هار غوبيند خورانا، ابن كاتب الضرائب في قرية بنجابية، ساعد في إكمال الشفرة الوراثية وبنى عام 1970 جينا من 77 زوجا من القواعد وشارك في جائزة نوبل لعام 1968

شارك هار غوبيند خورانا مارشال نيرنبرغ وروبرت هولي في جائزة نوبل في الفسيولوجيا أو الطب لعام 1968 «لتفسيرهم الشفرة الوراثية ووظيفتها في تخليق البروتين»، بعبارة مؤسسة نوبل. وكان نصيبه الكيمياء. فقد بنى جزيئات DNA وRNA حرفا حرفا، بتسلسل يختاره، واستخدمها لقراءة معنى كلمات الشفرة ذات الحروف الثلاثة. وُلد في قرية بنجابية يقطنها نحو 100 شخص، في أسرة كانت، بكلماته هو، عمليا الأسرة المتعلمة الوحيدة هناك.

وبعد سنتين من الجائزة أعلن مختبره أول تصنيع كيميائي لجين، بحسب سيرة الأكاديمية الوطنية للعلوم التي كتبها فيليب شارب وأوتّام راجبهانداري: 77 زوجا من القواعد في DNA مزدوج الشريط، جُمعت من قطع قصيرة صنعتها الكيمياء. وتسميه بوابة العلوم في الهند العالم الهندي الذي فك الشفرة الوراثية، ومنحته حكومة الهند بادما فيبهوشان عام 1969.

ما الشفرة، وما الذي كان ناقصا عام 1961

يُكتب DNA وRNA بأربعة حروف. ومجموعة من ثلاثة حروف، هي الكودون، تقول للخلية أي حمض أميني تضيف تاليا حين تبني بروتينا، وهناك 64 مجموعة ممكنة. وبحسب بوابة العلوم والتكنولوجيا في الهند، تحدد القواعد الأربع ترتيب الأحماض الأمينية العشرين في البروتينات. وقراءة الشفرة تعني ملء جدول من 64 مدخلا.

وجاء المدخل الأول عام 1961، حين غذّى مارشال نيرنبرغ وهاينريش ماتهاي مستخلصا بكتيريا خاليا من الخلايا بـ RNA مصنوع من اليوراسيل وحده، فبنى سلسلة مصنوعة من الحمض الأميني فينيل ألانين وحده. ويقول خطاب التقديم في حفل نوبل إن نيرنبرغ أعلن نتائجه الأولى في أغسطس 1961. وكان ملء المدخلات الثلاثة والستين الباقية يحتاج إلى RNA بحروف مختارة بترتيب معلوم، ولم تكن الكيمياء عام 1961 تستطيع صنع إلا بضع وحدات من RNA في المرة.

وقد أمضى خورانا سنوات في هذه المسألة. ويقول خطاب التقديم إن تفاصيل الشفرة كلها وُضعت في أقل من خمس سنوات بعد أول تقرير لنيرنبرغ، «أساسا من عمل نيرنبرغ وخورانا». وقراءة الهند الواسعة للـ DNA في بلدها موضوع GenomeIndia، المشروع الذي سلسل جينوم 10,074 شخصا.

قرية من نحو 100 نسمة

تعطي سيرة خورانا في موقع نوبل مسقط رأسه رايبور، قرية في البنجاب أصبحت الآن في باكستان، وتقول إن تاريخ ميلاده الصحيح غير معروف وإن الوثائق تشير إلى 9 يناير 1922. أما بوابة العلوم والتكنولوجيا في الهند ومقال لعام 2022 في The Wire Science فيذكران ملتان، البلدة التي ذهب فيها إلى المدرسة. ويتبع هذا المقال ملاحظته هو.

وكان خورانا أصغر خمسة أبناء، أربعة أولاد وبنت، وأبوه باتواري، كاتب قرية يقدّر الضريبة الزراعية في ظل الحكم البريطاني. وكان المال شحيحا في البيت، تقول سيرة نوبل، لكن أباه كان مصمما على تعليم أبنائه. وكان سائر سكان رايبور مسلمين، تضيف السيرة، وكانت أسرته الأسرة الهندوسية الوحيدة.

والمدرسة هي مدرسة DAV الثانوية في ملتان، حيث أثر فيه معلم اسمه راتان لال، والكلية هي جامعة البنجاب في لاهور. وتتبع ذلك في رواية السيرة منحة ودرجة في الكيمياء عام 1943 وماجستير عام 1945. وأشرف على عمله هناك ماهان سينغ، الذي تصفه ملاحظة نوبل بأنه معلم عظيم وتجريبي دقيق.

وجاء التقسيم في أغسطس 1947، بعد أن غادر إلى إنجلترا. فصارت رايبور جزءا من باكستان، وتقول السيرة إن الأسرة انتقلت إلى الهند لاجئة واستقر بعض أفرادها قرب نيودلهي. والخلفية السياسية في رواية خط رادكليف.

ليفربول وزيورخ وكامبريدج وفانكوفر

وأخذته زمالة من حكومة الهند إلى جامعة ليفربول عام 1945. وكانت برعاية وزارة الزراعة وللعمل على المبيدات الحشرية والفطرية، وصلت حين كان عائدو الحرب قد تركوا مقاعد جامعية قليلة، تقول السيرة. وأشرف على بحثه روجر بير في قسم الكيمياء، ونال خورانا الدكتوراه عام 1948.

وتلتها سنة ما بعد الدكتوراه، من 1948 إلى 1949، في المعهد الفيدرالي السويسري للتكنولوجيا في زيورخ. وتقول السيرة إن خورانا قصد فلاديمير بريلوغ بلا رسائل توصية ولا تعريف، فقبله بريلوغ. وكان جزء من الجاذبية اللغة، إذ كان كثير من الأدبيات الكيميائية بالألمانية، وورقة ألمانية قرأها هناك عن كاشف يسمى كاربوديإيميد كان لها دور مركزي في كثير من بحثه اللاحق. ولم ينجح البحث عن وظيفة في الهند عام 1949، تفيد السيرة، وفُتح مكان بدلا من ذلك في مختبر ألكسندر تود في كامبريدج، حيث بقي منذ ديسمبر 1949.

وفي كامبريدج وجد أن ثنائي سيكلوهكسيل كاربوديإيميد، وهو أحد تلك الكواشف، يستطيع ربط استرات الفوسفات في بيروفوسفات، وهو تفاعل ذو أهمية مركزية في مختبر تود. وبعد ذلك أتاحت له طرق الكاربوديإيميد صنع قطع من DNA وRNA بتسلسل محدد، تقول السيرة. وفي عام 1952 عرض عليه غوردون شروم وظيفة في مجلس بحوث كولومبيا البريطانية في فانكوفر، حيث كان هناك، بكلمات شروم المقتبسة في سيرة نوبل الذاتية، «كل الحرية في العالم». وفي السنة نفسها تزوج إستر إليزابيث سيبلر. وزار آرثر كورنبرغ وبول بيرغ، وهما لاحقا من حائزي نوبل، مختبر فانكوفر ليتعلما طرقه، تقول السيرة.

وفي عام 1960 استقدمته جامعة ويسكونسن في ماديسون واحدا من ثلاثة مديرين مشاركين لمعهدها لبحوث الإنزيمات، وصار مواطنا أمريكيا متجنسا.

أنماط متكررة و64 ثلاثية ونتيجة بلا استثناءات

بدأت الطريقة، كما تصفها محاضرة نوبل، بقطع قصيرة من DNA صنعتها الكيمياء، كل منها نمط متكرر من حرفين أو ثلاثة أو أربعة. وأطالتها بوليميراز DNA، وهو إنزيم ينسخ DNA، من 50 إلى 200 ضعف. ثم نسخ إنزيم ثان، بوليميراز RNA، شريطا واحدا إلى RNA، ما زال بنمطه المتكرر. ودخل ذلك الـ RNA مستخلصا خاليا من الخلايا من بكتيريا Escherichia coli، وحُللت سلاسل البروتين الخارجة منه.

وأعطى حرفان يتكرران بالتناوب بروتينا من حمضين أمينيين متناوبين. ومثال المحاضرة RNA من U وC بالتناوب، أنتج سيرين وليوسين، لكن التجربة وحدها لم تستطع أن تقول هل الكودون UCU يعني سيرين وCUC يعني ليوسين أم العكس. وكان نيرنبرغ وفيليب ليدر قد ابتكرا اختبارا ثانيا، يسأل أي ناقل للحمض الأميني يلتصق بالريبوسوم، مصنع البروتين في الخلية، حين تكون قطعة محددة من ثلاثة حروف موجودة. وصنّعت مجموعة خورانا لذلك جميع الثلاثيات النووية الأربع والستين، تقول المحاضرة. وكتب خورانا أيضا أن الاختبار «لم يثبت أنه موثوق تماما»، فجاء الجدول النهائي من الجمع بينه وبين البوليمرات المتكررة وعمل مختبرات أخرى.

ويفيد خورانا في المحاضرة بأن التنبؤات المستخلصة من البوليمرات المتكررة تحققت «دون استثناء واحد»، ويصف السنوات من 1963 إلى 1967 بأنها فترة نجاح متواصل في جوهرها. وتلخص السيرة النتيجة. فكل كودون ثلاثية، و61 من الأربعة والستين تمثل أحماضا أمينية، والثلاثة الباقية، UAG وUAA وUGA، تأمر الخلية بالتوقف. وساهم فريق نيرنبرغ وآخرون في أجزاء أخرى من الجدول، ونال كل من الحائزين الثلاثة ثلث الجائزة. وقال البروفيسور ب. رايشارد من معهد كارولينسكا في خطاب التقديم: «الكثير من العمل الأخير أنجزه خورانا». وأضاف أن الأحماض النووية الاصطناعية التي صنعها خورانا كانت شرطا مسبقا للحل النهائي.

وفي السيرة قصة أخرى عن صباح الإعلان. فقد ذهب خورانا إلى كوخ مستأجر على بحيرة بلا مذياع ولا تلفاز ليعمل، وقادت إستر السيارة إليه لتخبره. وفي الاحتفال بالمختبر ذلك اليوم تحدث إلى زميلين عن هدفه التالي، التصنيع الكيميائي لجين.

جين من 77 زوجا من القواعد عام 1970، والجين العامل كاملا

كان الهدف جين RNA الناقل للألانين في الخميرة، وهو RNA صغير يحمل الأحماض الأمينية إلى الريبوسوم. وبحسب السيرة اختير لأنه كان عام 1965 المنتج الجيني الوحيد المعروف تسلسله، وهو عمل هولي. وأتاح إنزيمان اكتُشفا في منتصف الستينات، كيناز عديد النوكليوتيد وليغاز DNA، للفريق أن يعدّ قطعا قصيرة من خمس إلى عشرين وحدة، ويصفّها على شريكاتها المتممة، ويختم الوصلات.

ونشرت Nature الورقة يوم 4 يوليو 1970 بأسماء 13 مؤلفا. ويقول ملخصها إن قطعا مصنعة كيميائيا جُمعت في DNA مزدوج الشريط يقابل جين أول tRNA جرى توصيفه. وطوله 77 زوجا من القواعد، تقرر السيرة، وملأت ثلاث عشرة ورقة مفصلة عددا كاملا من Journal of Molecular Biology عام 1972.

ويفصل شارب وراجبهانداري هذا عن جين tRNA فعّال تماما «بكل التسلسلات اللازمة لتعبيره»، يقولان إنه اكتمل عام 1979. وتصف ورقة Science بتاريخ 16 فبراير 1979 العمل: DNA من 126 نوكليوتيدا لسلف من tRNA كابت للتيروزين في E. coli، أُتمّ بتسلسلات تحكم إلى مجموع يعطيه الملخص 207 أزواج من القواعد وتعطيه السيرة 208. وبحسب الملخص نُسخ الجين في أنبوب اختبار وأظهر نشاطا في الخلايا الحية كابتا لإشارة توقف. وتؤرخ نعوة MIT وجامعة ويسكونسن أول جين عامل بالكامل في خلية حية بعام 1976، وتلاحظ السيرة أن اثنتي عشرة ورقة متتالية في عدد من 1976 من Journal of Biological Chemistry سبقت ملخص 1979.

واستقدمه MIT عام 1970، وشغل كرسي ألفريد ب. سلون في الأحياء والكيمياء حتى تقاعده عام 2007. ويرى شارب وراجبهانداري أن عمل الجين كان جزءا من الأساس لطرق DNA المأشوب في منتصف السبعينات. ويشيران أيضا إلى ورقة من عام 1970 من مجموعته في ويسكونسن تصف دورة من تسخين مزدوج DNA وإضافة بادئات وبوليميراز والتكرار، يقولان إنها تبدو، بنظرة إلى الوراء، قريبة جدا من تفاعل البوليميراز المتسلسل الذي وصفه كاري موليس وزملاؤه عام 1985.

الرودوبسين، وجينات للبروتينات التي تحس بالضوء

من منتصف السبعينات، تقول بوابة العلوم في الهند، اتجه خورانا إلى بروتينات الأغشية، بادئا بالبكتيريورودوبسين، الذي يضخ البروتونات باستخدام الضوء، ثم الرودوبسين، بروتين الشبكية الحساس للضوء. وتقول السيرة إنه بيّن أن البكتيريورودوبسين يمكن أن ينفرد كاملا ثم يعود فيطوى إلى شكل نشط، مما أتاح للباحثين اختبار أثر تغييرات في حمض أميني واحد. وتصف الرودوبسين بأنه نموذج أولي للمستقبلات المقترنة بالبروتين G، وهي عائلة من نحو 750 جينا في الإنسان.

وانتقلت مهارة بناء الجينات. وتتالت التقارير: جين اصطناعي من 1,057 زوجا من القواعد للرودوبسين البقري، جُمع من 72 قطعة كيميائية، في PNAS في فبراير 1986، وجين من 757 زوجا من القواعد للبكتيريو أوبسين، الجزء البروتيني من البكتيريورودوبسين، في Journal of Biological Chemistry في يوليو 1987. وصُمم كل منهما بمواقع قطع متباعدة بانتظام، وهي أماكن يمكن فيها استبدال مقطع قصير لإحداث طفرة مختارة.

تكريمات، وبرنامج يحمل اسمه

يسرد أرشيف الترشيحات في مؤسسة نوبل 15 ترشيحا لخورانا بين 1963 و1974، كلها في الكيمياء، وفاز هو في الطب. وتورد نعوة MIT جائزة لويزا غروس هورويتز وجائزة لاسكر للأبحاث الطبية الأساسية، كلتيهما عام 1968، وميدالية ويلارد غيبس عام 1974، وجائزة غيردنر عام 1980، وجائزة بول كايزر عام 1987. وانتُخب عضوا في الأكاديمية الوطنية للعلوم عام 1966، بحسب السيرة. ولنوبل أخرى في العلوم بدأت في مختبر هندي، انظر سي. في. رامان والتأثير الذي يحمل اسمه.

وتوفي خورانا لأسباب طبيعية في كونكورد بولاية ماساتشوستس يوم 9 نوفمبر 2011، وهو في التاسعة والثمانين، بحسب MIT. وقال زميله راجبهانداري لـ MIT: «على قدر ما كان بارعا، كان من أكثر من عرفت تواضعا».

وأُنشئ برنامج خورانا عام 2007 على يد أسيم أنصاري وكينيث شابيرو في جامعة ويسكونسن ماديسون، بحسب كلية الزراعة في الجامعة، لتبادل الطلاب بين مؤسسات هندية مختارة وويسكونسن. وفي صيف 2008 وضع 14 طالبا هنديا من مرحلة البكالوريوس في مختبرات ويسكونسن عشرة أسابيع: عشرة من خمسة معاهد IIT، واثنان من جامعة عليكره الإسلامية، وواحد من جامعة جواهر لال نهرو، وواحد من جامعة البنجاب الزراعية، بحسب تحديث البرنامج نفسه. وتصفه صفحة المنتدى الهندي الأمريكي للعلوم والتكنولوجيا بأنه يُدار بالتعاون مع إدارة التكنولوجيا الحيوية في الهند وWINStep Forward، بتدريبات من 10 إلى 12 أسبوعا تشمل تذكرة الطيران ومخصصا شهريا وتأمينا صحيا.