Эрик Альберт Барнард

Эрик Альберт Барнард (англ. Eric Albert Barnard; 2 июля 1927 — 23 мая 2018) — британский учёный-биохимик, один из основоположников молекулярной нейробиологии. Его исследования сыграли ключевую роль в понимании молекулярных механизмов передачи нервного импульса. Барнард разработал широко применяемую методику экспрессии рецепторов в ооцитах лягушки, впервые клонировал кДНК субъединиц никотинового ацетилхолинового и ГАМК_A-рецепторов, что привело к открытию обширного суперсемейства лиганд-зависимых ионных каналов и концепции гетерогенности рецепторов. В 1981 году был избран членом Лондонского королевского общества.

Биография

Эрик Альберт Барнард появился на свет 2 июля 1927 года в Гринвиче (юго-восточный Лондон). Его детство было непростым: отец оставил семью, и мальчик оказался в еврейском детском доме в Норвуде. Несмотря на трудности, он демонстрировал выдающиеся способности к учёбе. Эрик стал единственным воспитанником приюта, успешно сдавшим экзамен «11-plus», что позволило ему получить стипендию для обучения в грамматической школе Davenant Foundation в Уайтчепеле.

В двенадцатилетнем возрасте, в разгар Второй мировой войны, школу эвакуировали в Кембриджшир. В 16 лет Барнард оставил учёбу и начал трудовую деятельность курьером в лондонском Сити. Позже он был призван на службу в Королевские ВВС Великобритании, где служил в Сингапуре и Малайе.

После демобилизации, совмещая работу с учебой, Барнард посещал вечернюю школу для получения полного среднего образования. Затем он поступил в Королевский колледж Лондона, где получил степень бакалавра, а в 1957 году — докторскую степень (PhD) по биохимии. Тема его диссертации была связана с разработкой методов химического мечения белков для цитохимических исследований.

После защиты диссертации Барнард стал стипендиатом Фонда Наффилда и продолжил работу в Королевском колледже. В 1960 году он получил грант Фонда Рокфеллера, позволивший ему два года провести в Калифорнийском университете в Беркли. По возвращении в Лондон он занял должность лектора в своей альма-матер.

В 1965 году учёный переехал в США, где стал доцентом по биохимической фармакологии в Университете штата Нью-Йорк в Буффало. В 1968 году он был повышен до профессора, а год спустя возглавил кафедру биохимии.

В 1975 году Барнард принял приглашение вернуться в Великобританию и занял кафедру физиологической биохимии имени Дж. Артура Ранка в Имперском колледже Лондона. С 1979 по 1985 год он руководил кафедрой биохимии. В 1981 году его избрали членом Лондонского королевского общества.

В 1985 году Барнард стал директором вновь созданного Отдела молекулярной нейробиологии Совета по медицинским исследованиям в Кембридже. После достижения предельного возраста для этой должности в 1992 году он перешёл на работу в Королевскую бесплатную больницу в Лондоне, а в 1998 году вернулся в Кембриджский университет в качестве почётного профессора на кафедре фармакологии. Официально завершил активную научную карьеру в 2014 году в возрасте 86 лет.

Научная деятельность

Научные интересы Барнарда эволюционировали от энзимологии и химии белков к молекулярной нейробиологии, где он совершил свои наиболее значимые открытия.

Начальный этап: энзимология

Основываясь на своей докторской работе, Барнард в Королевском колледже Лондона совершенствовал методы ковалентного мечения и количественного цитохимического анализа белков. Он был одним из пионеров в использовании радиоизотопного мечения (в частности, тритием) для количественного определения ферментов. Учёный применял аффинное мечение для идентификации аминокислот в активном центре рибонуклеазы (в частности, гистидина-119) и исследовал структуру фермента гексокиназы.

Изучение нервно-мышечного синапса

Интерес Барнарда к нейромедиаторной передаче сформировался ещё в Королевском колледже. Он адаптировал свои методы мечения для исследования белков, задействованных в передаче сигнала в нервно-мышечном соединении.

Ацетилхолинэстераза

Применив радиоактивно меченый ингибитор ([³²P]DFP), Барнард впервые использовал количественную авторадиографию для подсчёта молекул ацетилхолинэстеразы в двигательной концевой пластинке. Ему удалось установить постоянную плотность их распределения — примерно 3000 молекул на квадратный микрометр.

Никотиновые ацетилхолиновые рецепторы

Аналогичным подходом, но с использованием меченого змеиного яда ([³H]α-бунгаротоксин), Барнард провёл локализацию и количественный анализ никотиновых ацетилхолиновых рецепторов. Их плотность на гребнях постсинаптических складок составила около 10 000 на мкм².

Хотя эти рецепторы ранее были очищены из богатых ими источников (электрических органов скатов), Барнарду совместно с Оливером Долли впервые удалось выделить и очистить нАХР из скелетных мышц млекопитающих, где их концентрация крайне мала.

Молекулярная нейробиология и клонирование рецепторов

Работая в Имперском колледже, Барнард осознал ограниченность классических биохимических методов и одним из первых в нейробиологии сделал ставку на технологии молекулярного клонирования.

Система экспрессии в ооцитах Xenopus

Для функционального анализа клонированных рецепторов требовалась эффективная тест-система. В сотрудничестве с Рикардо Миледи Барнард провёл ключевой эксперимент, показав, что инъекция мРНК из электрического органа ската в ооциты (яйцеклетки) лягушки Xenopus приводит к синтезу и интеграции в клеточную мембрану полностью функциональных никотиновых рецепторов, реагирующих на ацетилхолин. Эта методика стала революционным и повсеместно применяемым инструментом в фармакологии для изучения ионных каналов.

Клонирование никотинового ацетилхолинового рецептора

В 1982 году научная группа под руководством Барнарда (в кооперации с коллегами из компании Searle) опубликовала работу по молекулярному клонированию и характеристике кДНК, кодирующей α-субъединицу никотинового ацетилхолинового рецептора. Это была первая в мире клонированная субъединица рецептора нейромедиатора.

Клонирование ГАМК_A-рецептора и открытие суперсемейства

Следующей целью стал главный тормозной рецептор мозга — ГАМК_A-рецептор. Группа Барнарда использовала для его очистки аффинную хроматографию на бензодиазепинах. Затем, в сотрудничестве с Питером Зеебургом из Genentech, были получены частичные аминокислотные последовательности, и в 1987 году клонированы кДНК α- и β-субъединиц этого рецептора.

Сравнение последовательностей нАХР (катионный канал) и ГАМК_A-рецептора (анионный канал) выявило неожиданное структурное сходство, включая консервативную «Cys-Cys петлю». Это наблюдение привело Барнарда к формулировке концепции обширного суперсемейства лиганд-зависимых ионных каналов.

Гетерогенность рецепторов

Дальнейшие исследования групп Барнарда и Зеебурга привели к открытию нескольких изоформ α-субъединицы ГАМК_A-рецептора (α1, α2, α3 и др.). Впервые было продемонстрировано, что рецепторы не являются монолитными структурами, а представляют собой семейства родственных белков (подтипов), которые собираются из различных субъединиц. Концепция гетерогенности рецепторов имела фундаментальное значение для разработки новых, более селективных лекарственных средств.

Поздние исследования

Барнард также внёс вклад в изучение глутаматных и опиоидных рецепторов. Его последняя крупная работа, выполненная совместно с Дэвидом Брауном, была посвящена пуринорецепторам. Учёные показали, что один и тот же рецептор (P2Y₂) способен взаимодействовать с различными G-белками (Gq и Gi), активируя тем разные внутриклеточные сигнальные пути.

Награды и признание

• Член Лондонского королевского общества (1981)
• Медаль Сиба от Биохимического общества (1985)
• Международная премия Eli-Lilly–ECNP за выдающийся вклад в нейрофармакологию (1998)
• Медаль Тьюдичам от Биохимического общества (2008)

Память

Научное наследие Эрика Барнарда признано важной вехой в развитии нейробиологии. Нобелевский лауреат Жан-Пьер Шанжё отозвался о нём следующим образом: «Эрик был увлекательным первопроходцем в химии мозга… Он навсегда останется в нашей научной памяти».

Семья

Во время обучения в аспирантуре Королевского колледжа Лондона Барнард познакомился с Пенни Хеннесси, работавшей в той же лаборатории. Они поженились спустя восемь недель после знакомства и прожили вместе более 60 лет, отпраздновав бриллиантовую свадьбу в 2016 году.

В браке родилось четверо детей: два сына, Мэтью и Гай, и две дочери, Лиза и Сара. Супруга Пенни также была учёным, сотрудником Совета по медицинским исследованиям, специализировавшимся на изучении мышечной дистрофии.

Личные качества

Несмотря на сложное детство, коллеги и близкие описывали Барнарда как человека исключительной скромности, с прекрасным чувством юмора и искренней преданностью науке.

В Имперском колледже коллеги дали ему прозвище «Белый кролик» из-за пышной седой шевелюры и привычки быстро перемещаться по коридорам. Он считался классическим «рассеянным профессором»: его кабинет всегда был завален бумагами, а о его забывчивости ходило множество забавных историй.

Вне науки

Интересы Барнарда не ограничивались наукой. Он был глубоким знатоком современного искусства, классической музыки (особенно ценил Вагнера), оперы и творчества Шекспира.

Он также был ценителем и экспертом в области вин, импортировал их напрямую из Бордо и любил проводить слепые дегустации. В своём профиле в справочнике «Who's who» в графе «увлечения» он указал «поиск хорошего кларета».

Интересные факты

• Рассказывают историю о том, как Барнард, направляясь в американский аэропорт, почувствовал, что что-то забыл. Этим «чем-то» оказалась его жена Пенни, которую он должен был взять с собой по пути.
• Однажды, ожидая прихода маляра, он открыл дверь мужчине, который сказал, что «пришёл за картиной». Барнард, будучи в спешке, довольно резко начал объяснять, что нужно красить. Незнакомец вежливо ответил: «Я пришёл за картиной Хокни».
• На рождественской вечеринке в Имперском колледже Эрик Барнард появился в костюме, изображавшем молекулу матричной РНК.

Ссылки

• Биографические мемуары Эрика Альберта Барнарда на сайте The Royal Society Publishing
• https://royalsocietypublishing.org/doi/10.1098/rsbm.2020.0017
• https://www.nature.com/articles/189412a0
• https://www.nature.com/articles/195243a0
• https://www.nature.com/articles/2101003a0
• https://www.nature.com/articles/2131202a0
• https://royalsocietypublishing.org/doi/10.1098/rspb.1982.0040
• https://academic.oup.com/nar/article-lookup/doi/10.1093/nar/10.19.5809
• https://www.nature.com/articles/328221a0
• https://www.jneurosci.org/lookup/doi/10.1523/JNEUROSCI.2597-10.2010