هاميلتون سميث: عالم البكتيريا الذي منح علم الأحياء مقصه

قبل هاميلتون سميث (Hamilton Smith)، كان الحمض النووي (DNA) من الناحية العملية غير قابل للقطع؛ حيث كان بإمكان العلماء وصفه لكنهم لم يتمكنوا من قطعه بشكل انتقائي. في عام 1970، وأثناء عمله مع طالب دراسات عليا على بكتيريا شائعة، وجد سميث إنزيماً يقطع الحمض النووي فقط عند تسلسل محدد من ستة أحرف، وبذلك منح مجال البيولوجيا الجزيئية بالكامل أول زوج من المقصات الدقيقة. كل شيء بدءاً من الهندسة الوراثية وصولاً إلى تسلسل الجينوم والأدوات التي سمحت له لاحقاً بالمساعدة في بناء جينوم بكتيريا من الصفر، ينبع من ذلك الإنزيم الواحد المسمى HindII.

من طبيب بحرية إلى عالم وراثة بكتيرية

وُلد سميث في 23 أغسطس 1931 في مدينة نيويورك ونشأ في أوربانا-شامبين، إلينوي، حيث التحق بالمدرسة الثانوية التجريبية الجامعية هناك قبل الانتقال إلى جامعة إلينوي في عام 1950. حصل على درجة علمية في الرياضيات من جامعة كاليفورنيا في بيركلي عام 1952، ثم توجه شرقاً للحصول على شهادة الطب من جامعة جونز هوبكنز، وأنهى دراسته عام 1956. لم يكن مساره في البحث مباشراً على الإطلاق. اتبعت مسيرته المهنية المبكرة مساراً طبياً تقليدياً - فترة في الخدمة الطبية في جامعة واشنطن في سانت لويس، وخدمة في البحرية الأمريكية، وإقامة في مستشفى هنري فورد - قبل أن تقوده زمالة بحثية في علم الوراثة بعد الدكتوراه في جامعة ميشيغان، التي بدأها في عام 1962 تحت إشراف باحث الأمراض المعدية مايرون ليفين (Myron Levine)، نحو العمل في المختبر. في وقت لاحق، قادته زمالة غوغنهايم إلى جامعة زيورخ في عام 1975، ولكن بحلول ذلك الوقت كان الاكتشاف الذي سيحدد مسيرته المهنية قد مضى عليه خمس سنوات. لقد كان طريقاً غير مباشر إلى العلم لرجل قضى بقية حياته العملية هناك - طبيب لم يستقر في أبحاث علم الأحياء الدقيقة إلا في أوائل الثلاثينيات من عمره.

إنزيم يقرأ تسلسلاً ويقوم بالقطع

في عام 1967، انضم سميث إلى هيئة التدريس في جامعة جونز هوبكنز كأستاذ مساعد في علم الأحياء الدقيقة. بعد ثلاث سنوات، وبالعمل مع طالب الدراسات العليا كينت ويلكوكس (Kent Wilcox)، قام بعزل إنزيم من بكتيريا المستدمية النزلية (Haemophilus influenzae) كان يفعل شيئاً لم يتم إثباته بشكل نظيف من قبل: حيث كان يتعرف على تسلسل قصير محدد من قواعد الحمض النووي ويقطع الجزيء بدقة في ذلك الموضع، في كل مرة. تم تعيين الإنزيم باسم HindII، وهو أول إنزيم تقييد من النوع الثاني يتم توصيفه. واصل سميث تحديد إنزيمات مثيلة الحمض النووي التي تستخدمها البكتيريا جنباً إلى جنب مع إنزيمات التقييد لحماية جينوماتها الخاصة من الهضم الذاتي، مما أكمل الصورة حول كيفية عمل أنظمة التقييد والتعديل البكتيرية كوحدة واحدة. لهذا الاكتشاف، تقاسم سميث جائزة نوبل في الفسيولوجيا أو الطب لعام 1978 مع فيرنر أربير (Werner Arber)، الذي وضع نظرية وجود مثل هذه الإنزيمات، ودانييل ناثانز (Daniel Nathans)، وهو زميل في هوبكنز قام بتطبيقها عملياً لأول مرة في رسم الخرائط الجينية. أصبحت إنزيمات التقييد من النوع الثاني، بين عشية وضحاها تقريباً، مجموعة الأدوات الأساسية لتكنولوجيا الحمض النووي المؤتلف - الوسيلة التي يمكن للعلماء من خلالها قطع الجينات من كائن حي وربطها في كائن آخر.

من قطع الجينومات إلى قراءتها وبنائها

لم تتوقف مسيرة سميث المهنية عند جائزة نوبل. في عام 1995، وبالعمل مع فريق جيه. كريج فينتر (J. Craig Venter) في معهد البحوث الجينومية، ساعد في تسلسل الجينوم الكامل للمستدمية النزلية - نفس البكتيريا التي وجد فيها HindII قبل ربع قرن، وأول كائن حي يعيش بحرية يتم قراءة جينومه بالكامل. تقاعد سميث من جامعة جونز هوبكنز في عام 1998، وانتقل إلى مدار فينتر المتوسع، واستمر في العمل في شركة سيليرا جينوميكس (Celera Genomics) أثناء حملة تسلسل الجينوم البشري ثم انضم إلى علم الأحياء التخليقي كمدير علمي لشركة سينتيتيك جينوميكس (Synthetic Genomics)، التي تأسست عام 2005 لمتابعة الوقود الحيوي من الكائنات المهندسة. في عام 2003، قام فريقه بتجميع جينوم عاثية Phi X 174 بشكل صناعي، وأدار لاحقاً عملاً لإنشاء خلايا بكتيرية مخلقة جزئياً - مما دفع الانضباط الذي ساعد في تأسيسه، قطع الحمض النووي، نحو امتداده المنطقي، بناء الحمض النووي من الصفر.

زميل أكثر من كونه مشهوراً

تذكر أولئك الذين عملوا جنباً إلى جنب مع سميث في هوبكنز أنه لم يكن مشهوراً علمياً بقدر ما كان يتمتع بطباع مميزة. قال زميله الباحث في هوبكنز جيريمي ناثانز (Jeremy Nathans) إن سميث "جسد روح المغامرة في العلم"، بينما وصفه عالم الأحياء الدقيقة توماس كيلي (Thomas Kelly) بأنه "زميل دافئ وسخي" كان تأثيره يشكل ثقافة القسم بقدر ما فعل أي اكتشاف فردي. تزوج سميث من ليز سميث (Liz Smith)، التي توفيت قبله؛ وأنجب الزوجان خمسة أطفال، توفي أحدهم أيضاً قبله، وترك خلفه اثني عشر حفيداً وخمسة عشر من أبناء الأحفاد. أنشأت جامعة جونز هوبكنز جائزة هاميلتون سميث للبحوث المبتكرة تكريماً له في عام 2015، بينما كان لا يزال نشطاً في أبحاث علم الأحياء التخليقي.

لماذا يُطلق على هاميلتون اسم العبقري

كان عمل سميث الحائز على جائزة نوبل عبارة عن فعل ملاحظة تجريبية دقيقة بدلاً من كونه تنظيراً كبيراً: فقد توقع فيرنر أربير أن إنزيمات قطع الحمض النووي الخاصة بالتسلسل يجب أن توجد، وكان سميث هو من قام، من خلال إجراء تجارب بكتيرية دقيقة مع طالب دراسات عليا، بعزل أحدها بالفعل وأثبت أنها تعمل بدقة كما طلبت النظرية. هذه هي عبقرية عالم المختبر - الصبر على تنقية إنزيم، وتوصيف سلوكه بدقة كافية للثقة به، والتعرف فوراً على ما جعلته القطعة النظيفة والقابلة للتكرار في تسلسل الحمض النووي ممكناً لبقية علم الأحياء. من الجدير بالصدق أن سميث لم يعمل في عزلة: كانت جائزة نوبل لعام 1978 إنجازاً تسلسلياً ثلاثي الأطراف صراحةً، حيث كانت تنبؤات أربير، وعزل سميث، وتطبيق ناثانز ضرورية لكل منها ولا يكفي أي منها بمفرده. ما يميز سميث ضمن ذلك الثلاثي هو التنوع عبر مسيرة مهنية امتدت لخمسين عاماً - نفس الغرائز التجريبية التي وجدت HindII في عام 1970 كانت لا تزال تقود علوم الحدود في تسلسل الجينوم وعلم الأحياء التخليقي حتى ثمانينيات عمره، وهو فضول منتج مستدام أندر من أي اكتشاف فردي.

الإرث

أصبحت إنزيمات التقييد التكنولوجيا التأسيسية للحمض النووي المؤتلف والهندسة الوراثية الحديثة والتكنولوجيا الحيوية والعلاج الجيني - حيث يمكن تتبع كل أداة لاحقة لمعالجة الحمض النووي تقريباً إلى القدرة التي أظهرها HindII لأول مرة. بعد تشخيصه بسرطان الغدد الليمفاوية في عام 2016، واصل سميث العمل لسنوات بعد ذلك وتوفي في 25 أكتوبر 2025 في منزل ابنه في إليكوت سيتي، ماريلاند، عن عمر يناهز أربعة وتسعين عاماً، مختتماً مسيرة مهنية سارت في خط متصل من أول إنزيم يمكنه قراءة وقطع تسلسل وراثي إلى الفرق التي قامت بتسلسل الجينومات الكاملة وبدأت في تخليقها.