مختبر MRC للبيولوجيا الجزيئية

بعد إتمام دراسته الجامعية في الكيمياء العضوية، غادر ماكس بيروتز النمسا عام ١٩٣٦ والتحق بجامعة كامبريدج لدراسة الدكتوراه، وانضم إلى فريق علم البلورات بالأشعة السينية بقيادة جيه دي برنال . هناك، في مختبر كافنديش ، بدأ أبحاثه التي استمرت طوال حياته على الهيموجلوبين . بعد وفاة اللورد رذرفورد ، تولى لورانس براغ ، رائد علم البلورات بالأشعة السينية، منصب أستاذ الفيزياء في مختبر كافنديش عام ١٩٣٨. وكان براغ من أبرز الداعمين لبيروتز وفريقه في تلك الفترة المبكرة.

بعد الحرب العالمية الثانية ، اتجه العديد من العلماء من العلوم الفيزيائية إلى علم الأحياء، حاملين معهم منهجًا جديدًا في التفكير وخبرات متخصصة. انضم جون كيندرو إلى فريق بيروتز عام 1946 لدراسة بروتين وثيق الصلة بالهيموجلوبين، وهو الميوغلوبين . وفي عام 1947، قرر مجلس البحوث الطبية ، بتوجيه من سكرتيره إدوارد ميلانبي ، ^{[ 5 ]} إنشاء ودعم "وحدة مجلس البحوث الطبية لدراسة التركيب الجزيئي للأنظمة البيولوجية". وبحلول عام 1948، ضم الفريق أيضًا هيو هكسلي الذي كان يعمل على العضلات، وانضم إليه عام 1949 فرانسيس كريك ، الذي عمل في البداية على علم البلورات البروتينية. وفي عام 1951، انضم إليهم جيمس واتسون .

كان عام 1953 عامًا استثنائيًا : فقد اكتشف واتسون وكريك البنية الحلزونية المزدوجة للحمض النووي ، مما كشف أن المعلومات البيولوجية مُشفّرة في بنية خطية، وكيف يمكن مضاعفة هذه المعلومات أثناء انقسام الخلية . واكتشف بيروتز أن البنى ثلاثية الأبعاد المفصلة للبروتينات، مثل الميوغلوبين والهيموغلوبين، يُمكن، من حيث المبدأ، تحديدها بواسطة تحليل الأشعة السينية باستخدام تقنية وسم ذرات المعادن الثقيلة. واكتشف هيو هكسلي أن انقباض العضلات يعمل بآلية انزلاق الخيوط .

في عام ١٩٥٧، تم تغيير اسم المجموعة إلى "وحدة مجلس البحوث الطبية لعلم الأحياء الجزيئي". وفي العام نفسه، اكتشف فيرنون إنجرام أن مرض فقر الدم المنجلي ناتج عن تغيير حمض أميني واحد في جزيء الهيموجلوبين، وانضم سيدني برينر إلى الوحدة. وفي عام ١٩٥٨، نُشرت مراجعة كريك "حول تخليق البروتين"، والتي وضعت، لأول مرة، المبدأ المركزي لعلم الأحياء الجزيئي ، وفرضية التسلسل ، وفرضية المُهايئ . وفي عام ١٩٦١، ساهم برينر في اكتشاف الحمض النووي الريبوزي الرسول (mRNA )، وفي العام نفسه، أثبت هو وكريك أن الشفرة الوراثية تُقرأ في ثلاثيات.

تم إنجاز كل هذا العمل في مبنى مؤقت من طابق واحد (الكوخ)، وعدد قليل من الغرف في جناح أوستن، وغرفة ذات واجهة زجاجية مائلة (الدفيئة)، وممر قصير مغلق (المعرض) داخل مختبر كافنديش. ^{[ 6 ]}

أنشأ مجلس البحوث الطبية مختبرًا جديدًا على مشارف كامبريدج - مختبر البيولوجيا الجزيئية (LMB) - انتقلت إليه وحدة كافنديش في أوائل عام 1962. وانضمت إليهم أيضًا وحدة فريد سانجر، التي كانت تابعة لقسم الكيمياء الحيوية بالجامعة، بالإضافة إلى آرون كلوج من لندن. كان سانجر قد ابتكر طرقًا لتحديد تسلسل الأحماض الأمينية في البروتين، وحصل على جائزة نوبل في الكيمياء عام 1958 لاكتشافه أول تسلسل بروتيني، وهو تسلسل الأنسولين . افتتحت الملكة إليزابيث الثانية المختبر الجديد عام 1962. وفي وقت لاحق من ذلك العام، تقاسم كيندرو وبيروتز جائزة نوبل في الكيمياء، بينما حصل كريك وواتسون على جائزة نوبل في الطب أو علم وظائف الأعضاء . دُمج مبنى مختبر البيولوجيا الجزيئية في مجمع مستشفى أدنبروك الجديد أثناء بنائه في سبعينيات القرن العشرين. ^{[ 7 ]}

كان بيروتز رئيسًا لمجلس إدارة شركة LMB الجديدة، والتي ضمت 3 أقسام:

• قسم الدراسات الهيكلية ، برئاسة كيندرو.
• علم الوراثة الجزيئية (كريك).
• كيمياء البروتين (سانجر).

في المجمل، كان هناك حوالي 40 عالماً، لكن هذا العدد ازداد بسرعة، لا سيما مع التدفق الكبير للباحثين ما بعد الدكتوراه من الولايات المتحدة. ^{[ 6 ]}

خلال ستينيات القرن العشرين، ازدهر علم الأحياء الجزيئي عالميًا، حيث اكتملت ملامحه الأولية التي وُضعت في خمسينيات القرن العشرين. وتم استنتاج البنى الذرية ثلاثية الأبعاد المفصلة لسلسلة من البروتينات، وكيفية عملها. وشملت هذه البروتينات الميوغلوبين والهيموغلوبين والكيموتريبسين ، الذي اكتشفه ديفيد بلو . وقام كريك بتجميع الشفرة الوراثية من خلال أدلة من مختلف أنحاء العالم. واكتشفت الباحثة ما بعد الدكتوراه جوان أ. ستيتز إشارات الترقيم في الحمض النووي الريبوزي الرسول (mRNA ) - أي مواضع بدء ترجمة الحمض النووي الريبوزي إلى تسلسل بروتيني، ومواضع التوقف. ^{[ 8 ]} واقترح كريك كيف تقرأ جزيئات الحمض النووي الريبوزي الناقل (tRNA) - وهي جزيئاته المحولة الأصلية - الحمض النووي الرسول في فرضيته عن التذبذب . وابتكر سانجر طرقًا جديدة لتسلسل جزيئات الحمض النووي الريبوزي (RNA) ، ثم لاحقًا لجزيئات الحمض النووي (DNA) (والتي نال عنها جائزة نوبل الثانية في الكيمياء عام 1980). في وقت لاحق، امتد هذا المجال ليشمل تحديد تسلسل الجينومات الكاملة ، حيث لعب جون سولستون دورًا محوريًا. وقد أوضح جون سميث وسيد ألتمان كيفية معالجة جزيئات طليعة الحمض النووي الريبوزي الناقل (tRNA) لإنتاج tRNA وظيفي ، مما أدى لاحقًا إلى اكتشاف الريبوزيمات . وتم تحديد التركيب الذري لأول جزيء tRNA واكتشاف أصابع الزنك بواسطة كلوج (الحائز على جائزة نوبل في الكيمياء عام 1982). تم تحديد بنية إنزيم ATP synthase بواسطة جون إي. ووكر وأندرو ليزلي، وحصل ووكر على جائزة نوبل في الكيمياء عام 1997. ^{[ 6 ]} في عام 1990، بدأ كيوشي ناغاي العمل على فك شفرة بنية الجسيم الرابط ، مستخدمًا في البداية تقنية علم البلورات بالأشعة السينية ، ثم المجهر الإلكتروني فائق البرودة . ^{[ 9 ]} وفي عام 2016، نشرت مجموعته البحثية أول بنية للجسيم الرابط تم التقاطها في حالة نشطة تمامًا، مرتبطة بالركيزة مباشرة بعد التفاعل التحفيزي. ^{[ 10 ]} تم تحديد بنية الريبوسوم بواسطة فينكاترامان راماكريشنان ، وحصل على جائزة نوبل في الكيمياء عام 2009. ^{[ 11 ]}

مع اقتراب نهاية عقد الستينيات، بدا أن المشاكل الجديدة في علم الأحياء يمكن حلها باستخدام الأساليب التي أثبتت نجاحها الكبير في علم الأحياء الجزيئي.

بدأ سيدني برينر العمل على علم الوراثة للديدان الأسطوانية C. elegans عام 1965. وتوسعت هذه المجموعة، لا سيما مع انضمام العديد من الباحثين الأجانب الذين يشكلون اليوم نواة أبحاث C. elegans . حدد سولستون سلالة الخلايا لهذه الدودة الصغيرة، ورسم جون غراهام وايت المخطط الكامل لجهازها العصبي. وتقاسم روبرت هورفيتز ، الذي ساهم في تحديد سلالة الخلايا، جائزة نوبل في الطب أو علم وظائف الأعضاء مع برينر وسولستون عام 2002. وأسس جوناثان هودجكين المسار الجيني في C. elegans الذي يتحكم في تحديد الجنس. وطوّر جون غوردون استخدام بويضة الضفدع لترجمة الحمض النووي الريبوزي الرسول (mRNA)، وتقاسم جائزة نوبل في الطب أو علم وظائف الأعضاء عام 2012 عن عمله السابق الذي أظهر أن المعلومات الوراثية تبقى سليمة أثناء النمو.

جاء بيتر لورانس لدراسة تكوين الأنماط، وساعد في اكتشاف كيف تحدد الأجزاء في ذبابة الفاكهة مخطط جسمها. وبتأثيره، أصبح كريك مهتمًا أيضًا بالتدرجات المورفوجينية وكيف يمكن أن تساعد في تحديد الأنماط البيولوجية.

عمل سيزار ميلشتاين لسنوات عديدة على دراسة تنوع الأجسام المضادة. وانضم إليه في هذا المجال جورج كولر ، واكتشفا معًا كيفية إنتاج الأجسام المضادة وحيدة النسيلة . وقد تقاسما جائزة نوبل في الطب أو علم وظائف الأعضاء عام 1984 تقديرًا لهذا الإنجاز. ثم وسّع جريج وينتر هذا المجال ^{[ 12 ]} ، الذي كان رائدًا في هندسة الأجسام المضادة باستخدام تقنية عرض العاثيات لإنتاج أجسام مضادة بشرية جديدة وشظايا منها، وهو ما نال عنه جائزة نوبل في الكيمياء عام 2018 ^{[ 13 ].} وتُعد الأجسام المضادة وحيدة النسيلة وشظاياها اليوم ذات أهمية طبية بالغة.

اكتشف مايكل نيوبيرغر الآلية التي يتم من خلالها تنويع الأجسام المضادة بواسطة إنزيم دياميناز السيتيدين المُحفَّز بالتنشيط . يُعد هذا الاكتشاف الأساسي حجر الزاوية لفهم الآلية الجزيئية التي تُمكّن الكائنات الحية من إنتاج مجموعة متنوعة من الأجسام المضادة للتعرف على مسببات الأمراض الجديدة. ويكتسب هذا الاكتشاف أهمية بالغة في فهم دور الطفرات الموجهة وإصلاح الحمض النووي في وظائف الأعضاء. وأخيرًا، قد تكون الآليات الجزيئية التي كشف عنها نيوبيرغر ذات أهمية كبيرة في فهم نمط الطفرات في سرطان الثدي. للأسف، توفي مايكل نيوبيرغر بسبب المايلوما، وهو أمرٌ لم يغب عنه.

تحوّل التركيز من البيولوجيا الجزيئية الكلاسيكية نحو بيولوجيا الخلية والتطور، ما أدى إلى تغيير اسم قسم علم الوراثة الجزيئية إلى بيولوجيا الخلية. اكتشف مارك بريتشر الطريقة الطوبولوجية لترتيب البروتينات في غشاء كريات الدم الحمراء البشرية وعدم تناظر الفوسفوليبيدات فيه . طوّر ريتشارد هندرسون ونايجل أونوين علم البلورات الإلكترونية لتحديد بنية المصفوفات ثنائية الأبعاد، وطبّقا ذلك على البروتين البكتيري الأرجواني، بكتيريورودوبسين . اكتشفت باربرا بيرس المكونات الرئيسية للحويصلات المغلفة بالكلاثرين ، وهي تراكيب تتشكل أثناء عملية البلعمة الخلوية ، كما تم تحديد بنية منخفضة الدقة للشبكة الشبيهة بالقفص المحيطة بها. وقد أوضح بريتشر وهيو بيلهام ^{[ 14 ]} وشون مونرو كيفية تموضع البروتينات في أجزاء مختلفة من الخلية - مثل الشبكة الإندوبلازمية أو جهاز جولجي أو الغشاء البلازمي - ودور ذلك في استقطاب الخلية . تم تنقية أجسام قطب المغزل - وهي الهياكل الكبيرة في خلايا الخميرة التي تعمل كبؤر يتم نقل الكروموسومات إليها أثناء الانقسام المتساوي - واستنتاج بنية منخفضة الدقة لها بواسطة جون كيلمارتن. ^{[ 15 ]}

وقد ظل الاهتمام ببنية الكروموسومات قائماً. بدأ هذا الاهتمام على يد الزائر روجر كورنبرغ ، الذي اكتشف أول مستوى من تكثيف الحمض النووي، وهو النيوكليوسوم ، ويستمر مع التركيز على فهم المستويات الأعلى من طي الحمض النووي.

أُنشئ قسم جديد في علم الأحياء العصبية عام ١٩٩٣، وشمل مجموعة واسعة من المواضيع. وقد طوّر نايجل أونوين علم البلورات الإلكترونية، وحلّ بنية مستقبلات الأستيل كولين ، التي تُنشّط العديد من الخلايا العصبية. كما حدّد ميشيل غوديرت بروتينات متغيرة مرتبطة بمرض الزهايمر .

غالباً ما تعتمد التطورات العلمية على التطورات التكنولوجية، وقد كان مختبر البيولوجيا الجزيئية في طليعة العديد منها. ومن الأمثلة الرئيسية على ذلك تسلسل الأحماض النووية، وهندسة البروتينات والأجسام المضادة، وبناء أجهزة جديدة للأشعة السينية، واختراع المجهر الماسح متحد البؤر. ^{[ 6 ]}

يضم مختبر البيولوجيا الجزيئية أيضًا عددًا من العلماء الفخريين ، الذين يواصلون اهتماماتهم البحثية في المختبر بعد تقاعدهم الرسمي ^{[ 18 ]} بما في ذلك:

أعضاء الهيئة العلمية في مختبر البيولوجيا الجزيئية الذين حصلوا على جوائز نوبل بشكل فردي أو مشترك ^{[ 33 ] [ 34 ] [ 35 ]} هم:

ومن بين الزوار الذين حصلوا على جائزة نوبل عن أعمال أنجزوها أو بدأوها في مختبر البيولوجيا الجزيئية والخريجين:

^{[ 51 ]}