Холмс, Кеннет Чарльз

Кеннет Чарльз Холмс (англ. Kenneth Charles Holmes; 19 ноября 1934 — 2 ноября 2021) — британский кристаллограф, молекулярный биолог. Первым использовал синхротронное рентгеновское излучение для изучения структуры и динамики биологических объектов.

Кеннет Чарльз Холмс родился в Лондоне 19 ноября 1934 года в семье Сидни и Мэрион Холмс. Отец Кена Сидни Холмс работал учителем химии.

В 1942 году Кеннет поступил в начальную школу в Чизике. Школьный учитель математики обратил внимание на талантливого ребёнка и посоветовал Кену поступать в Кембриджский университет. Мальчик окончил школу экстерном и в 16 лет поступил в колледж Святого Иоанна в Кембридже. В университете он активно изучал естественные науки, специализируясь на кристаллографии.

Научную карьеру Холмс начал в колледже Биркбек в Лондоне в качестве научного ассистента в конце 1950-х годов под руководством Розалинд Франклин.

В 1960 году, получив постдокторскую стипендию в Фонде исследований детского рака при Бостонской детской больнице, он переехал в Бостон.

В 1968 году принял предложение возглавить новый отдел биофизики в Институте медицинских исследований имени Макса Планка в Гейдельберге.

В 1981 году был избран членом Лондонского королевского общества.

Холмс возглавлял Институт медицинских исследований Макса Планка вплоть до своего выхода на пенсию в 2003 году. После выхода на пенсию стал «почётным научным членом» Института.

В 2021 году получил премию EMBL.

Кеннет Чарльз Холмс сыграл очень важную роль в создании Европейской лаборатории молекулярной биологии (EMBL) в Гейдельберге. Его серьёзные успехи в использовании синхротронного излучения и планы по созданию синхротронной станции на накопительном кольце DORIS внесли существенный вклад при принятии решения о размещении EMBL в Гейдельберге.

Как руководитель Кеннет Холмс отличался демократичностью и поддерживал инициативы молодых учёных. Его ученики могли свободно развиваться в интересующих их направлениях, что в итоге привело к созданию независимых научно-исследовательских групп^[3]. Например, в его отделе проводились новаторские исследования GTPаз и онкобелка Ras, которые возглавлял Альфред Виттингхофер^[4][5].

В колледже Биркбек в Лондоне под руководством Розалинд Франклин Кеннет Холмс изучал структуру вируса табачной мозаики. Он проанализировал радиальное распределение плотности вируса и установил, что вирусная частица имеет полый центр, и что РНК встроена между белковыми субъединицами. В ходе этой работы Холмс одним из первых применил компьютерные вычисления для обработки дифракционных данных, используя ранние ЭВМ для расчета функций Бесселя^[6]. После преждевременной смерти Франклин в 1958 году его научным руководителем стал Аарон Клуг^[7].

В 1960 году Холмс начал сотрудничество с Доном Каспаром и Кэролайн Коэн. Значительным достижением этого периода стало экспериментальное доказательство выдвинутой ранее Фрэнсисом Криком гипотезы о структуре спиральной катушки («coiled-coil»). Для доказательства гипотезы Холмс и Коэн использовали мышцу моллюска Mytilus edulis. Они установили, что дифракционная картина, которую дает парамиозин, в точности соответствует теоретическим предсказаниям для двухцепочечной спиральной катушки^[8].

Летом 1961 года Холмс вернулся в Кембридж, чтобы продолжить исследование вируса табачной мозаики в научной группе Аарона Клуга. Основной проблемой генераторов рентгеновского излучения этого времени были недостаточная точность фокусировки и относительно невысокая интенсивность рентгеновского излучения, поэтому совместно с Биллом Лонгли и Тони Вулардом был разработан высокофокусный рентгеновский генератор с вращающимся анодом (позже известный как Elliott GX-6)^[7]. Благодаря этой разработке будут определены многие важные структуры. Но для исследования мышечной динамики нужна была интенсивность излучения минимум в тысячу раз превышающая ту, которую давал такой генератор. Это послужило поводом для Холмса задуматься об использовании синхротронного излучения. Совместно с Джулианом Швингером они провели теоретический расчёт интенсивности такого излучения и заключили, что её будет достаточно для их нужд, однако подходящие синхротронные кольца в этот момент находились на стадии разработки, поэтому идею пришлось отложить на пять лет^[9].

Переезд в Гейдельберг позволил Холмсу вернуться к идее об использовании синхротронного излучения для исследования мышечной динамики. Научная группа под его руководством разработала изогнутый кварцевый монохроматор для фокусировки и монохромизации рентгеновского излучения. В августе 1970 года впервые была получена дифракционная картина на полоске мышечной ткани насекомого с помощью синхротронного излучения, тем самым доказав, что синхротронное излучение может служить высокочастотным источником рентгеновских лучей для исследования биологических объектов. Из-за высокой коллимации рентгеновского пучка синхротронного излучения удалось получить более качественные дифракционные картины белковых кристаллов, в которых соотношение сигнал/шум было во много раз больше, чем при коллимации от обычного рентгеновского излучения^[10]. Это открытие оказало сильное влияние на всю область структурной биологии.

Холмс хотел установить молекулярный механизм сокращения мышц. Он доказал механизм «качающегося поперечного мостика», предложенного Хью Хаксли, и показал отличия в структурах ригидной и расслабленной мышц.

В 1990 году, используя кристаллографические данные комплекса актина с ДНКазой I, Холмс предложил первую атомную модель актинового филамента (F-актина). Объединив эту модель с кристаллической структурой миозина и данными криоэлектронной микроскопии, он предложил модель актомиозинового комплекса. Таким образом, он переформулировал теорию мышечного сокращения в гипотезу «качающегося рычага» (swinging lever arm), согласно которой основная часть головки миозина остается фиксированной на актине, а движение и генерация силы происходят за счет поворота дистального домена молекулы^[11].

Кеннет Холмс был женат на Мэри Скруби, с которой познакомился на праздничной вечеринке для сотрудников Биркбекского колледжа. Они поженились в 1957 году. У них было четверо детей: Элизабет, Эндрю, Ребекка и Анна.

На протяжении всей жизни Холмс увлекался музыкой (пел баритоном в хорах) и академической греблей. Он продолжал участвовать в соревнованиях ветеранов до преклонного возраста, выиграв множество международных регат в составе двойки^[3].