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생명공학

Margaret Belle

by 이덕휴-dhleepaul 2022. 12. 30.

Margaret Belle ( Oakley ) Dayhoff (1925년 3월 11일 – 1983년 2월 5일)는 미국의 물리화학자 이자 생물정보학 분야의 선구자입니다 . [1] Dayhoff는 Georgetown University Medical Center 의 교수이자 National Biomedical Research Foundation 의 저명한 연구 생화학자였습니다.에서 그녀는 생화학 분야에 수학과 계산 방법을 적용하는 것을 개척했습니다. 그녀는 생물학과 의학의 발전을 지원하기 위해 진화하는 계산 기술을 적용하는 데 경력을 쌓았으며, 특히 단백질 및 핵산 데이터베이스와 데이터베이스를 조사하는 도구를 만들었습니다. 그녀는 최초의 치환 행렬 중 하나인 PAM ( 점 허용 돌연변이 )을 생성했습니다. 아미노산에 사용 되는 한 글자 코드 는 펀치 카드 컴퓨팅 시대에 아미노산 서열을 설명하는 데 사용되는 데이터 파일의 크기를 줄이려는 시도를 반영하여 그녀가 개발했습니다.

그녀의 박사 학위는 Columbia University 의 화학과에서 여러 유기 화합물의 분자 공명 에너지를 계산하는 계산 방법을 고안했습니다. 그녀는 록펠러 연구소(현 록펠러 대학 )와 메릴랜드 대학 에서 박사후 과정을 밟았고 1959년에 새로 설립된 국립 생물의학 연구 재단에 합류 했습니다 . 비서이자 결국 회장. [2]

어린 시절 _ _

 
Dayhoff의 학부 작업이 수행된 근처의 Washington Square Park

Dayhoff는 필라델피아 에서 외동딸로 태어났지만 열 살 때 뉴욕 으로 이사했습니다 . [3] 그녀의 학문적 약속은 처음부터 분명했습니다. 그녀는 뉴욕 베이 사이드 고등학교 의 졸업생 대표 (1942년 졸업생)였으며 그곳에서 뉴욕 대학교 의 워싱턴 스퀘어 칼리지 에서 장학금을 받아 1942년 우등으로 졸업했습니다. 1945년에 수학을 시작하고 Phi Beta Kappa 에 선출되었습니다 . [4] [5]

연구 [ 편집 ]

Dayhoff는 Columbia University 화학과에서 George Kimball 밑에서 양자 화학 박사 학위 를 시작 했습니다 . 그녀의 대학원 논문에서 Dayhoff는 이론 화학에 대한 컴퓨터 기능(예: 대량 데이터 처리)의 사용을 개척했습니다. 구체적으로 그녀 는 여러 다환식 유기 분자 의 공명 에너지 를 계산하기 위해 천공 카드 비즈니스 기계를 적용하는 방법을 고안했습니다 . 그녀의 연구 데이터 관리는 매우 인상적이어서 Watson Computing Laboratory Fellowship을 수상했습니다. 이 상의 일환으로 그녀는 연구실에서 "최첨단 IBM 전자 데이터 처리 장비"를 사용할 수 있었습니다. [6] [7]

 
사전 컴퓨터 펀치 카드 시스템의 예

박사 학위를 마친 후 Dayhoff는 1948 년부터 1951년까지 Rockefeller Institute 의 Duncan A. MacInnes 밑에서 전기화학 을 공부했습니다 . Ellis Lippincott 과 의 화학 결합 모델 . 메릴랜드에서 그녀는 새로운 고속 컴퓨터인 IBM 모델 7094에 처음으로 노출되었습니다. 이 컴퓨터가 끝난 후 그녀는 1960년에 국립 생물의학 연구 재단(National Biomedical Research Foundation)에 부이사(그녀는 21년 동안 재직함)로 합류했습니다. NBRF에서 그녀는 Robert Ledley 와 함께 일하기 시작했습니다 ., 물리학 학위를 취득하고 생체 의학 문제에 컴퓨팅 자원을 적용할 가능성에 관심을 갖게 된 치과의사. 그는 생물 의학 계산에 대한 초기 연구 중 하나인 "생물학 및 의학에서 컴퓨터 사용에 관한 보고서"를 저술했습니다. [8] 그들은 전문 지식을 결합하여 1962년에 "COMPROTEIN: 1차 단백질 구조 결정을 지원하는 컴퓨터 프로그램"이라는 제목의 논문을 발표했습니다. 이 논문은 펩티드 소화물을 단백질 사슬 데이터로 변환하는 것을 목표로 하는 " IBM 7090 용으로 완성된 컴퓨터 프로그램"을 설명했습니다. . 그들은 실제로 1958년에 이 작업을 시작했지만 1960년 말까지 프로그래밍을 시작할 수 없었습니다. [8]

 
대기 조성 비교 – 금성 , 화성 , 지구 (과거와 현재)

1960년대 초에 Dayhoff는 Ellis Lippincott 및 Carl Sagan 과도 협력했습니다.원시 행성 대기를 포함하여 우주 화학 시스템의 열역학적 모델을 개발합니다. 그녀는 행성 대기에 있는 가스의 평형 농도를 계산할 수 있는 컴퓨터 프로그램을 개발하여 현재의 대기와 원시 지구 대기 외에도 금성, 목성, 화성의 대기에 대한 연구를 가능하게 했습니다. 이 프로그램을 사용하여 그녀는 원시 대기가 생명을 생성하는 데 필요한 조건을 가지고 있는지 여부를 고려했습니다. 그녀는 수많은 작은 생물학적으로 중요한 화합물이 그들의 존재를 설명하는 특별한 비평형 메커니즘 없이 나타날 수 있음을 발견했지만, 평형 모델에서 희소한 생명체에 필요한 화합물(예: 리보스, 아데닌 및 시토신)이 있었습니다. [2]

Dayhoff는 또한 Georgetown University Medical Center 에서 13년 동안 생리학과 생물물리학을 가르쳤고 , 미국과학진흥협회( American Association for the Advancement of Science )의 펠로우를 역임했으며, 8년 간의 연구 끝에 1980년에 국제 생명의 기원 연구 협회(International Society for the Origins of Life)의 평의원으로 선출되었습니다. 회원. Dayhoff는 DNA , Journal of Molecular Evolution , Computers in Biology and Medicine 의 편집위원으로도 활동했습니다 . [2]

 
MAPK에 대한 컴퓨터 생성 계통 발생의 예

1966년에 Dayhoff는 단백질 서열을 비교하고 서열 정렬 로부터 단백질의 진화 역사를 재구성하는 데 컴퓨터 사용을 개척했습니다 . 이 작업을 수행하기 위해 그녀 는 각 시퀀스에 대한 데이터 파일 크기를 최소화하기 위해 단일 문자 아미노산 코드를 만들었습니다. Richard Eck와 공동 저술한 이 작업은 분자 서열에서 계통 발생을 추론하기 위해 컴퓨터를 최초로 적용한 것입니다. 이것은 컴퓨터가 최대 절약 을 사용하여 분자 서열에서 계통 발생 ( 진화 나무 )을 재구성한 최초의 사례였습니다.방법. 나중에 그녀는 이러한 방법을 적용하여 촉매 사슬 및 소 고리형 AMP 의존 단백질 키나아제와 Rous 조류 및 Moloney 쥐 육종 바이러스의 src 유전자 산물과 같은 여러 분자 관계를 연구했습니다. 안티트롬빈-III, 알파-항트립신 및 오브알부민; 표피 성장 인자 및 응고 인자 X의 경쇄; 및 아포지단백질 AI, A-II, CI 및 C-III. [2]

이 작업을 기반으로 Dayhoff와 그녀의 동료들은 PAM (Percent Accepted Mutation), MDM(Mutation Data Matrix) 또는 Dayhoff Matrix 라는 일련의 대체 행렬을 개발했습니다 . 그들은 밀접하게 관련된 단백질 서열의 전체 정렬에서 파생됩니다. 매트릭스에 포함된 식별 번호(예: PAM40, PAM100)는 진화 거리를 나타냅니다. 더 큰 숫자는 더 큰 거리에 해당합니다. 더 큰 진화 거리를 사용하는 행렬은 더 작은 행렬에 사용되는 행렬에서 외삽됩니다. [9]Dayhoff 매트릭스를 생성하기 위해 검증된 정렬의 정렬된 아미노산 쌍을 사용하여 카운트 매트릭스를 구축한 다음 1 PAM(진화 단위로 간주됨)에서 돌연변이 매트릭스를 추정하는 데 사용됩니다. 이 돌연변이 매트릭스로부터 Dayhoff 스코어링 매트릭스를 구성할 수 있습니다. 인델 이벤트 모델과 함께 이러한 방법으로 생성된 정렬을 반복 프로세스에서 사용하여 수렴될 때까지 새로운 카운트 매트릭스를 구성할 수 있습니다. [10]

생물 정보학에 대한 Dayhoff의 가장 중요한 공헌 중 하나는 그녀 가 1965년에 출판한 알려진 모든 단백질 서열(총 65개)을 보고하는 책인 Atlas of Protein Sequence and Structure 였습니다. [11] 이 책은 아미노산의 축퇴 인코딩을 출판했습니다. 이후 여러 버전으로 다시 출판되었습니다. 이로 인해 전화선으로 액세스할 수 있고 원격 컴퓨터에서 조사할 수 있는 최초의 온라인 데이터베이스 시스템인 단백질 서열의 단백질 정보 자원 데이터베이스가 탄생했습니다. [12] 그 이후로 이 책은 거의 4,500회 인용되었습니다. [2] 그것과 GenBank 로 이끈 Walter Goad 의 병행 노력핵산 서열 데이터베이스는 현대 분자 서열 데이터베이스의 쌍둥이 기원입니다. Atlas 는 유전자 가족 에 의해 조직되었으며 그녀는 그들의 인식에서 선구자로 간주됩니다. 프레드릭 생거1955년 단백질(인슐린)의 최초의 완전한 아미노산 서열에 대한 결정으로 많은 연구자들이 서로 다른 종의 다양한 단백질을 서열화했습니다. 1960년대 초, 상동 단백질 서열(공통 조상일 가능성이 높은 서열) 사이의 작은 차이가 분자 수준에서 진화적 변화의 과정과 속도를 나타낼 수 있다는 이론이 개발되었습니다. 그러한 분자 분석이 과학자들이 유기체의 진화 패턴을 해독하는 데 도움이 될 수 있다는 개념은 1962년과 1965년 에 Emile Zuckerkandl 과 Linus Pauling 이 발표한 논문에서 공식화되었습니다.

아미노산의 Dayhoff 인코딩 표 [ 편집 ]

아미노산1자리 코드3자리 코드특성데이호프
시스테인 씨 시스 황 중합 ㅏ
글리신 , 세린 , 트레오닌 , 알라닌 , 프롤린 지, 에스, 티, 아, 피 Gly, Ser, Thr, 알라, 프로 작은 비
아스파르트산 , 글루탐산 , 아스파라긴 , 글루타민 D, E, N, Q Asp, Glu, Asn, Gln 산과 아미드 씨
아르기닌 , 히스티딘 , 라이신 알, 에이치, 케이 Arg, His, Lys 기초적인 디
류신 , 발린 , 메티오닌 , 이소류신 패, 브이, 엠, 나 레우, 발, 메트, 일 소수성 이자형
티로신 , 페닐알라닌 , 트립토판 Y, F, W 티르, 페, Trp 향긋한 에프

National Center for Biotechnology Information 의 책임자인 David Lipman 은 Dayhoff를 "생물 정보학의 어머니이자 아버지"라고 불렀습니다. [13]

결혼과 가족 [ 편집 ]

Dayhoff의 남편은 자기 공명과 레이저로 작업한 실험 물리학자 Edward S. Dayhoff였습니다. 그들은 학자이기도 한 두 딸 Ruth와 Judith가있었습니다 . [15]

Judith Dayhoff는 University of Pennsylvania 에서 수학적 생물 물리학 박사 학위를 받았으며 Neural network architectures: An Introduction and coauthor of Neural Networks and Pattern Recognition 의 저자 입니다 . [15] [16] [17] [18]

Ruth Dayhoff 는 메릴랜드 대학교 에서 수학을 우등으로 졸업했으며 조지타운 대학교 의과대학에서 의학 박사 과정을 거치 면서 의료 정보학 에 집중했습니다 . [14] 의과대학 재학 중 그녀는 어머니와 함께 The Atlas of Protein Sequence and Structure의 한 장과 논문을 공동 집필하여 단백질이 얼마나 밀접하게 관련되어 있는지 측정하는 새로운 방법을 설명했습니다. 그녀 의 남편 Vincent Brannigan은 University of Maryland School of Engineering의 법과 기술 명예 교수입니다. Ruth는 American College of Medical Informatics 의 창립 연구원이었습니다 . 그녀는 의료 영상 의 통합을 개척했습니다.Vista 이미징 시스템 을 발명했습니다 . 그녀는 "의학의 얼굴을 바꾼" 200명의 여성 의사에 대한 국립 의학 도서관 의 프로젝트에 선정되었습니다. [14] 그녀는 미국 재향군인회 에서 의학의 디지털 이미징 책임자로 재직하고 있습니다. [5]

나중의 삶 [ 편집 ]

Dayhoff의 Atlas 는 DNA 또는 단백질 관련 생의학 연구의 많은 부분에서 없어서는 안 될 많은 도구의 템플릿이 되었습니다. 이러한 중요한 기여에도 불구하고 Dayhoff는 시퀀서 커뮤니티에서 소외되었습니다. 1980년대 초 NIH에서 수여한 GenBank (그녀의 연구와 직접 관련된 기술) 관리 계약 은 Los Alamos 국립 연구소 의 Walter Goad 에게 돌아갔습니다 . 이러한 태도에 대한 이유는 성차별에서 실험 과학 커뮤니티와의 가치 충돌에 이르는 이론으로 알려지지 않았습니다. [19] Dayhoff의 Atlas 의 성공에도 불구하고, 실험 과학자와 연구자들은 그들의 서열 정보가 매우 가치 있다고 생각했고 공개적으로 사용 가능한 데이터베이스에 제출하는 것을 종종 꺼렸습니다. [20]

인생의 마지막 몇 년 동안 그녀는 단백질 정보 자원 의 유지 및 추가 개발을 지원하기 위해 안정적이고 적절하며 장기적인 자금을 확보하는 데 집중했습니다 . 그녀는 서열이나 아미노산 구성 데이터에서 단백질을 식별하고, 서열을 기반으로 예측을 하고, 알려진 정보를 탐색하기 위해 전 세계 과학자들이 액세스할 수 있는 컴퓨터 프로그램 및 데이터베이스의 온라인 시스템을 구상했습니다. 사망하기 일주일도 채 안되어 그녀는 NIH 의 연구 자원 부서에 단백질 식별 자원에 대한 제안서를 제출했습니다. 그녀가 죽은 후 그녀의 동료들은 그녀의 비전을 현실로 만들기 위해 노력했고 단백질 데이터베이스는 1984년 중반까지 완전히 작동했습니다. [2]

 
생물물리학회 로고

Dayhoff는 1983년 2월 5일 57세의 나이로 심장마비로 사망했습니다. [3] 1984년 그녀가 사망한 후 생물물리학 분야에서 국가 최고 영예 중 하나인 Margaret O. Dayhoff Award 를 수여하기 위해 기금이 설립되었습니다. 이 상은 "생물물리학회의 범위와 관심 내에서 생물물리학 연구 경력의 초기 단계를 개발하는 동안 매우 높은 전망을 갖고 있거나 명성을 얻은" 여성에게 수여됩니다. [21] Biophysical Society의 연례 회의에서 발표되며 $2,000의 사례금이 포함됩니다.

그녀는 Silver Spring의 남편 Edward S. Dayhoff에 의해 살아 남았습니다. 두 딸, College Park의 Ruth E. Dayhoff Brannigan과 Silver Spring의 Judith E. Dayhoff, 그리고 그녀의 아버지인 Silver Spring의 Kenneth W. Oakley입니다. [5]

현재 박테리아 이름 지정 프로세스의 일부로 일상적으로 사용되는 생물정보학 과학의 어머니로서의 그녀의 중요한 공헌은 2020년에 그녀의 이름을 딴 박테리아인 Enemella dayhoffiae 로 인정되었습니다 [22]

참조 [ 편집 ]

  1. ↑ 헌트, 로이스 T. (1983). "마가렛 오 데이호프 1925-1983". DNA와 세포생물학 . 2 (2): 97–98. 도이 : 10.1089/dna.1983.2.97 . ISSN  0198-0238 . PMID  6347589 .
  2. ^^이동:a b c d e f "마가렛 오클리 데이호프 1925–1983". 수학 생물학 게시판. 46(4): 467–472. 1984년 7월 1일.doi:10.1007/BF02459497. ISSN0092-8240. S2CID189887501.  
  3. ^^이동:a b 윈저, 로라 린(2002년 1월 1일). 의학에 있는 여자: 백과사전 . ABC-클리오. ISBN 978-1-57607-392-6.
  4. ^ "미국 국립 전기 온라인" . www.anb.org . 2016 년 3월 16일에 확인 함 .
  5. ^^이동:a b c d "생의학 연구원 마가렛 데이호프 사망". 워싱턴 포스트. 1983년 2월 8일.ISSN0190-8286. 2016 년 10월 20일에 확인. 
  6. ^ 11월, Joseph A. (2012년 5월 22일). 생의학 컴퓨팅: 미국 생활의 디지털화 . 제이후프레스. ISBN 978-1-4214-0665-7.
  7. ↑ Eleanor Krawitz (1949). "왓슨 사이언티픽 랩" . 컬럼비아 엔지니어링 분기별 . 2017 년 8월 11일에 확인함 .
  8. ^^이동:a b "생물 정보학 분야의 창시자 Margaret Dayhoff | OpenHelix 블로그". blog.openhelix.eu. 2019년 3월 30일에원본문서. 2016 년 10월 20일에 확인.
  9. ^ "대체 행렬" . arep.med.harvard.edu . 2016 년 10월 22일에 확인 함 .
  10. ^ "돌연변이 및 Dayhoff 행렬을 계산하는 방법" . www.biorecipes.com . 2016 년 10월 22일에 확인 함 .
  11. ^ "MARGARET OAKLEY DAYHOFF, 57세, 단백질 구조 전문가" . 뉴욕 타임즈 . 1983년 2월 9일. ISSN 0362-4331 . 2016 년 3월 16일에 확인 함 . 
  12. ^ "Oakley Margaret Dayhoff | 약력 요약" . www.whatisbiotechnology.org . 2016 년 10월 20일에 확인 함 .
  13. ↑ 무디, 글린 (2004). 생명의 디지털 코드: 생물정보학이 과학, 의학 및 비즈니스를 혁신하는 방법 . ISBN 978-0-471-32788-2.
  14. ^^이동:a b c d "의학의 얼굴을 바꾸다 | Dr. Ruth E. Dayhoff". www.nlm.nih.gov. 2016 년 10월 20일에 확인.
  15. ^^이동:a b Levy, Rachel (2013년 3월 7일). "마가렛 & 루스 데이호프". 할머니는 STEM을 얻었 습니다. 2016 년 10월 20일에 확인.
  16. ^ 수학 계보 프로젝트 의 Judith Dayhoff
  17. ^ Dayhoff, Judith E. (1990). 신경망 구조: 소개 . 뉴욕, 뉴욕: Van Nostrand Reinhold. ISBN 978-0442207441.
  18. ^ Dayhoff, Omid Omidvar 편집, Judith(1998). 신경망과 패턴 인식 . 샌디에고, 캘리포니아: Academic Press. ISBN 978-0125264204. {{cite book}}: |first1=일반적인 이름을 가짐( help )
  19. ↑ 스트라서, 브루노 J. (2009년 12월 24일). "수집, 비교 및 ​​시퀀스 계산: Margaret O. Dayhoff의 단백질 시퀀스 및 구조 지도 작성, 1954-1965". 생물학의 역사의 전표 . 43 (4): 623–660. CiteSeerX 10.1.1.468.3568 . 도이 : 10.1007/s10739-009-9221-0 . PMID 20665074 . S2CID 26875366 .   
  20. ↑ 스트라서, 브루노 J. (2012년 9월 17일). "데이호프, 마가렛 오클리". eLS . 도이 : 10.1002/9780470015902.a0023939 . ISBN 978-0470016176. {{cite book}}: 누락 또는 비어 있음 |title=( 도움말 )
  21. ^ 사회, 생물물리학. "사회상" . www.biophysics.org . 2016 년 10월 20일에 확인 함 .
  22. ^ Bernard, Kathryn A.; Burdz, 타마라; 파체코, 아나 루이사; 위베, 데보라; 파텔, 니샤 B.; 로손, 폴 A.; 마크-크리스티안 도밍고; 롱틴, 진; Bernier, Anne-MarieYR 2020 (2020). "Enemella gen. nov., Enemella evansiae sp. nov., Enemella dayhoffiae sp. nov. 및 Parenemella sanctibonifatiensis gen. nov., sp. nov., 프로피오니박테리아과(Propionibacteriaceae)에 속하는 신규 분류군 및 인간 임상 샘플에서 유래" . 체계적이고 진화적인 미생물학의 국제 저널 . 70 (11): 5676–5685. 도이 : 10.1099/ijsem.0.004461 . ISSN 1466-5034 . PMID 32931407 . S2CID 221746188 .   

외부 링크 [ 편집 ]

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