Har Gobind Khorana Nucleïnezuursynthese en synthetische genenpionier

Har Gobind Khorana (9 januari 1922 - 9 november 2011) demonstreerde de rol van nucleotiden in de synthese van eiwitten. Hij deelde de Nobelprijs voor Fysiologie of Geneeskunde van 1968 met Marshall Nirenberg en Robert Holley. Hij wordt ook gecrediteerd als de eerste onderzoeker die het eerste volledige synthetische gen produceert.

Snelle feiten: Har Gobind Khorana

• Voor-en achternaam: Har Gobind Khorana
• Bekend om: Onderzoek naar de rol van nucleotiden bij de synthese van eiwitten en de eerste kunstmatige synthese van een compleet gen.
• Geboren: 9 januari 1922 in Raipur, Punjab, British India (nu Pakistan) 
• Ouders: Krishna Devi en Ganpat Rai Khorana
• Ging dood: 9 november 2011 in Concord, Massachusetts, Verenigde Staten 
• Onderwijs: Ph.D., Universiteit van Liverpool
• Belangrijkste prestaties: Nobelprijs voor fysiologie of geneeskunde in 1968 
• Echtgenoot: Esther Elizabeth Sibler
• Kinderen: Julia Elizabeth, Emily Anne en Dave Roy

Vroege jaren

Har Gobind Khorana is waarschijnlijk op 9 januari 1922 geboren uit Krishna Devi en Ganpat Rai Khorana. Hoewel dit zijn officieel geregistreerde geboortedatum is, bestaat er enige onzekerheid over de vraag of dit wel of niet zijn exacte geboortedatum was. Hij had vier broers en zussen en was de jongste van de vijf kinderen.

Zijn vader was belastingambtenaar. Terwijl het gezin arm was, beseften zijn ouders de waarde van het opleidingsniveau en Ganpat Rai Khorana zorgde ervoor dat zijn gezin geletterd was. Volgens sommige verhalen waren zij de enige geletterde familie in het gebied. Khorana woonde de D.A.V. bij High School en vervolgens ingeschreven aan de Punjab University, waar hij zowel een bachelor (1943) als een master (1945) behaalde. Hij onderscheidde zich in beide gevallen en studeerde cum laude af voor elke graad.

Vervolgens kreeg hij een fellowship van de Indiase overheid. Hij gebruikte de beurs om zijn Ph.D. in 1948 aan de Universiteit van Liverpool in Engeland. Na het behalen van zijn diploma werkte hij in een postdoctorale positie in Zwitserland onder toezicht van Vladimir Prelog. Prelog zou Khorana enorm beïnvloeden. Hij voltooide ook aanvullend postdoctoraal werk aan de Cambridge University in Engeland. Hij studeerde zowel nucleïnezuren als eiwitten terwijl hij in Cambridge was.

Tijdens zijn tijd in Zwitserland ontmoette en trouwde hij Esther Elizabeth Sibler in 1952. Hun bond bracht drie kinderen voort, Julia Elizabeth, Emily Anne en Dave Roy.

Carrière en onderzoek

In 1952 verhuisde Khorana naar Vancouver, Canada, waar hij een baan kreeg bij de British Columbia Research Council. De faciliteiten waren niet ruim, maar de onderzoekers hadden de vrijheid om hun belangen na te streven. Gedurende deze tijd werkte hij aan onderzoek met zowel nucleïnezuren als fosfaatesters.

In 1960 aanvaardde Khorana een functie bij het Institute for Enzyme Research aan de Universiteit van Wisconsin, waar hij co-directeur was. Hij werd de Conrad A. Elvehjem hoogleraar levenswetenschappen aan de Universiteit van Wisconsin in 1964.

Khorana werd een Amerikaans staatsburger in 1966. In 1970 werd hij de Alfred P. Sloan hoogleraar biologie en chemie aan het Massachusetts Institute of Technology (MIT), in Cambridge, Massachusetts. In 1974 werd hij de Andrew D. White Professor (in het algemeen) aan de Cornell University in Ithaca, New York.

Volgorde van detectie van nucleotiden

De vrijheid die in de jaren 1950 in de British Columbia Research Council begon in Canada, speelde een belangrijke rol bij de latere ontdekkingen van Khorana met betrekking tot nucleïnezuren. Samen met anderen hielp hij de rol van nucleotiden in de constructie van eiwitten uit te leggen.

De fundamentele bouwsteen van DNA is de nucleotide. De nucleotiden in DNA bevatten vier verschillende stikstofbasen: thymine, cytosine, adenine en guanine. Cytosine en thymine zijn pyrimidines, terwijl adenine en guanine purines zijn. RNA is vergelijkbaar, maar uracil wordt gebruikt in plaats van thymine. Wetenschappers realiseerden zich dat DNA en RNA betrokken waren bij de assemblage van aminozuren tot eiwitten, maar de exacte processen waardoor het allemaal werkte waren nog niet bekend.

Nirenberg en Matthaei hadden een synthetisch RNA gemaakt dat altijd het aminozuur fenylalanine aan een gekoppelde aminozuurstreng toevoegde. Als ze RNA met drie uracillen samen synthetiseerden, waren de geproduceerde aminozuren altijd alleen fenylalanine. Ze hadden het eerste tripletcodon ontdekt.

Tegen die tijd was Khorana een expert in polynucleotidesynthese. Zijn onderzoeksgroep maakte gebruik van zijn expertise om te laten zien welke combinaties van nucleotiden welke aminozuren vormen. Ze bewezen dat de genetische code altijd wordt overgedragen in een set van drie codons. Ze merkten ook op dat sommige codons de cel vertellen dat ze een eiwit moeten gaan maken, terwijl anderen zeggen dat ze moeten stoppen met het maken van een eiwit.

Hun werk verklaarde een aantal facetten van hoe de genetische code werkt. Naast dat ze aantoonden dat drie nucleotiden een aminozuur specificeerden, toonden hun werk aan in welke richting mRNA werd gelezen, dat de specifieke codons elkaar niet overlappen en dat RNA de 'intermediair' was tussen de genetische informatie in DNA en de aminozuursequentie in specifieke eiwitten.

Dit was de basis van het werk waarvoor Khorana, samen met Marshall Nirenberg en Robert Holley, de Nobelprijs voor Fysiologie of Geneeskunde van 1968 ontving..

Ontdekking van synthetische genen

In de jaren '70 voltooide het laboratorium van Khorana de kunstmatige synthese van een gistgen. Het was de eerste kunstmatige synthese van een compleet gen. Velen begroetten deze synthese als een belangrijk kenmerk op het gebied van moleculaire biologie. Deze kunstmatige synthese maakte de weg vrij voor meer geavanceerde methoden die zouden volgen.

Dood en erfenis

Khorana ontving een groot aantal onderscheidingen tijdens zijn leven. De belangrijkste was de eerder genoemde Nobelprijs voor fysiologie of geneeskunde in 1968. Hij ontving ook de National Medal of Science, de Ellis Island Medal of Honor en de Lasker Foundation Award voor fundamenteel medisch onderzoek. Hij ontving de Merck Award en de American Chemical Society Award for Work in Organic Chemistry.

Hij behaalde een aantal eredoctoraten aan universiteiten in India, Engeland, Canada en in de Verenigde Staten. In de loop van zijn carrière schreef of co-auteur van meer dan 500 publicaties / artikelen in verschillende wetenschappelijke tijdschriften.

Har Gobind Khorana stierf aan natuurlijke oorzaken in Concord, Massachusetts op 9 november 2011. Hij was 89 jaar oud. Zijn vrouw, Esther, en een van zijn dochters, Emily Anne gingen hem in de dood voor.

bronnen

• "De Nobelprijs voor fysiologie of geneeskunde 1968." NobelPrize.org, www.nobelprize.org/prizes/medicine/1968/khorana/biographical/.
• Britannica, The Editors of Encyclopaedia. "Har Gobind Khorana." Encyclopaedia Britannica, Encyclopaedia Britannica, Inc., 12 december 2017, www.britannica.com/biography/Har-Gobind-Khorana.