William Astbury — DNA:n ja keratiinin röntgendiffraktion pioneeri (1898–1961)
William Astbury (1898–1961) — DNA:n ja keratiinin röntgendiffraktion pioneeri: varhaiset rakenteelliset löydöt, jotka auttoivat Linus Paulingia ja modernia molekyylibiologiaa.
William Thomas Astbury FRS (Bill Astbury, 25. helmikuuta 1898 Longton - 4. kesäkuuta 1961 Leeds) oli englantilainen fyysikko ja molekyylibiologi.
Astbury teki varhaisia röntgendiffraktiotutkimuksia biologisista molekyyleistä ja oli yksi ensimmäisistä tutkijoista, joka sovelsi kiinteän aineen diffraktiomenetelmiä suoraan proteiineihin ja nukleiinihappoihin. Hänen työssään käytettiin kuitumaisten näytteiden röntgendiffraktiota, mikä mahdollisti toistuvien rakenteellisten toistojen havaitsemisen pitkin kuitujen akselia.
Astburyn keratiinia koskeva tutkimus 1920- ja 1930-luvuilla osoitti, että kuituproteiineissa on säännöllisiä pitkänomainen toistumia ja eri konformaatioita (esimerkiksi niin kutsutut alpha- ja beta-muodot). Nämä havainnot auttoivat Linus Paulingia ja muita ajattelemaan proteiinien järjestäytyneitä sekundaarirakenteita; Paulingin tunnettu alfa-kierteen (alpha-helix) löytö rakentui osittain juuri Astburyn antamiin kokeellisiin vihjeisiin ja mittoihin.
Vuonna 1937 Astbury laajensi kiinnostuksensa DNA:n tutkimukseen ja otti sen röntgendiffraktiokuvista ensimmäisiä selkeämpiä havaintoja. Hänen kuvissaan näkyi säännöllisiä aksiaalisia toistoja ja voimakkaat heijastukset, jotka viittasivat emästen päällekkäiseen pinoutumiseen (ns. base stacking) ja pitkittäiseen toistoon kuidussa. Vaikka Astbury ei kyennyt ratkaisemaan DNA:n täydellistä kolmiulotteista mallia eikä esittämään kaksoiskierrettä, hänen työnsä oli tärkeä ensimmäinen askel: se antoi rakenteesta konkreettisia rajoitteita ja osoitti, että DNA ei ollut satunnaisesti järjestäytynyt molekyyli vaan säännöllinen, toistuva rakenne.
Astbury toimi pitkään Leedsin yliopistossa, missä hän perusti ja johti tutkimusryhmää, joka yhdisti fysiikan, kemian ja biokemian menetelmiä. Hän oli uranuurtaja biologisten makromolekyylien olevan tutkimuksen kohteena röntgendiffraktion avulla ja edisti täten molekyylibiologian syntyä Britanniassa. Astbury tunnettiin myös opettajana ja mentoriina: hänen ryhmästään kasvoi useita tutkijoita, jotka jatkoivat työtä proteiinien ja nukleiinihappojen rakenteen parissa.
Astburyn perintö on kaksijakoinen: toisaalta hän vaikutti suoraan proteiinien sekundaarirakenteiden ymmärtämiseen ja Linus Paulingin teoreettisten mallien syntyyn; toisaalta hänen varhaiset DNA-kuvansa ja tulkintansa antoivat myöhemmille tutkijoille, kuten Rosalind Franklinille, Maurice Wilkinsille, James Watsonille ja Francis Crickille, arvokkaan kokeellisen kontekstin ja mittausvertailun. Astburya pidetäänkin yhtenä niistä tutkijoista, jotka siirsivät biologiset ongelmat fysiikan ja kemian kokeelliseen kenttään, mikä oli välttämätöntä molekyylibiologian kehitykselle.
Tärkeimmät panokset ja vaikutus
- Sovelsi röntgendiffraktiota kuitumaisiin biologisiin näytteisiin ja osoitti toistuvia rakenteita proteiineissa.
- Havainnoi ja kuvaili keratiinin eri konformaatioita, mikä auttoi muodostamaan ajatuksen proteiinien säännöllisistä sekundaarirakenteista.
- Ottamaan ensimmäisiä selkeämpiä röntgendiffraktiokuvia DNA-kuiduista ja esitti ajatuksen emäsparien pinoutumisesta, jolloin syntyi tärkeä kokeellinen lähtökohta DNA:n rakenteen myöhemmälle selvittämiselle.
- Edisti monitieteistä lähestymistapaa biologisten makromolekyylien tutkimukseen ja koulutti uusia sukupolvia molekyylibiologeja ja biokemistejä.
Astburyn työtä arvostetaan yhä historiallisena sillanrakennuksena fysiikan ja biologian välillä: hän ei ehkä kehittänyt kuuluisinta mallia, mutta hänen kokeelliset tuloksensa ja kysymyksenasettelunsa olivat välttämätön perusta DNA:n ja proteiinien rakenteen ymmärtämiselle.
Tie DNA:han
Vuonna 1937 ruotsalainen Torbjörn Caspersson lähetti hänelle hyvin valmisteltuja DNA-näytteitä vasikan kateenkorvasta. Se, että DNA tuotti diffraktiokuvion, osoitti, että sillä oli säännöllinen rakenne. Astbury raportoi, että DNA:n rakenne toistui 2,7 nanometrin välein ja että emäkset sijaitsivat tasaisesti päällekkäin 0,34 nanometrin välein. Cold Spring Harborissa vuonna 1938 pidetyssä symposiumissa Astbury huomautti, että 0,34 nanometrin väli oli sama kuin aminohapoilla polypeptidiketjuissa. Itse asiassa DNA:n B-muodossa emästen väli on 0,332 nm.
Vuonna 1946 Astbury esitti Cambridgessä pidetyssä symposiumissa esitelmän, jossa hän sanoi: "Yksi aikamme suurista biologisista kehityskuluista on oivallus siitä, että luultavasti kaikkein perustavin vuorovaikutus on proteiinien ja nukleiinihappojen välinen vuorovaikutus". Hän sanoi myös, että nukleotidien ja proteiinien aminohappojen väliset etäisyydet "eivät ole aritmeettinen sattuma".
Astbury ei pystynyt ehdottamaan DNA:n oikeaa rakennetta tietojensa perusteella. Vuonna 1952 Linus Pauling kuitenkin käytti Astburyn riittämättömiä tietoja ehdottaakseen DNA:n rakennetta, joka sekin oli virheellinen. Astburyn työ rohkaisi kuitenkin Maurice Wilkinsia, Raymond Goslingia ja Rosalind Franklinia Kings Collegessa Lontoossa. Francis Crick ja James D. Watson käyttivät heidän röntgenkristallografiatuloksiaan DNA:n rakenteen selvittämiseen vuonna 1953.
Etsiä