stringtranslate.com

Джеральд Эдельман

Джеральд Морис Эдельман ( / ˈ ɛ d əl m ən / ; 1 июля 1929 — 17 мая 2014) — американский биолог , который разделил Нобелевскую премию по физиологии и медицине 1972 года за работу с Родни Робертом Портером по иммунной системе . [1] Исследования Эдельмана, удостоенные Нобелевской премии, касались открытия структуры молекул антител . [2] В интервью он говорил, что то, как компоненты иммунной системы развиваются в течение жизни человека, аналогично тому, как компоненты мозга развиваются в течение жизни. Таким образом, существует преемственность между его работой по иммунной системе, за которую он получил Нобелевскую премию , и его более поздними работами в области нейронауки и философии сознания .

Ранняя жизнь и образование

Джеральд Эдельман родился в 1929 году [3] в Озон-Парке, Квинс, Нью-Йорк , в еврейской семье, врача Эдварда Эдельмана и Анны (урожденной Фридман) Эдельман, которая работала в страховой отрасли. [4] Он учился игре на скрипке в течение многих лет, но в конце концов понял, что у него нет внутреннего стимула, необходимого для продолжения карьеры концертного скрипача, и решил вместо этого заняться медицинскими исследованиями. [5] Он учился в государственных школах в Нью-Йорке, окончив среднюю школу Джона Адамса [6] , а затем поступил в колледж Урсинус , который он окончил с отличием , получив степень бакалавра в 1950 году. Он получил степень доктора медицины в Медицинской школе Пенсильванского университета в 1954 году. [4]

Карьера

После года работы в Фонде Джонсона по медицинской физике Эдельман стал резидентом в Массачусетской больнице общего профиля ; затем он занимался медицинской практикой во Франции, одновременно служа в Медицинском корпусе армии США . [4] В 1957 году Эдельман присоединился к Рокфеллеровскому институту медицинских исследований в качестве аспиранта, работая в лаборатории Генри Кункеля и получив степень доктора философии в 1960 году. [4] Институт сделал его помощником (позже заместителем) декана аспирантуры; в 1966 году он стал профессором школы. [4] В 1992 году он переехал в Калифорнию и стал профессором нейробиологии в Исследовательском институте Скриппса . [7]

После получения Нобелевской премии Эдельман начал исследования в области регуляции первичных клеточных процессов , в частности, контроля роста клеток и развития многоклеточных организмов , сосредоточившись на межклеточных взаимодействиях на раннем эмбриональном этапе развития и на формировании и функционировании нервной системы. Эти исследования привели к открытию молекул клеточной адгезии (CAM), которые направляют фундаментальные процессы, помогающие животному достичь своей формы и вида, и посредством которых строится нервная система. Одним из самых значительных открытий, сделанных в этом исследовании, является то, что ген- предшественник молекулы клеточной адгезии нейронов дал начало в эволюции всей молекулярной системе адаптивного иммунитета . [8]

За свои усилия Эдельман был избран членом Американской академии искусств и наук (1968) и Американского философского общества (1977). [9] [10]

Нобелевская премия

Во время службы в армии в Париже Эдельман прочитал книгу, которая пробудила в нем интерес к антителам . [11] Он решил, что, поскольку в книге так мало говорится об антителах, он будет исследовать их глубже по возвращении в Соединенные Штаты, что привело его к изучению физической химии для его докторской диссертации 1960 года. [11] Исследования Эдельмана и его коллег, а также Родни Роберта Портера в начале 1960-х годов привели к фундаментальным прорывам в понимании химической структуры антител, открыв дверь для дальнейшего изучения. [12] За эту работу Эдельман и Портер разделили Нобелевскую премию по физиологии и медицине в 1972 году. [1]

В пресс-релизе по случаю вручения Нобелевской премии в 1972 году Каролинский институт назвал работу Эдельмана и Портера крупным прорывом:

Влияние открытий Эдельмана и Портера объясняется тем, что они дали ясную картину структуры и способа действия группы биологически особенно важных веществ. Тем самым они заложили прочную основу для действительно рациональных исследований, чего ранее в значительной степени не хватало иммунологии. Их открытия представляют собой явный прорыв, который немедленно вызвал бурную исследовательскую деятельность во всем мире, во всех областях иммунологической науки, дающую результаты, имеющие практическую ценность для клинической диагностики и терапии. [13]

Дисульфидные связи

Диаграмма, иллюстрирующая дисульфидные связи (красные), которые связывают легкую (зеленую) и тяжелую (синюю) субъединицы белка молекул иммуноглобулина G (IgG). Эта диаграмма также иллюстрирует относительное положение вариабельного (V) и константного (C) доменов молекулы IgG. Вариабельные области тяжелой и легкой цепи объединяются, образуя сайты связывания антигена на конце двух симметричных плеч антитела.

Ранние исследования Эдельмана по структуре белков антител показали, что дисульфидные связи связывают вместе белковые субъединицы. [2] Белковые субъединицы антител бывают двух типов: более крупные тяжелые цепи и более мелкие легкие цепи. Две легкие и две тяжелые цепи связаны вместе дисульфидными связями, образуя функциональное антитело.

Молекулярные модели структуры антител

Используя экспериментальные данные собственных исследований и работы других, Эдельман разработал молекулярные модели белков антител. [14] Ключевой особенностью этих моделей была идея о том, что антигенсвязывающие домены антител ( Fab ) включают аминокислоты как из легких , так и из тяжелых субъединиц белка. Межцепочечные дисульфидные связи помогают объединить две части антигенсвязывающего домена.

Секвенирование антител

Эдельман и его коллеги использовали бромциан и протеазы для фрагментации субъединиц белка антитела на более мелкие части, которые можно было проанализировать для определения их аминокислотной последовательности . [15] [16] В то время, когда была определена первая полная последовательность антитела (1969) [17], это была самая большая полная последовательность белка, которая когда-либо была определена. Доступность аминокислотных последовательностей белков антител позволила признать тот факт, что организм может вырабатывать много различных белков антител со схожими константными областями антител и расходящимися вариабельными областями антител .

Топобиология

Топобиология — это теория Эдельмана, которая утверждает, что морфогенез обусловлен дифференциальными адгезивными взаимодействиями между гетерогенными популяциями клеток, и объясняет, как одна клетка может дать начало сложному многоклеточному организму. Как предположил Эдельман в 1988 году, топобиология — это процесс, который формирует и поддерживает дифференцированные ткани и приобретается энергетически благоприятной сегрегацией клеток посредством гетерологичных клеточных взаимодействий.

Теория сознания

В своей дальнейшей карьере Эдельман прославился своей теорией сознания , изложенной в трилогии технических книг и в нескольких последующих книгах, написанных для широкой аудитории, включая «Яркий воздух, блестящий огонь» (1992), [18] [19] «Вселенная сознания» (2001, совместно с Джулио Тонони ), «Шире неба» (2004) и «Вторая природа: наука о мозге и человеческие знания» (2007).

В своей книге «Вторая натура» Эдельман определяет человеческое сознание как:

«... то, что вы теряете, входя в глубокий сон без сновидений... глубокую анестезию или кому... то, что вы восстанавливаете после выхода из этих состояний. [] Ощущение единой сцены, состоящей из различных сенсорных реакций... воспоминаний... ситуативности...»

Первая из технических книг Эдельмана, «Осознанный мозг» (1978), [20] развивает его теорию нейронного дарвинизма , которая построена вокруг идеи пластичности нейронной сети в ответ на окружающую среду. Вторая книга, «Топобиология» (1988), [21] предлагает теорию того, как первоначальная нейронная сеть мозга новорожденного устанавливается во время развития эмбриона . « Воспоминания о настоящем» (1990) [22] содержит расширенное изложение его теории сознания .

В своих книгах Эдельман предложил биологическую теорию сознания, основанную на его исследованиях иммунной системы. Он явно укореняет свою теорию в теории естественного отбора Чарльза Дарвина , ссылаясь на ключевые принципы теории популяций Дарвина, которая постулирует, что индивидуальные различия внутри вида обеспечивают основу для естественного отбора, который в конечном итоге приводит к эволюции новых видов. [23] Он явно отверг дуализм , а также отверг более новые гипотезы, такие как так называемая «вычислительная» модель сознания , которая сравнивает функции мозга с операциями компьютера. Эдельман утверждал, что разум и сознание являются чисто биологическими явлениями, возникающими из сложных клеточных процессов в мозге, и что развитие сознания и интеллекта можно объяснить с помощью дарвиновской теории.

Теория Эдельмана пытается объяснить сознание с точки зрения морфологии мозга. Мозг состоит из огромной популяции нейронов (приблизительно 100 миллиардов клеток), каждая из которых имеет огромное количество синаптических связей с другими нейронами. Во время развития подмножество связей, которые выживают на начальных этапах роста и развития, создаст приблизительно 100 триллионов связей друг с другом. Образец мозговой ткани размером со спичечную головку содержит около миллиарда связей, и если мы рассмотрим, как эти нейронные связи могут быть по-разному объединены, число возможных перестановок становится гиперастрономическим — порядка десяти с миллионами нулей. [24] Молодой мозг содержит гораздо больше нейронных связей, чем в конечном итоге доживет до зрелости, и Эдельман утверждал, что эта избыточная емкость необходима, потому что нейроны — единственные клетки в организме, которые не могут быть обновлены, и потому что только те сети, которые лучше всего приспособлены к их конечной цели, будут выбраны по мере их организации в нейронные группы.

Нейронный дарвинизм

Теория нейронного группового отбора Эдельмана, также известная как « нейронный дарвинизм », основана на трех основных принципах: эволюционный отбор, экспериментальный отбор и повторный вход.

  1. Отбор в процессе развития — формирование общей анатомии мозга контролируется генетическими факторами, но у любого человека связь между нейронами на синаптическом уровне и их организация в функциональные нейронные группы определяются соматическим отбором во время роста и развития. Этот процесс порождает огромную изменчивость в нейронной схеме — подобно отпечаткам пальцев или радужной оболочке глаза , ни у одного человека не будет абсолютно одинаковых синаптических структур в любой сопоставимой области мозговой ткани. Их высокая степень функциональной пластичности и необычайная плотность их взаимосвязей позволяют нейронным группам самоорганизовываться во множество сложных и адаптируемых «модулей». Они состоят из множества различных типов нейронов, которые, как правило, более тесно и плотно связаны друг с другом, чем с нейронами в других группах.
  2. Экспериментальный отбор — перекрывая начальный рост и развитие мозга и распространяясь на всю жизнь индивидуума, непрерывный процесс синаптического отбора происходит в разнообразных репертуарах нейронных групп. Этот процесс может усиливать или ослаблять связи между группами нейронов, и он ограничен ценностными сигналами, которые возникают из активности восходящих систем мозга, которые постоянно модифицируются успешным выходом. Экспериментальный отбор генерирует динамические системы, которые могут «картировать» сложные пространственно-временные события из сенсорных органов, систем тела и других нейронных групп в мозге на другие выбранные нейронные группы. Эдельман утверждает, что этот динамический селективный процесс напрямую аналогичен процессам отбора, которые действуют на популяции особей в видах, и он также указывает, что эта функциональная пластичность является обязательной, поскольку даже обширная кодирующая способность всего человеческого генома недостаточна для явного указания астрономически сложных синаптических структур развивающегося мозга. [25]
  3. Reentry — концепция реентерабельной сигнализации между нейронными группами. Он определяет reentry как непрерывный рекурсивный динамический обмен сигналами, который происходит параллельно между картами мозга и который непрерывно связывает эти карты друг с другом во времени и пространстве (видеоклип: Эдельман демонстрирует спонтанное формирование групп среди нейронов с реентерабельными связями). [26] Reentry зависит в своих операциях от сложных сетей массивно параллельных взаимных связей внутри и между нейронными группами, которые возникают в результате процессов эволюционного и эмпирического отбора, описанных выше. Эдельман описывает reentry как «форму непрерывного отбора более высокого порядка... которая, по-видимому, уникальна для мозга животных» и что «нет другого объекта в известной вселенной, столь полностью отличающегося реентерабельными цепями, как человеческий мозг».

Теория эволюции

Эдельман и Галли были первыми, кто указал на распространенность вырождения в биологических системах и на фундаментальную роль, которую вырождение играет в содействии эволюции. [27]

Дальнейшая карьера

Эдельман основал и руководил The Neurosciences Institute , некоммерческим исследовательским центром в Сан-Диего , который с 1993 по 2012 год изучал биологические основы высшей функции мозга у людей. Он входил в научный совет проекта World Knowledge Dialogue. [28]

Эдельман был членом консультативного совета Фестиваля науки и техники США . [29]

Личный

Эдельман женился на Максин М. Моррисон в 1950 году. [4] У них двое сыновей, Эрик, визуальный художник из Нью-Йорка, и Дэвид, внештатный профессор нейробиологии в Университете Сан-Диего . Их дочь, Джудит Эдельман, музыкант в стиле блюграсс , [30] записывающаяся певица и писательница. Некоторые наблюдатели [ кто? ] отметили, что персонаж в романе Ричарда Пауэрса « The Echo Maker» может быть отсылкой к Эдельману.

Здоровье и смерть

Позже в своей жизни он перенес рак простаты и болезнь Паркинсона . [31] Эдельман умер 17 мая 2014 года в Ла-Хойя, Калифорния , в возрасте 84 лет. [3] [32] [33]

Библиография

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ ab Джеральд М. Эдельман на Nobelprize.org, доступ 11 октября 2020 г.
  2. ^ ab Структурные различия между антителами разной специфичности Архивировано 8 мая 2006 г. в Wayback Machine GM Edelman, B. Benacerraf, Z. Ovary и MD Poulik в Proc Natl Acad Sci USA (1961), том 47, страницы 1751-1758.
  3. ^ ab Rutishauser, Urs (2014). «Джеральд Эдельман (1929–2014) Биолог, получивший Нобелевскую премию за раскрытие структуры антител». Nature . 510 (7506): 474. Bibcode :2014Natur.510..474R. doi : 10.1038/510474a . PMID  24965643.
  4. ^ abcdef Одельберг, Вильгельм, ред. (1973). "Gerald M. Edelman: Biography". Les Prix Nobel en 1972 . Nobel Foundation . Получено 27 сентября 2007 г. .(Включая Приложение, май 2005 г.)
  5. ↑ Замечания Эдельмана в радиоинтервью 2008 года с физиком Митио Каку (ведущим Exploration ).
  6. ↑ Раво, Ник (7 января 1987 г.). «Внимание сбивает с толку старшую школу Квинса». New York Times .
  7. ^ "Gerald M. Edelman: Curriculum Vitae" (PDF) . Получено 27 сентября 2007 г. .
  8. ^ Nobelprize.org - Биография Джеральда М. Эдельмана
  9. ^ "Gerald Maurice Edelman". Американская академия искусств и наук . Получено 18 июля 2022 г.
  10. ^ "История члена APS". search.amphilsoc.org . Получено 18 июля 2022 г. .
  11. ^ ab "Frontiers Profile: Gerry Edelman". PBS . 21 ноября 2000 г. Архивировано из оригинала 28 сентября 2020 г. Получено 27 сентября 2007 г.
  12. ^ "Нобелевская премия по физиологии и медицине 1972 года" (пресс-релиз). Karolinksa Institutet. Октябрь 1972 г. Получено 27 сентября 2007 г. Их открытия представляют собой явный прорыв, который немедленно вызвал бурную исследовательскую деятельность во всем мире...
  13. ↑ Пресс-релиз Каролинского института, октябрь 1972 г.
  14. ^ Эдельман, Г.; Галли, Дж. (1964). «Модель молекулы антитела 7S». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 51 (5): 846–853. Bibcode : 1964PNAS...51..846E. doi : 10.1073/pnas.51.5.846 . PMC 300172. PMID  14173001 . 
  15. ^ Каммингем, Б.; Готтлиб, П.; Кенигсберг, В.; Эдельман, Г. (1968). «Ковалентная структура человеческого гамма-G-иммуноглобулина. V. Частичная аминокислотная последовательность легкой цепи». Биохимия . 7 (5): 1983–1994. doi :10.1021/bi00845a049. PMID  5650389.
  16. ^ Gottlieb, PD; Cunningham, BA; Waxdal, MJ; Konigsberg, WH; Edelman, GM (1968). «Вариабельные области тяжелых и легких полипептидных цепей одной и той же молекулы гамма-иммуноглобулина». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 61 (1): 168–175. Bibcode : 1968PNAS...61..168G. doi : 10.1073 /pnas.61.1.168 . PMC 285919. PMID  4177258. 
  17. ^ Эдельман, GM; Каннингем, BA; Галл, WE; Готтлиб, PD; Рутисхаузер, U.; Ваксдал, MJ (1969). «Ковалентная структура целой молекулы иммуноглобулина gammaG». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 63 (1): 78–85. Bibcode : 1969PNAS...63...78E. doi : 10.1073/pnas.63.1.78 . PMC 534037. PMID  5257969 . 
  18. ^ Таубер, Альфред И. (19 ноября 1992 г.). «Обзор книги Bright Air, Brilliant Fire: On the matter of the mind Джеральда М. Эдельмана». N Engl J Med . 327 (21): 1535–1536. doi :10.1056/NEJM199211193272119.
  19. ^ "Обзор книги Bright Air, Brilliant Fire: On the Matter of the Mind Джеральда Эдельмана". Kirkus Reviews . 20 апреля 1992 г.
  20. ^ Джеральд М. Эдельман (1978). Сознательный мозг: корковая организация и групповая селективная теория высшей мозговой функции . MIT Press. ISBN 978-0-262-05020-3.
  21. ^ Джеральд М. Эдельман (1988). Топобиология: Введение в молекулярную эмбриологию. Базовые книги. ISBN 978-0-465-08634-4.
  22. ^ Джеральд М. Эдельман (1989). Воспоминания о настоящем: биологическая теория сознания . Базовые книги. ISBN 978-0-465-06910-1.
  23. ^ Джеральд М. Эдельман; Жан-Пьер Шанже (2001). Мозг . Transaction Publishers. стр. 45.
  24. ^ Джеральд Эдельман (1992). Яркий воздух, блестящий огонь . Penguin. стр. 17.
  25. ↑ Джеральд Эдельман, Яркий воздух, блестящий огонь (Penguin, 1992), стр.224
  26. ^ Джеральд Эдельман: «От динамики мозга к сознанию: прелюдия к будущему устройств на основе мозга. Архивировано 6 января 2012 г. в Wayback Machine », видео, лекция IBM по когнитивным вычислениям, июнь 2006 г.
  27. ^ Эдельман и Галли (2001). «Вырожденность и сложность биологических систем». Труды Национальной академии наук США . 98 (24): 13763–13768. Bibcode : 2001PNAS...9813763E. doi : 10.1073/pnas.231499798 . PMC 61115. PMID  11698650 . 
  28. ^ "World Knowledge Dialogue" . Получено 12 октября 2007 г. .
  29. ^ "Советники". Архивировано из оригинала 21 апреля 2010 г. Получено 23 февраля 2015 г.
  30. ^ "Джудит Эдельман - Compass Records". Compass Records . Получено 6 июля 2022 г.
  31. ^ "Джеральд М. Эдельман, лауреат Нобелевской премии и "нейродарвинист", умер в возрасте 84 лет". The New York Times . 23 мая 2014 г. Получено 23 мая 2014 г.
  32. ^ "Умер Джеральд Эдельман, лауреат Нобелевской премии". UT San Diego.com. 20 мая 2014 г. Получено 21 мая 2014 г.
  33. ↑ Мюллер-Юнг, Иоахим (19 мая 2014 г.). "Hirnforscher Gerald Edelman gestorben: Darwins Gehirn". Фаз.нет . Проверено 18 января 2019 г.

Дальнейшее чтение

Внешние ссылки