ג'ק שוסטק

ג'ק וו. שוסטק (Jack W. Szostak; נולד ב-9 בנובמבר 1952 בלונדון) הוא ביולוג מולקולרי קנדי אמריקאי המשמש פרופסור לגנטיקה בבית הספר לרפואה של אוניברסיטת הרווארד וחוקר בכיר בבית החולים הכללי מסצ'וסטס, אחד מבתי החולים האוניברסיטאיים הבולטים בעולם. שוסטק זכה בפרס נובל לפיזיולוגיה או לרפואה לשנת 2009, יחד עם אליזבת בלקברן וקרול גריידר, על תגליתם באשר לדרך שבה הטלומר מגן על הכרומוזום ותגלית האנזים טלומראז. כמו כן תרם לפרויקט גנום האדם, פרסם תגליות באבולוציה של רצפי חלבון וחומצות גרעין, והוא בין החוקרים הבכירים בעולם של ראשית החיים. שוסטק גדל בקנדה. הוא בעל תואר ראשון במדעים בתחום הביולוגיה של התא מאוניברסיטת מקגיל במונטריאול, אותה סיים בגיל 19. הוא סיים לימודי דוקטורט בביוכימיה באוניברסיטת קורנל, אז עבר לעבוד בבית הספר לרפואה של אוניברסיטת הרווארד, שם הוא עומד בראש מעבדה. ב-1988 נבחר לחבר באקדמיה הלאומית למדעים של ארצות הברית וב-2006 זכה בפרס לסקר יחד עם בלקברן וגריידר. שוסטק נולד למשפחה ממוצא פולני. אבי סבו היגר מקרקוב לניו יורק בסוף המאה ה-19, ולבסוף השתקע בחווה בססקצ'ואן בקנדה, שם נולד אביו של שוסטק, שהיה טייס ולאחר מכן מהנדס אווירונאוטיקה בחיל האוויר המלכותי הקנדי, ופגש את אמו של שוסטק בעת מלחמת העולם השנייה. שוסטק עצמו נולד בלונדון בעת שאביו למד אווירונאוטיקה באימפריאל קולג', אך שב עם משפחתו לקנדה לאחר פחות משנה, וגדל עם אחותו הצעירה יותר בבסיסי חיל אוויר שונים שבהם הוצב אביו, בעיקר בגרמניה ובקנדה. כתוצאה מכך למד שוסטק בבתי-ספר רבים, ותכופות היה התלמיד הצעיר בכיתתו. את משיכתו לביולוגיה ולכימיה הוא מייחס למורו ולמורתו בבית הספר התיכון במונטריאול, ולמעבדה כימית שאביו בנה במרתף ביתם, שם ערך שוסטק ניסויים בחומרים כימיים מסוכנים שאמו הביאה מן החברה בה עבדה באותו זמן. אימו גם סייעה לו לקבל עבודת קיץ בניסויים כימיים באותה חברה. בשנת 1967, כשהיה בן 14, שוסטק ואביו שחזרו במעבדתם בתנאים מבוקרים את אסון השרפה באפולו 1. במרתף ביתו של חבר ללימודים, הם בנו גן הידרופוני, בהשראת הרעיונות לייצר מזון וחמצן בחלליות ובמושבות חלל. בשנת 1968, בגיל 15 בלבד, החל ללמוד מדעים באוניברסיטת מקגיל. את עבודת הקיץ עשה במעבדות ג'קסון (Jackson Laboratory) שם למד לנתח ולהוציא את בלוטת התירואיד מעכברי מעבדה מזני שארים, אך החליט שלא ימשיך בביצוע ניסויים בחיות מודל. שוסטק גר לבדו במעונות מקגיל כשהיה בן 16, לאחר שמשפחתו עברה לגור בחזרה באוטווה, ולדבריו בילה זמן רב יותר במעבדות השונות לביולוגיה וביוכימיה מאשר בשיעורים בכיתות. בהיותו בן 19 בלבד קיבל תואר ראשון בביולוגיה של התא מאוניברסיטת מקגיל, ובשנת 1972 החל את לימודי המוסמך שלו באוניברסיטת קורנל בניו יורק. החל מלימודי התואר הראשון שלו במקגיל פיתח שוסטק עניין עמוק באצות כמודלים למחקר בביולוגיה מולקולרית ובגנטיקה. המאמר המדעי הראשון שלו, שהתפרסם בשנת 1973, היה תוצאת פרויקט מעבדה שהיה שותף לו באצה מן הסוג Eudorina. שוסטק רצה לסנתז באופן מלאכותי גדילי חומצות גרעין של האצות, ובחר לעשות את התואר השני, הדוקטורט ואף הפוסט-דוקטורט שלו במעבדתו של הביוכימאי הסיני-אמריקני ריי וו (Ray Wu) בקורנל, משום שהיא הייתה המתאימה ביותר לרעיון זה. עבודת הדוקטורט שלו עסקה בסינתוז גדיל mRNA בן 44 נוקלאוטידים של האצה. שוסטק זנח לבסוף בהדרגה את מחקריו באצות במהלך שנות ה-80, לדבריו משום שהבין כי מעבדות אחרות בעולם עומדות להדביק את עבודתו החלוצית ולבצע ניסויים דומים. אך עוד קודם לכן, בשנת 1980, הוא נכח בהרצאה של אליזבת בלקברן על מחקריה בטלומרים באצה החד-תאית מסוג Tetrahymena. שיתוף הפעולה ביניהם הביא למחקרים בטלומרים אשר בשנת 2009 זיכו את שוסטק בפרס נובל לפיזיולוגיה או לרפואה, ביחד עם בלקברן וקרול גריידר. בשנות ה-90 החל שוסטק להתעניין בהשערת עולם ה-RNA, לפיה בראשית החיים הופיעו באופן אקראי רצפי RNA המתקפלים ליצירת מבנה מרחבי המסוגל לבצע תפקודים ביולוגיים שונים. רצפים כאלו נקראים כיום ריבוזימים, והם מעין אנזימים הבנויים מ-RNA. כדי להדגים שדבר כזה הוא אפשרי ואף בעל הסתברות גדולה משמעותית מאפס, מפתחת מעבדתו של שוסטאק בבית החולים הכללי מסצ'וסטס שיטות לאבולוציה מכוונת או ,"אבולוציה במבחנה" של רצפי חומצות גרעין ורצפי חלבונים, מתוך רצפים אקראיים. בדרך זו ניתן לאמוד את שיעור הרצפים התפקודיים (בעלי פונקציה ביולוגית) מתוך כלל הרצפים האפשריים: בשנת 1990 דיווחו שוסטק ותלמידיו כי אחד מתוך כ-1010 רצפי RNA אקראיים מתקפל מרחבית ליצירת אתר קישור לחומרי צבע. בשנת 1993 הם דיווחו על ריבוזימים תפקודיים חדשים למדע שגילו בכ-1015 רצפי RNA אקראיים. בשנת 2001 דיווחו על רצפי חלבון הקושרים ATP שגילו בספריית חלבונים של כ-1012 רצפים אקראיים. בשנת 2007 דיווחו על אנזימים תפקודיים עם אתרים פעילים חדשים למדע לאיחוי נוקלאוטידים של RNA, שנוצרו באבולוציה במבחנה מתוך כ-1012 רצפי חלבון אקראיים. אף שסיכויים כאלו נראים נמוכים מאוד, הם גדולים מאפס ועשויים לספק די אפשרויות לאבולוציה ולראשית החיים, אשר בטבע מסוגלים לבדוק מספר עצום של רצפים אקראיים. הם גם שימושיים לייצור ריבוזימים ואנזימים מלאכותיים בהנדסת חלבונים ובביולוגיה סינתטית. משנות ה-2000 עוסקת מעבדתו של שוסטק בחקר ראשית החיים, ובייחוד את מושג הקדם תא (protocell). לתפיסתו של שוסטק, קדם-תאים הם מיצלות או ליפוזומים: בועות שומניות זעירות בתמיסה מימית, המורכבות מקרום בעל שכבה או דו-שכבה ליפידית של פוספוליפידים. בכך הקדם-תא דומה לתא ביולוגי פרימיטיבי. אך קדם-תאים היו עשויים להתקיים עוד לפני ראשית החיים, ולהיווצר מעצמם בתהליכי הרכבה עצמית וארגון עצמי של קרומים שומניים. מעבדתו של שוסטק הדגימה מספר תהליכים שונים, מכניים וכימיים, אשר גורמים לקדם-תאים בתמיסה לגדול ולהתחלק תוך שמירה על התוכן שלהם, בדומה לחלוקה ביולוגית של תאים, והיו עשויים להתקיים בסביבה של כדור הארץ הקדום. מדיה וקבצים בנושא ג'ק שוסטק בוויקישיתוף ג'ק שוסטק, באתר פרס נובל (באנגלית) אתר המעבדה של שוסטק ג'ק שוסטק, באתר אנציקלופדיה בריטניקה (באנגלית) ג'ק שוסטק: ביוגרפיה. באתר פרס נובל Szostak, J. W., Stiles, J. I., Bahl, C. P., & Wu, R. (1977). Specific binding of a synthetic oligodeoxyribonucleotide to yeast cytochrome c mRNA. Nature, 265(5589), 61. Ellington, A. D., & Szostak, J. W. (1990). In vitro selection of RNA molecules that bind specific ligands. nature, 346(6287), 818. D. P. Bartel, J. W. Szostak, Isolation of new ribozymes from a large pool of random sequences [see comment], Science 261, 1993-09-10, עמ' 1411–1418 doi: 10.1126/science.7690155 Keefe, A. D., & Szostak, J. W. (2001). Functional proteins from a random-sequence library. Nature, 410(6829), 715. Seelig, B., & Szostak, J. W. (2007). Selection and evolution of enzymes from a partially randomized non-catalytic scaffold. Nature, 448(7155), 828. Szostak, J. W., Bartel, D. P., & Luisi, P. L. (2001). Synthesizing life. Nature, 409(6818), 387. Zhu, T. F., Adamala, K., Zhang, N., & Szostak, J. W. (2012). Photochemically driven redox chemistry induces protocell membrane pearling and division. Proceedings of the National Academy of Sciences, 109(25), 9828-9832.