أوسامو شيمومورا: الكيميائي الذي استخلص الضوء من قنديل البحر

في صيف عام 1961، على مياه فرايدي هاربور بواشنطن، قام كيميائي ياباني ومرشده الأمريكي بجمع ألفين إلى ثلاثة آلاف من قناديل البحر يومياً من خليج بوجيت، واستمروا في ذلك حتى قاموا بمعالجة حوالي خمسين ألف حيوان على مقاعد المختبر. يتذكر شيمومورا: "كان مختبرنا يبدو كالمصنع ومليئاً برائحة قنديل البحر". كرر نسخة من هذا الطقس لتسعة عشر صيفاً، حيث جمع مئات الآلاف من العينات. ما استخلصه في النهاية من هذا المزيج منح علم الأحياء المصباح الأكثر فائدة.

وميض فوق ناغاساكي

ولد في 27 أغسطس 1928 في فوكوتشياما، كيوتو، وهو ابن ضابط في الجيش الإمبراطوري الياباني، وتنقل مع وظائف والده - في مانشوكو ثم أوساكا - قبل أن تستقر الأسرة في إيساهايا في محافظة ناغاساكي. كان في السادسة عشرة من عمره في أغسطس 1945 عندما وصلت الحرب إلى الأجواء. على بعد خمسة وعشرين كيلومتراً من مركز الانفجار، سمع طائرة القاذفة "بوكسكار" (Bockscar) قبل التفجير؛ تركه الوميض أعمى لنحو ثلاثين ثانية، وتساقطت عليه الأمطار السوداء المشعة بعد ذلك. كانت دراسته قد تمزقت بالفعل بسبب الحرب. قدمت له جدته، التي ربته على مفاهيم الساموراي عن الشرف والقوة، المزاج الذي لم توفره قاعة الدراسة.

الكلية التي قبلته بدون شهادة

في عام 1948، قبلته كلية ناغاساكي للصيدلة بدون شهادة ثانوية، وهو فعل من الرحمة المؤسسية حدد بقية حياته. حصل على درجة الصيدلة في عام 1951 من ما يعرف الآن بكلية العلوم الصيدلانية بجامعة ناغاساكي وبقي كمساعد مختبر حتى عام 1955، وهو عمل بلا سقف واضح. ما غير الأمور هو التقديم لهيريتاما يوشيماسا (Yoshimasa Hirata) في جامعة ناغويا، الذي استقبله وأعطاه مشكلة هزمت الكيميائيين ذوي المؤهلات الأفضل: لماذا تتوهج بقايا يرقات البحر (Vargula hilgendorfii) المسحوقة والمجففة باللون الأزرق عندما تبللها.

عشرة أشهر، بلورة واحدة

كان الهدف من المهمة أن تشغله. وقد شغلته لعشرة أشهر، في نهايتها كان لديه لوسيفيرين بلوري نقي - جزيء باعث للضوء نفسه، تم عزله في عام 1957 من مستخلص غير مستقر بشكل سيء السمعة تأكسد في اللحظة التي تم التعامل معه فيها. كانت الورقة البحثية، "لوسيفيرين سيبريدينا البلوري" في نشرة الجمعية الكيميائية اليابانية، إنجازاً تقنياً انتشر إلى ما هو أبعد من اليابان. منحته ناغويا درجة الماجستير في الكيمياء العضوية في عام 1958، وفي عام 1960، درجة الدكتوراه عن أطروحة حول بنية لوسيفيرين يرقات البحر. دخل الجامعة بدون شهادة ثانوية وغادرها بدكتوراه وسمعة دولية للقيام بالشيء المستحيل يدوياً.

مصنع قنديل البحر

قرأ فرانك جونسون في برينستون ورقة اللوسيفيرين وقام بتوظيفه؛ وصل شيمومورا في عام 1960 بمنحة فولبرايت. وضعه جونسون على قنديل البحر البلوري (Aequorea victoria)، الذي لم يستطع أحد تفسير حافته المتوهجة. كان يجب صيد الحيوانات في البرية، لذا انتقل العمل كل صيف إلى مختبرات فرايدي هاربور بجامعة واشنطن. كان النطاق صناعياً والكيمياء بائسة - فالمادة المنتجة للضوء تتحلل بسرعة وكانت العوائد ضئيلة للغاية.

في عام 1962، أتت الجهود ثمارها مرتين. عزل شيمومورا الإيكورين (aequorin)، وهو بروتين ينبعث منه ضوء أزرق عندما يرتبط به الكالسيوم، وإلى جانبه بروتين ثانٍ ثانوي تألق باللون الأخضر. كان البروتين الأخضر، لسنوات، فكرة لاحقة - فضول تمت ملاحظته أثناء مطاردة البروتين الأزرق. كان هذا هو البروتين الفلوري الأخضر (GFP).

البروتين الذي حمل مصباحه الخاص

جاءت الرؤية الحاسمة لاحقاً، عندما توصل شيمومورا إلى كيمياء GFP بدلاً من مجرد وجوده، حيث رسم بنية البروتينات في عام 1972. أظهر أن حامل اللون الباعث للضوء في GFP مدمج في سلسلة الببتيد الخاصة به - يصنع البروتين مصباحه الخاص، ولا يتطلب أي ركيزة خارجية، ولا عامل مساعد، ولا جزيء مستعار. هذه الحقيقة الهيكلية الواحدة هي ما جعل كل ما تلا ذلك ممكناً. ولأن جهاز الضوء كان مشفراً في تسلسل البروتين، يمكن استنساخ الجين وإسقاطه في أي كائن حي، حيث سيتوهج من تلقاء نفسه. أظهر مارتن شالفي (Martin Chalfie) أن GFP علامة حية؛ وقام روجر تسيين (Roger Tsien) بهندسة لوحة الألوان التي حولته إلى أداة عامة. في عام 2008، تقاسم الثلاثة جائزة نوبل في الكيمياء، بقيمة حوالي 1.4 مليون دولار، "لاكتشاف وتطوير البروتين الفلوري الأخضر، GFP."

تخلص شيمومورا أيضاً من مواده التي كسبها بشق الأنفس. قبل أن تجعل الهندسة الوراثية GFP قابلاً للتكرار، قام بتوزيع مخزونات البروتين التي حصدها بشق الأنفس على المختبرات في جميع أنحاء العالم مجاناً.

الأستاذ الأكثر غياباً في بوسطن

قضى معظم حياته المهنية كعالم كبير في مختبر الأحياء البحرية في وودز هول، مع منصب أستاذ علم وظائف الأعضاء في كلية الطب بجامعة بوسطن الذي تعامل معه كإجراء شكلي: وفقاً لرواية الجامعة نفسها، وضع قدمه في الحرم الجامعي ثلاث مرات بين عامي 1982 و2001، ولم يكتشف المسؤولون أنه تقاعد إلا عندما فرض إعلان نوبل السؤال. استمر في العمل على التلألؤ البيولوجي بعد فترة طويلة من انتقال المجال إلى الأدوات التي جعلها ممكنة، وكتب الدراسة القياسية، التلألؤ البيولوجي: المبادئ والطرق الكيميائية، جنباً إلى جنب مع مذكرات يابانية، التعلم من قنديل البحر: الطريق إلى جائزة نوبل. كانت زوجته أكيمي، وهي كيميائية عضوية التقى بها في ناغاساكي، شريكته في البحث لعقود. أصبح ابنهما تسوتومو خبيراً في أمن الكمبيوتر معروفاً بمساعدة القبض على القرصان كيفن ميتنيك؛ وابنتهما ساتشي هي باحثة في العصور الوسطى في جامعة فرجينيا كومنولث.

لماذا يسمى أوسامو عبقرياً

الجودة المعروضة هنا ليست ألعاباً نارية مفاهيمية. إنها قدرة مرضية تقريباً على التنقية - القدرة على استخراج جزيء هش ومدمر للذات من محيط من الحمأة البيولوجية، والقيام بذلك بشكل متكرر، على نطاق واسع، عندما كانت مواد الجميع قد تأكسدت بالفعل. إن بلورة لوسيفيرين سيبريدينا في عشرة أشهر، بعد فشل الآخرين لسنوات، هو إنجاز حرفي أولاً وإنجاز فكري ثانياً، وكان شيمومورا سيكون أول من يقول ذلك. كان تفسيره الخاص لمسيرته المهنية هو المثابرة المسطحة: "تعلمت أن أي مشكلة صعبة يمكن حلها بجهد كبير."

تستند المطالبة الفكرية إلى شيء واحد، وهو شيء كبير. إن إدراك أن GFP يحتوي على حامل لونه الخاص داخل سلسلة الببتيد الخاصة به - وأنه لا توجد حاجة إلى جزيء آخر - كان الخطوة المفاهيمية التي لم يتخذها أي شخص آخر بشأن أي بروتين، وهو السبب في إمكانية استنساخ الجين لاحقاً واستخدامه كتقارير عالمي. كل ما يفعله عالم التكنولوجيا الحيوية بالعلامات الفلورية ينحدر من تلك الملاحظة.

الحالة المضادة الصادقة هي أن شيمومورا فعل ذلك بنفسه. أكد مراراً وتكراراً أنه "لم يحاول ولم يقصد اكتشاف" علامة بيولوجية، واستخدم جائزة نوبل الخاصة به للدفاع عن قيمة البحوث الأساسية التي لا غرض عملي لها. لم يبنِ الأداة؛ فعل ذلك شالفي وتسيين. وصف الزملاء رجلاً متواضعاً ولطيف الكلام اعتقد أن الصدفة والقدرة على التحمل تفسر أكثر من العبقرية. سمها عبقرية اليدين والاهتمام المتواصل، وليس النظرية.

الإرث

أصبح GFP الآن عادياً جداً في المختبرات لدرجة أن قصة أصله تلاشت: كل خلية عصبية متوهجة، وخلية ورمية، وفحص تعبير جيني يعود إلى دلاء من قنديل البحر على رصيف واشنطن. جمع شيمومورا الأوسمة في وقت متأخر - جائزة بيرس في عام 2004، جائزة أساهي في عام 2006، وسام الثقافة الياباني في عام 2008، جائزة الإوزة الذهبية في عام 2012، والانتخاب لعضوية الأكاديمية الوطنية للعلوم الأمريكية في عام 2013. توفي بسبب السرطان في 19 أكتوبر 2018 في ناغاساكي، عن عمر يناهز 90 عاماً، في المدينة التي شاهد دمارها كصبي.