя Поля де Крайфа «Охотники за микробами».

Поступив в 1942 г. 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 г. он окончил университет, получив степень бакалавра естественных наук, его интересы уже четко определились: Клуг выбрал физику. Занимаясь в Кейптаунском университете на выделенную ему стипендию, он изучил у одного из своих учителей, Р.У. Джеймса, метод рентгеновской кристаллографии. Этот метод, разработанный У.Л. Брэггом и У.Г. Брэггом, заключается в том, что на фотографической пластинке отображаются картины, образующиеся при прохождении пучка рентгеновских лучей через кристалл. Поскольку рентгеновские лучи при этом характерным образом отклоняются, по возникающему рисунку можно судить о расположении атомов внутри кристалла. Получив в 1946 г. 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, учрежденная Британской выставкой 1851 г., и субсидия на проведение научных исследований, полученная от Тринити-колледжа Кембриджского университета, позволили Клугу в 1949 г. переехать в Англию. Клуг подал заявление на место исследователя в Кавендишской лаборатории Кембриджского университета, чтобы в сотрудничестве с Максом Перуцем и Джоном К. Кендрю работать над установлением структуры белковых молекул с помощью метода рентгеновской кристаллографии. Однако в Кавендишской лаборатории не было свободных мест, и Клуг под руководством Д.Р. Хартри начал изучать молекулярную структуру стали. За эту работу он в 1952 г. получил докторскую степень.

Перейдя в отдел коллоидной химии Кембриджского университета, Клуг в течение всего 1953 г. исследовал биофизические процессы, в ходе которых кислород и диоксид 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 Дж.Д. Бернала, бывшего преподавателя Перуца в Кембриджском университете. Очень недолгое время Клуг изучал белковую рибонуклеазу. За время этой работы он познакомился с Розалиндой Франклин, чье исследование по рентгеновскому анализу дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК) помогло в свое время Фрэнсису Крику и Джеймсу Д. Уотсону установить структуру (двойную спираль) этой сложной молекулы.

Франклин незадолго до этого приступила к исследованию вируса табачной мозаики, который поражает листья табака. Несмотря на то, что об этом вирусе было многое известно – особенно благодаря работе, проведенной ранее Джоном Х. Нортропом и Уэнделлом М. Стэнли, – его молекулярная структура все еще оставалась неясной. Полученные Франклин рентгеновские изображения, в которых Клуг хотя и с трудом, но все-таки сумел различить следы изогнутых наслоений, вызвали у ученого большой интерес, и он подключился к этой работе. После смерти Франклин в 1958 г. он стал руководителем научно-исследовательской группы по изучению структуры вируса в Бербекском колледже. Четыре года спустя Клуг принял предложение Крика вернуться в Кембриджский университет, на этот раз в качестве члена Совета по медицинским исследованиям молекулярной биологии. За короткое время Клуг 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. Опираясь на свои знания физики и рентгеновского анализа, Клуг разработал 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 организации. 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 г. он начал применять эту последовательность при анализе хроматина, соединения гистонов (особых белков) и ДНК, которые образуют хромосомы высокоорганизованных организмов. В 1981 г. Клуг и его коллегам удалось доказать, что каждый из многих гистонов представляет собой похожую на обрубок цилиндрическую молекулу, вокруг которой скручен в витки участок неразорванной ДНК. Сами гистоны так туго свернуты в кольца, что одна-единственная нить ДНК человека длиной приблизительно в 2 метра укладывается в ядро клетки, диаметр которой меньше сотой доли миллиметра.

В 1982 г. Клугу была присуждена Нобелевская премия по химии «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. Мельстрем 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 г. Клуг становится одним из руководителей лаборатории молекулярной биологии Совета медицинских исследований в Кембридже. Здесь он продолжает вести научную работу, сохраняя верность ранее избранной теме. Исследования Клуга, равно как и информация о результатах, полученных другими учеными, применяющими его методы, в значительной мере проясняют процессы, происходящие внутри живых клеток. Клуг поглощен научной работой, много сил у него отнимают и административные обязанности. Однако он старается как можно больше времени отдавать преподавательской работе. Небольшого роста, худощавый, обладающий острым интеллектом, Клуг необыкновенно популярен в кругу своих студентов и коллег.

В 1949 г. ученый женился на Лайбе Броубау. У супругов два сына.

Помимо Нобелевской премии, Клуг удостоен почетных степеней Колумбийского, Чикагского, Страсбургского и Стокгольмского университетов. Он также награжден премией доктора Х. П. Хейнекена Нидерландской королевской академии наук и искусств (1979) и премией Луизы Гросс-Хорвиц Колумбийского университета (1981). Клуг – член Лондонского королевского общества и почетный иностранный член Американской академии наук и искусств.