Dalton, Howard

Howard Dalton
Fødselsdato 8. februar 1944( 1944-02-08 ) [1]
Fødselssted
Dødsdato 12. januar 2008( 12-01-2008 ) [2] (63 år)
Land
Arbejdsplads
Alma Mater
videnskabelig rådgiver John Postgate [d]
Priser og præmier medlem af Royal Society of London Leeuwenhoek Lecture [d] ( 2000 ) Leeuwenhoek medalje

Howard Dalton (1944–2008), britisk biokemiker og mikrobiolog.

Biografi

Howard Dalton blev født i New Malden, Surrey , den 8. februar 1944; søn af Leslie Alfred Dalton, en lastbilchauffør, og Florence Gertrude Dalton (født Evans). Uddannet fra Rains Park High School.

Han dimitterede fra University of Sussex med en Ph.D. for at forsvare sit arbejde i Nitrogen Fixation Laboratory [4] .

Efter at have forsvaret sin doktorafhandling rejste han for en kort periode i USA for at opbygge sin videnskabelige karriere ved University of Warwick.

Han viede sit liv til at studere processen med metanoxidation af bakterier ved at bruge denne relativt inerte gas som deres eneste kilde til kulstof og energi. Howard opdagede to helt nye multikomponent monooxygenase-enzymer, der var ansvarlige for den indledende oxidation af methan til methanol. Derefter fortsatte han med at studere deres funktioner, mekanismer, regulering og strukturer. Den store specificitet af deres substrat førte til hans interesse i brugen af ​​disse og beslægtede enzymer til biokatalyse, biologiske transformationer og bioremediering.

Mens han var på University of Warwick, var han også den britiske regerings videnskabelige chefrådgiver ved Department for the Environment and Rural Affairs (Defra).

Han var også aktivist i protestbevægelsen mod Vietnamkrigen.

Idet han indså, at EPR-spektroskopiske teknikker ville være af stor værdi i studiet af metalloproteiner, vendte Howard tilbage til University of Sussex i 1970 for at arbejde sammen med Dr. Bob Bray i Kemiafdelingen om to molybdæn-holdige enzymer, nitratreduktase fra svampen Aspergillus nidulaner og xanthin-dehydrogenase fra Veillonella alcalescens. . Han brugte EPR til at studere det kemiske miljø af deres molybdæn-kofaktorer, såvel som deres flaviner og jern-svovlcentre, hvilket gav indsigt i enzymets virkningsmekanisme og deling af elektroner mellem cofaktorer i enzymet.

I oktober 1971 giftede Howard sig med Kira Rostislavovna de Armitt Rozhdestvenskaya, datter af Rostislav Sergeyevich Rozhdestvensky, en universitetsprofessor.

I begyndelsen af ​​1970'erne åbnede Derek Burke en afdeling for biologiske videnskaber ved University of Warwick og udpegede Roger Wittenbury som formand for afdelingen for at blive grundlæggeren af ​​mikrobiologi der i 1972. Et år senere blev Howard udnævnt til stolelærer for at øge sin viden om mikrobiel biokemi og fysiologi i 1973, og derefter flyttede han og hans kone Kira til landsbyen Radford Semele, nær Leamington Spa. Dette førte til hans lange og meget succesrige embedsperiode ved University of Warwick, hvor hans forskning gav ham et velfortjent internationalt ry, en succesfuld udgivelseskarriere på mere end 200 artikler og endda opdagelsen af ​​helt nye forskningsområder i mikrobiologi af en-carbon forbindelser (C1).

Igennem 1980'erne og 1990'erne opbyggede og ledede Howard gradvist Microbiology Research Group ved Department of Biological Sciences i Warwick, indtil den blev en af ​​de største af sin art i Storbritannien, der dækkede tværfaglig forskning i mikrobiologi, ofte med en anvendt bøje. . Efter Roger Wittenburys pensionering blev Howard formand for Biological Sciences Department i 1999 og var en effektiv og populær leder der, indtil han blev udstationeret til Defrau i 2002.

Fra marts 2002 til september 2007 fungerede Howard som Chief Scientific Adviser hos Defra. Han var afdelingens første videnskabelige chefrådgiver, udpeget af Sir David King FRS, som på det tidspunkt var premierministerens videnskabelige chefrådgiver. I løbet af de næste fem år forbedrede Howard Defras brug af videnskab med det formål at lære sine medarbejdere, hvordan man træffer strenge beslutninger baseret på solide videnskabelige beviser. Howard var formand for et videnskabeligt rådgivende panel i udarbejdelsen af ​​Storbritanniens beredskabsplan til bekæmpelse af fugleinfluenzavirus og var medvirkende til at rejse spørgsmålet om klimaændringer som en stor trussel, idet han holdt foredrag om dette og andre emner såsom biobrændstoffer og genetisk modificerede afgrøder på mange nationale og internationale møder.

Tennis var hans store passion , og han var medlem af Leamington Real Tennis Club, hvor han havde titlen i mange turneringer. Det var på en af ​​dem, der spillede i en venskabsdoubleturnering, at han pludselig besvimede og døde. Dette skete den 12. januar 2008.

Videnskabelig forskning

Nitrogenfikseringsforskning

Howards forskerkarriere begyndte med en ph.d. ved University of Sussex under prof. John Postgate (R.S. 1977) på en nitrogenfikseringsbueplante. Han studerede nitrogenfiksering i aerobe jordazotobakterier. Denne doktorafhandling blev forsvaret i 1968. Ved bakteriel nitrogenfiksering reduceres atmosfærisk nitrogen til ammoniak i en reaktion katalyseret af nitrogenasekomplekset, som består af to proteiner, der indeholder metaller som jern og molybdæn. Dette enzyms høje følsomhed over for ilt dannede grundlag for hovedspørgsmålet i Daltons doktorafhandling: Hvordan fungerer den iltfølsomme nitrogenase i bakterier i et stærkt aerobt miljø? Hans omfattende, fantasifulde forskning viste tydeligt, at dette problem kunne forklares af to mekanismer: For det første åndedrætsbeskyttelse, hvor vejrtrækning blev brugt til at tvinge ilt ned til sikre niveauer, og for det andet konformationel beskyttelse, hvor ændringer i konformationen af enzym beskytter iltfølsomme steder [5] .


I 1968 flyttede Dalton til USA i to år for at samarbejde med professor Lan Mortensen ved Purdue University, Indiana, for at studere biokemien af ​​nitrogenase i den anaerobe bakterie Clostridium. Dette arbejde udvidede hans viden om proteinoprensning, spektrofotometrisk analyse og elektron paramagnetisk resonans (EPR) spektroskopi af metalenzymer i komplekse multiproteinsystemer. Disse undersøgelser bidrog til udviklingen af ​​hans efterfølgende arbejde med oxidation af metan.


Forskning inden for metanoxidation

Methylotrofer er mikrober, der kan vokse på reducerede kulstofforbindelser indeholdende et eller flere kulstofatomer, men ingen kulstof-kulstofbindinger; eksempler på sådanne stoffer er methan, methanol, methylamin og trimethylamin [6] . Slutproduktet af al anaerob mikrobiel nedbrydning af organisk materiale er metan. Noget af det når atmosfæren, hvor det er en kraftig drivhusgas. Methanotrofer er hovedgruppen af ​​methylotrofer, der er i stand til at bruge metan og spiller derfor en vigtig rolle i kulstofkredsløbet ved at reducere mængden af ​​metan, der frigives til atmosfæren. De er blevet vigtige, fordi de kan bruges i processerne med biotransformation og bioremediering. Metanotrofer er opdelt i type I og type II [7] . Denne opdeling var oprindeligt baseret på deres indre membransystemer, men metanotrofiske phyla adskiller sig også i deres kulstofassimileringsmønstre, genetiske systemer, fylogeni osv.

Howard samlede et stort forskerhold ved University of Warwick og ledede arbejdet med den ekstremt komplekse proces, hvorved metan oxideres til methanol af mythelotrofer. Dette er det første nødvendige skridt for efterfølgende energiproduktion og kulstofassimilering i nye celler. Al den energi, der bruges til væksten af ​​metanotrofer, kommer fra oxidationen af ​​metan til kuldioxid:

CH4 → CH3OH → HCHO → HCOOH → CO2 .

I 1973 blev den første fase af denne proces praktisk talt ikke undersøgt. Dalton besluttede at begynde sin undersøgelse ved at bruge data opnået fra arbejde med multikomponent metalholdige enzymsystemer, som han opnåede under sit studie af nitrogenase og relaterede enzymer. Han nåede sit mål med succes sammen med forskningsstuderende og professorer, især John Colby og David Sterling. Det fælles arbejde fra mange laboratorier, der bruger forskellige metanotrofer, førte til en fælles konklusion: Det første trin af metanoxidation katalyseres af et blandet monooxygenasesystem. Dette kaldes nu methanmonooxygenase (MMO); det er hende, der hydroxylerer methan til methanol ved hjælp af molekylær oxygen og et reduktionsmiddel (AH 2 ):

CH 4 + AH 2 + O 2 → CH 3 OH + H 2 O + A.

Reduktionsmidlet blev antaget at være en almindelig metabolisk reduktionsmiddel, NADH eller NADPH, men der var betydelig forvirring og uenighed i disse resultater i tidligere undersøgelser, der ofte involverede brug af forskellige bakterier, membranpræparater og enzymassays. Eksplicitte analysesystemer vil omfatte spektrofotometrisk måling af NADH-forsvinden eller metanafhængig og NADH-afhængig iltforbrug. De fleste cellefri præparater anvender dog membranfraktioner indeholdende NADH-oxidase, som også forbruger NADH og oxygen, og methanolproduktet kan også metaboliseres yderligere.

Daltons væsentlige første skridt i løsningen af ​​problemet var udviklingen af ​​pålidelige, utvetydige analysesystemer; De systemer, han skabte, er stadig i brug i dag. De bruger ikke et oplagt substrat (methan), men er baseret på brugen af ​​alternative alkaner, hvis oxidation af MMO afhang af dets ekstremt brede substratspecificitet [8] . Disse metoder omfatter oxidation af brommethan, hvis forsvinden kan måles ved gas-væskekromatografi (GLC), og oxidation af ethylen eller propylen, epoxyharpiksprodukter måles også ved GLC.

Opdagelse af methanmonooxygenase

Anvendelsen af ​​disse metoder førte til den endelige karakterisering af MMO under anvendelse af et enzym oprenset fra opløselige ekstrakter af type I methanotroph Methylococcus capsulatus af Bata-stammen. Det blev oprindeligt isoleret af Roger Wittenbury fra de varme kilder i de romerske bade i Bath. Efterfølgende var denne opløselige MMO (sMMO) til stede i flere metanotrofer. Forskning har vist, at det katalyserer hydroxyleringen af ​​methan til methanol, med NAD(P)H som reduktionsmiddel. Den består af tre komponenter og indeholder ligesom nitrogenase metalioner. Nedbrydningen af ​​dette enzym til dets bestanddele proteiner var en betydelig præstation, da kun en af ​​komponenterne kunne analyseres uafhængigt af de to andre. Denne C-komponent er nu kendt som reduktase, et FAD-holdigt flavoprotein og et jernsulfidcenter, der findes i spinatferredoxin og putidaredoxin. Komponent A er en hydroxylase og indeholder ikke-hæmoglobinjern. Den bindende proteinkomponent B er et lille, farveløst protein.


Komponent C overfører elektroner fra NADH-donoren til en hydroxylase, som katalyserer metansubstratet ved hjælp af molekylært oxygen. Omtrent på samme tid var John Higgs og hans kolleger i stand til at arbejde på den delvise oprensning af en tre-komponent MMO [9] fra membranerne af en type II methanotrof, methylosinus trichosporium. Elektrondonoren i råpræparaterne var NADH, men i de oprensede præparater var det nødvendigt at anvende ascorbat eller cytokromkomponent C. Det resulterende enzym er relativt ustabilt, hvorfor nogle resultater ikke altid er lette at reproducere. Det så således ud til, at to forskellige typer af MMO kunne eksistere, eller at begge typer af metanotrof kunne have én membran-MMO med den betingelse, at den lettere kunne frigives fra dens tilknytning til membraner for at producere sMMO.


Denne forvirring blev til sidst løst af Daltons gruppe i en undersøgelse, hvor man dyrkede en bakteriestamme. Det er vist, at der er to helt forskellige enzymer i Methylococcus capsulatus i sMMO, samt membran (eller delvis) MMO (pMMO). Den type enzym, der produceres, afhænger af tilstedeværelsen af ​​kobber: pMMO dannes, når kobber:biomasseforholdet er højt, mens sMMO dannes, når kobber:biomasseforholdet er lavt [10] . I en bakteriekulturgruppe kan begge MMO'er produceres, da kobber:biomasseforholdet ikke kan være så kontrolleret eller defineret (undersøgelse af kobbers rolle i metanotrofer [11] .).

Efterfølgende udviklede Daltons gruppe reproducerbare solubiliserings- og oprensningsmetoder og viste, at det membranassocierede enzym pMMO også har tre komponenter, og også at to typer MMO er til stede i andre metanotrofer uanset membrantype. Nogle metanotrofer syntetiserer kun én type MMO, i hvilket tilfælde et membranenzym oftest produceres. Navnlig har de to MMO-familier ingen påviselig lighed i aminosyresekvens eller tredimensionel struktur.


Et kendetegn ved MMO'er, muligvis relateret til deres normale små ikke-funktionaliserede metansubstrat, er deres ekstremt brede substratspecificitet. Så sMMO har et bredere udvalg af substrater end pMMO. Substrater til sMMO omfatter H-alkaner, H-alkener, chlormethan, brommethan, trichlormethan, nitromethan, methanol, carbonmonoxid, dimethylether, benzen, styren og pyridin [12] . Dette enzym er i stand til at oxidere ammoniak, hvis struktur klart ligner methans.

Når hele celler anvendes, skal et reduktionsmiddel (f.eks. methanol eller formiat) også tilvejebringes ud over det potentielle substrat. I nogle tilfælde kaldes oxidationen af ​​et potentielt substrat co-oxidation.

Dalton viste, at fordi metanotrofer kan co-oxidere en række kulbrinter og klorerede forurenende stoffer, er de af bioteknologisk interesse langt ud over deres evne til at oxidere metan til methanol [13] . Vigtige eksempler er industriel produktion af methanol ud fra methan, cooxidation af propen til epoxypropan, bioremediering af chlorerede kulbrinter og fremstilling af værdifulde rekombinante proteiner med methan som udgangsmateriale.

Howards interesse for og viden om biotransformation førte til, at han blev konsulent for New Jersey-virksomheden Celanese og senere til at slutte sig til det videnskabelige rådgivende udvalg for spin-bioteknologivirksomheden Celgene, hvor han fortsatte med at studere de kemiske og industrielle aspekter af mikrobiologi.

Forskning i oxidative enzymer til yderligere brug i biotransformation

Methanmonooxygenasernes brede substratspecificitet gjorde det muligt at bruge dem som katalysatorer for komplekse kemiske reaktioner, der kunne føre til fremstilling af nyttige materialer. Selvom Howard Daltons tidligere arbejde i Warwick i vid udstrækning var baseret på methanmonooxygenaser, blev han efter 1986 mere optaget af andre typer oxidoreduktaser. Hans vigtigste kollega i denne forskning var Derek Boyd fra Queen's University Belfast. Deres frugtbare samarbejde inden for kemisk mikrobiologi varede i 20 år. Derved har deres arbejde modtaget fælles priser fra britiske forskningsråd, EU-programmer og industri, som har finansieret alle kemiske katalytiske synteseprojekter i Warwick og Belfast.

Howard Dalton og Derek Boyd har udgivet 42 fælles publikationer og skabt 3 patenter.

I begyndelsen af ​​deres samarbejde i 1986 besluttede de, at efterhånden som efterspørgslen efter chirale syntoner steg både på det akademiske og industrielle område, skulle vigtige mål for deres forskning omfatte:

  1. Udvikling af pålidelige metoder til fordeling af metabolitters struktur og stereokemi,
  2. Opdagelse af nye typer af cis- og transdihydrodiol-metabolitter,
  3. Undersøgelse af potentielt konkurrerende reaktioner katalyseret af toluendioxygenase,
  4. Evaluering af nye anvendelser af chirale metabolitter i kemisk syntese, herunder chirale ligander.

De fleste af biotransformationerne blev udført og analyseret på University of Warwick, hvorefter de blev transporteret til University of Belfast til kemisk analyse.

Howards videre forskning i metanmonooxygenase blev udviklet i samarbejde med andre videnskabsmænd.

Efter oprensning og karakterisering af de to hovedtyper af methanmonooxygenase var hovedproblemet den molekylære biologi af deres syntese og regulering. Dette aspekt blev overvejet og udviklet i Howards afdeling af Colin Murrell [14] . En anden vigtig opgave var at forklare deres mekanismer og tredimensionelle strukturer.

Strukturen af ​​det opløselige enzym blev hovedsageligt bestemt af gruppen af ​​videnskabsmanden Lippard [15] .

I 1983 etablerede School of Biosciences graden af ​​mikrobiologi og mikrobiel teknologi, og Howard var sammen med sin tidligere kandidatstuderende Colin Murrell, der vendte tilbage til afdelingen samme år som fakultetsmedlem, medvirkende til at udvikle dette innovative kursus, en af den første af sin slags slægt i Storbritannien. Dens popularitet voksede i løbet af de næste 10 år og forberedte en ny generation af mikrobiologer, der var godt bekendt med brugen af ​​mikrober (især metanotrofer) inden for bioteknologi.

I 1980 blev et symposium arrangeret af Rod Quayle og hans kolleger i Sheffield, hvor Howard redigerede sine videnskabelige artikler [16] . 12 år senere var han sammen med sine kolleger fra afdelingen ansvarlig for det syvende symposium afholdt på University of Warwick [17] . Howard ændrede i høj grad organisationen af ​​disse symposier med sine direkte videnskabelige bidrag til dem.

Sociale og politiske aktiviteter

Dalton har haft en række stillinger på universitetet, der har beskæftiget sig med både akademiske spørgsmål og andre områder af universitetslivet. Han har vejledt over 100 kandidat- og ph.d.-studerende. Howard var også en lærer, især populær blandt bachelorer, og hans vittige stil inspirerede mange studerende til at studere mikrobiologi og forfølge en karriere inden for dette felt efter endt uddannelse.

Dalton sponsorerede sit eget landsby ungdoms fodboldhold.

Hæder og priser

Howard blev tildelt et personligt formandskab i Warwick i 1983.

I 1993 blev Howard valgt til Fellow of the Royal Society, og i 2000 blev han tildelt Leeuwenhoek Medal and Lecture, som blev skabt for at belønne fremragende videnskabsmænd inden for mikrobiologi; hans foredrag havde titlen "The natural and unatural history of methan-oxidizing bacteria". Han var formand for Marine Biological Association fra 2007 til 2008 og formand for Society for General Microbiology fra 1997 til 2000. Han blev udnævnt til en ridderbachelor på 2007-udmærkelseslisten for sine tjenester til videnskaben.

Hukommelse

Hans kollega i Defra-afdelingen, Helen Ghosh, skabte en ny pris for Sports Day, Howard Dalton Trophy.

I 2010 var Defra også vært for den indledende begivenhed for Howard Daltons årlige foredrag.

Også gennem kontakt med højtstående personer i Storbritannien og Amerika var Howard i stand til at modtage store donationer for at fuldføre projektet med at bygge et lægecenter i Yappin; det bærer i øjeblikket navnet på Howard Dalton Clinic og støttes af generøse donationer.

Derudover besluttede bestyrelsen for Society for General Microbiology at omdøbe konkurrencen Young Microbiologist of the Year til ære for Sir Howard, hvis pris nu er Sir Howard Dalton-prisen og et nominelt stipendium.

Familie

Howard var gift med Kira Rostislavovna de Armitt Rozhdestvenskaya, datter af Rostislav Sergeevich Rozhdestvensky, en universitetsprofessor. I ægteskab fik de to børn: Amber og Jed.

Efter hendes mands død bor Kirado stadig i Workshire om sommeren og tilbringer resten af ​​sin tid på en afrikansk østersfarm i Gambia. Datteren Amber bor i Peckham med sin mand og to børn, Huxley Howard og Ines; hun arbejder som magasinredaktør og madanmelder og arrangerer mad- og vinsmagningsarrangementer. Sønnen Jed bor i Asher med sin kone og deres børn, Rosie, Henry og Aja; han driver en virksomhed, der leverer softwarerådgivning til energiselskaber. I sin fritid nyder han også at spille tennis på Hampton Court.

Personlige egenskaber, hobbyer, hobbyer

Howard var en god videnskabsmand, praktisk, selvsikker, udadvendt og vittig, inspirerende kolleger, som oftere end ikke latterliggjorde videnskaben.

Som en livlig, udadvendt person nød han at fordybe sig i amerikansk kultur, og han var ofte vært for venlige sammenkomster såsom Super Bowl-fester for sine kolleger.

I 1980'erne var han den "første berømthed" ved Biosciences møder i Warwick ved ugentlige møder i lokale pubber.

Nogle gange kunne han godt lide at spille "pokeraften" med nogle kolleger.

Howard var interesseret i japanske haver og skabte endda to sådanne haver til University of Warwick.

Han var fan af fodboldklubben Tottenham Hotspur (Spurs). Han var også medlem af det biovidenskabelige fodboldhold. I 1970'erne udmærkede Howard sig ved at spille for Biohazard-holdet i en venskabskamp mod Saudi-Arabien.

Han elskede også country cricket.

Ægte tennis var en stor passion, og han var medlem af Leamington Real Tennis Club, hvor han var den første i mange turneringer.

Noter

  1. http://ukwhoswho.com/view/article/oupww/whowaswho/U12757
  2. https://web.archive.org/web/20080323153236/http://www.telegraph.co.uk:80/news/main.jhtml;jsessionid=JC5MWFAF2ML3RQFIQMFSFGGAVCBQ0IV0?view=DETAILS&grid=&xml=&xml 15/01/db1501.xml
  3. Bibliothèque nationale de France Record #12373691x // BnF catalog général  (fransk) - Paris : BnF .
  4. Sir Howard Dalton . Hentet 4. december 2018. Arkiveret fra originalen 5. december 2018.
  5. H. Dalton, JR Postgate. Effekt af oxygen på vækst af Azotobacter chroococcum i batch- og kontinuerlig kultur. J. Gen. Mikrobiol.54. 1969.
  6. Trotsenko, YA & Murrell, JC 2008 Metaboliske aspekter af aerob obligat metanotrofi. Adv. Appl. Microbiol.63, 183-229.
  7. Whittenbury, R., Phillips, KC & Wilkinson, JF 1970 Berigelse, isolering og nogle egenskaber ved methaneutiliserende bakterier. J. Gen. Microbiol.61, 205-218.
  8. H. Dalton, J. Colby & D. Stirling. Den opløselige methanmonooxygenase af Methylococcus capsulatus (Bath): dens evne til at ilte n-alkaner, n-alkener, ethere og acykliske, aromatiske og heterocykliske forbindelser. Biochem. J. 165, 1977.
  9. Tonge, GM, Harrison, DEF & Higgins, IJ 1977 Oprensning og egenskaber af methanmonooxygenase-enzymsystemet fra Methylosinus trichosporiumOB3b. Biochem. J.161, 333-344.
  10. H. Dalton, SH Stanley, SD Prior & DJ Leak. Kobberstress ligger til grund for den grundlæggende ændring i intracellulær placering af metanmonooxygenase i methanoxiderende organismer: undersøgelser i batch- og kontinuerlige kulturer. Biotechnol. Lett. 1983.
  11. Semrau, JD, DiSpirito, AA & Yoon, S. 2010 Methanotrophs and copper. FEMS Microbiol. Rev. 34, 496-531.
  12. H. Dalton, JR Postgate. Vækst og fysiologi af Azotobacter chroococcum i kontinuerlig kultur. J. Gen. Mikrobiol.56. 1969.
  13. H. Dalton. The Leeuwenhoek Lecture 2000. Methanoxiderende bakteriers naturlige og unaturlige historie. Phil. Trans. R. Soc. F. 2005.
  14. Murrell, JC, McDonald, IR & Gilbert, B. 2000 Regulering af ekspression af methanmonooxygenaser med kobberioner. Trends Microbiol. 8, 221-225.
  15. Rosenzweig, AC, Frederick, CA, Lippard, SJ & Nordlund, P. 1993 Krystalstruktur af en bakteriel ikke-hæmjernshydroxylase, der katalyserer den biologiske oxidation af methan. Nature366, 537-543.
  16. H. Dalton. Mikrobiel vækst på C-1 forbindelser. London: Heyden & Son. 1981.
  17. Murrell, JC & Kelly, DP 1993 Mikrobiel vækst på C1-forbindelser. Andover: Intercept Ltd.

Links