हैमिल्टन स्मिथ: वह जीवाणु विज्ञानी जिसने जीव विज्ञान को उसका कैंची दिया

हैमिल्टन स्मिथ (Hamilton Smith) से पहले, डीएनए व्यावहारिक रूप से काटने योग्य नहीं था - एक ऐसा अणु जिसे वैज्ञानिक वर्णित तो कर सकते थे लेकिन चुनिंदा रूप से टुकड़ों में नहीं काट सकते थे। 1970 में, एक सामान्य जीवाणु पर एक स्नातक छात्र के साथ काम करते हुए, स्मिथ ने एक ऐसा एंजाइम पाया जो डीएनए को केवल एक विशिष्ट छह-अक्षर के अनुक्रम पर ही काटता था, और ऐसा करके उन्होंने आणविक जीव विज्ञान के पूरे क्षेत्र को उसकी पहली सटीक कैंची दी। आनुवंशिक इंजीनियरिंग से लेकर जीनोम अनुक्रमण तक और उन उपकरणों तक, जिन्होंने बाद में उन्हें एक जीवाणु के जीनोम को शुरू से बनाने में मदद करने दिया, सब कुछ उसी एक एंजाइम, HindII, से निकलता है।

नौसेना चिकित्सक से जीवाणु आनुवंशिकी विज्ञानी तक

स्मिथ का जन्म 23 अगस्त 1931 को न्यूयॉर्क शहर में हुआ था और वे अर्बाना-शैंपेन, इलिनोइस में पले-बढ़े, जहाँ उन्होंने 1950 में इलिनोइस विश्वविद्यालय में स्थानांतरित होने से पहले यूनिवर्सिटी लेबोरेटरी हाई स्कूल में पढ़ाई की। उन्होंने 1952 में कैलिफोर्निया विश्वविद्यालय, बर्कले से गणित की डिग्री अर्जित की, फिर 1956 में जॉन्स हॉपकिन्स में मेडिकल डिग्री के लिए पूर्व की ओर गए। अनुसंधान में उनका रास्ता बिल्कुल भी सीधा नहीं था। उनका शुरुआती करियर एक पारंपरिक चिकित्सा पथ का पालन करता था - सेंट लुइस में वाशिंगटन विश्वविद्यालय में चिकित्सा सेवा में एक कार्यकाल, अमेरिकी नौसेना सेवा, और हेनरी फोर्ड अस्पताल में रेजीडेंसी - इससे पहले कि 1962 में संक्रामक-रोग शोधकर्ता मायरन लेविन (Myron Levine) के तहत मिशिगन विश्वविद्यालय में पोस्टडॉक्टरल जेनेटिक्स फेलोशिप ने उन्हें प्रयोगशाला बेंच की ओर मोड़ दिया। बाद में एक गुगेनहाइम फेलोशिप उन्हें 1975 में ज्यूरिख विश्वविद्यालय ले गई, लेकिन तब तक वह खोज जो उनके करियर को परिभाषित करने वाली थी, पाँच साल पीछे छूट चुकी थी। यह एक ऐसे व्यक्ति के लिए विज्ञान में एक घुमावदार रास्ता था जो अपना शेष कामकाजी जीवन वहीं बिताने वाला था - एक चिकित्सक जिसने अपने तीसवें दशक की शुरुआत तक सूक्ष्मजीव विज्ञान अनुसंधान में पैर नहीं जमाया था।

एक एंजाइम जो अनुक्रम पढ़ता है और काटता है

1967 में, स्मिथ सूक्ष्मजीव विज्ञान के सहायक प्रोफेसर के रूप में जॉन्स हॉपकिन्स संकाय में शामिल हुए। तीन साल बाद, स्नातक छात्र केंट विलकॉक्स (Kent Wilcox) के साथ काम करते हुए, उन्होंने जीवाणु हीमोफिलस इन्फ्लुएंजा (Haemophilus influenzae) से एक एंजाइम को अलग किया जिसने कुछ ऐसा किया जो पहले किसी ने स्पष्ट रूप से प्रदर्शित नहीं किया था: इसने डीएनए बेस के एक विशिष्ट छोटे अनुक्रम को पहचाना और अणु को हर बार ठीक वहीं काटा। एंजाइम को HindII नामित किया गया, जो विशेषता प्राप्त करने वाला पहला टाइप II प्रतिबंध एंजाइम था। स्मिथ ने उन डीएनए मिथाइलेज़ की पहचान की जिनका उपयोग जीवाणु प्रतिबंध एंजाइमों के साथ मिलकर अपने स्वयं के जीनोम को आत्म-पाचन से बचाने के लिए करते हैं, जिससे यह तस्वीर पूरी हो गई कि जीवाणु प्रतिबंध-संशोधन प्रणालियाँ एक इकाई के रूप में कैसे काम करती हैं। इस खोज के लिए, स्मिथ ने 1978 का फिजियोलॉजी या मेडिसिन में नोबेल पुरस्कार वर्नर आर्बर (Werner Arber) के साथ साझा किया, जिन्होंने ऐसे एंजाइमों के अस्तित्व का सिद्धांत दिया था, और डैनियल नाथन्स (Daniel Nathans), जो हॉपकिन्स के एक सहयोगी थे, जिन्होंने पहली बार उनका व्यावहारिक उपयोग आनुवंशिक मानचित्रण में किया। टाइप II प्रतिबंध एंजाइम, लगभग रातोंरात, पुनर्संयोजन डीएनए तकनीक के बुनियादी टूलकिट बन गए - वह माध्यम जिसके द्वारा वैज्ञानिक एक जीव से जीन काट सकते थे और उन्हें दूसरे में जोड़ सकते थे।

जीनोम काटने से लेकर उन्हें पढ़ने और बनाने तक

स्मिथ का करियर नोबेल पर नहीं रुका। 1995 में, द इंस्टीट्यूट फॉर जीनोमिक रिसर्च में जे. क्रेग वेंटर (J. Craig Venter) की टीम के साथ काम करते हुए, उन्होंने हीमोफिलस इन्फ्लुएंजा के पूर्ण जीनोम को अनुक्रमित करने में मदद की - वही जीवाणु जहाँ उन्होंने एक चौथाई सदी पहले HindII पाया था, और यह पूर्ण जीनोम पढ़ा जाने वाला पहला मुक्त-जीवित जीव था। 1998 में जॉन्स हॉपकिन्स से सेवानिवृत्त होकर, स्मिथ वेंटर की विस्तृत कक्षा में चले गए, मानव जीनोम अनुक्रमण प्रयास के दौरान सेलेरा जीनोमिक्स (Celera Genomics) में काम जारी रखा और फिर 2005 में इंजीनियर जीवों से जैव ईंधन प्राप्त करने के लिए स्थापित सिंथेटिक जीनोमिक्स (Synthetic Genomics) के वैज्ञानिक निदेशक के रूप में सिंथेटिक जीव विज्ञान में शामिल हो गए। 2003 में उनकी टीम ने बैक्टीरियोफेज Phi X 174 के जीनोम को कृत्रिम रूप से इकट्ठा किया, और बाद में उन्होंने आंशिक रूप से सिंथेटिक जीवाणु कोशिकाओं को बनाने के काम का निर्देशन किया - उस अनुशासन को आगे बढ़ाया जिसे उन्होंने स्थापित करने में मदद की थी, डीएनए काटना, उसके तार्किक विस्तार की ओर, शून्य से डीएनए का निर्माण।

एक सेलिब्रिटी से अधिक एक सहयोगी

हॉपकिन्स में स्मिथ के साथ काम करने वालों ने उन्हें वैज्ञानिक सेलिब्रिटी के बजाय उनके स्वभाव के लिए याद किया। हॉपकिन्स के साथी शोधकर्ता जेरेमी नाथन्स (Jeremy Nathans) ने कहा कि स्मिथ ने "विज्ञान में रोमांच की भावना को मूर्त रूप दिया," जबकि सूक्ष्मजीव विज्ञानी थॉमस केली (Thomas Kelly) ने उन्हें "एक गर्म और उदार सहयोगी" कहा, जिसका प्रभाव विभाग की संस्कृति को किसी भी एक खोज की तुलना में अधिक आकार देता था। स्मिथ ने लिज़ स्मिथ (Liz Smith) से शादी की, जिनका निधन उनसे पहले हो गया था; दंपति के पाँच बच्चे थे, जिनमें से एक का निधन भी उनसे पहले हो गया, और उनके पीछे बारह पोते-पोतियाँ और पंद्रह परपोते-परपोतियाँ हैं। जॉन्स हॉपकिन्स ने 2015 में उनके सम्मान में हैमिल्टन स्मिथ अवार्ड फॉर इनोवेटिव रिसर्च की स्थापना की, जब वे अभी भी सिंथेटिक जीव विज्ञान अनुसंधान में सक्रिय थे।

हैमिल्टन को जीनियस क्यों कहा जाता है

स्मिथ का नोबेल पुरस्कार विजेता कार्य भव्य सिद्धांत के बजाय सटीक प्रयोगात्मक अवलोकन का कार्य था: वर्नर आर्बर ने भविष्यवाणी की थी कि अनुक्रम-विशिष्ट डीएनए-काटने वाले एंजाइम मौजूद होने चाहिए, और यह स्मिथ ही थे, जिन्होंने एक स्नातक छात्र के साथ सावधानीपूर्वक जीवाणु प्रयोग करके, वास्तव में एक को अलग किया और साबित किया कि यह बिल्कुल वैसे ही काम करता है जैसे सिद्धांत की मांग थी। यही बेंच वैज्ञानिक की प्रतिभा है - एक एंजाइम को शुद्ध करने, उसके व्यवहार को उस पर भरोसा करने के लिए पर्याप्त सटीक रूप से चित्रित करने, और तुरंत पहचानने की धैर्य कि डीएनए अनुक्रम में एक साफ, दोहराने योग्य कटौती ने जीव विज्ञान के बाकी हिस्सों के लिए क्या संभव बनाया। यह ईमानदार होना उचित है कि स्मिथ ने अकेले काम नहीं किया: 1978 का नोबेल पुरस्कार स्पष्ट रूप से एक तीन-तरफा, अनुक्रमिक उपलब्धि थी, जिसमें आर्बर की भविष्यवाणी, स्मिथ का अलगाव, और नाथन्स का अनुप्रयोग प्रत्येक आवश्यक थे और अकेले कोई भी पर्याप्त नहीं था। उस तिकड़ी में स्मिथ को जो अलग करता है वह पचास साल के करियर में बहुमुखी प्रतिभा है - वही प्रयोगात्मक वृत्ति जिसने 1970 में HindII को पाया, वह अभी भी अस्सी के दशक तक जीनोम अनुक्रमण और सिंथेटिक जीव विज्ञान में सीमावर्ती विज्ञान को चला रही थी, एक निरंतर उत्पादक जिज्ञासा जो किसी भी एक खोज से दुर्लभ है।

विरासत

प्रतिबंध एंजाइम पुनर्संयोजन डीएनए और आधुनिक आनुवंशिक इंजीनियरिंग, जैव प्रौद्योगिकी और जीन थेरेपी की संस्थापक तकनीक बन गए - डीएनए में हेरफेर करने के लिए लगभग हर बाद का उपकरण उस क्षमता तक जाता है जिसे HindII ने पहली बार प्रदर्शित किया था। 2016 में लिम्फोमा का निदान होने के बाद, स्मिथ ने उसके बाद वर्षों तक काम करना जारी रखा और 25 अक्टूबर 2025 को एलिसॉट सिटी, मैरीलैंड में अपने बेटे के घर पर, चारानवे वर्ष की आयु में उनका निधन हो गया, उन्होंने एक ऐसे करियर का समापन किया जो पहले एंजाइम से एक अटूट रेखा में चला जो एक आनुवंशिक अनुक्रम को पढ़ और काट सकता था, उन टीमों तक जिन्होंने पहली बार अनुक्रमित किया और फिर पूरे जीनोम का संश्लेषण शुरू किया।