Почесні доктори

Максим Франк-Каменецький
(короткий біографічний нарис)

Максим Д. Франк-Каменецький Максим Д. Франк-Каменецький науковець зі світовим ім’ям у галузі біологічної фізики. Його праці з фізики ДНК створили основу для розуміння фундаментальних механізмів біологічних процесів. М.Д. Франк-Каменецький автор теорій термічної денатурації подвійної спіралі ДНК (перехід спіраль-клубок), топологічних ефектів в полімерних системах і біологічних молекулах, поліелектролітних властивостей ДНК, процесу надспіралізації подвійної спіралі ДНК, електронно-коливальних спектрів багатоатомних молекул та численних застосувань теорії ДНК в сучасних біотехнологіях. М.Д. Франк-Каменецький автор відкриття внутрішньомолеку-лярної потрійної структури ДНК (H-форма).

Максим Франк-Каменецький – член Російської академії наук (з 1991), член Американського інституту медичної та біологічної інженерії (з 2008). Максим Франк-Каменецький є членом редколегій багатьох міжнародних біофізичних журналів, був запрошеним лектором та керівником секцій на більш ніж 200 наукових конференціях. М.Д. Франк-Каменецький – автор понад 220 наукових публікацій, його роботи надруковано в провідних наукових журналах і мають високі показники цитування. Він брав участь як експерт в оцінці наукових проектів для урядів Російської Федерації та Індії. В 2014 його нагороджено Медаллю Менделя Академії наук Республіки Чехія за досягнення в галузі наук про життя.

Максим Давидович Франк-Каменецький народився 7 серпня 1941 року. Навчався в Московському фізико-технологічному інституті, який закінчив в 1964 за спеціальністю "біофізика". В 1967 захистив дисертацію кандидата, в 1971 – доктора фізико-математичних наук. Протягом 1967 – 1978 років він працював науковцем в Інституті атомної енергетики імені І.В. Курчатова в Москві;
в 1979 очолив лабораторію теоретичної біофізики в Інституті молекулярної генетики академії наук СРСР;
в 1989 – 1993 роках керував відділом експресії генів Інституту молекулярної генетики Російської академії наук.

З 1967 М.Д. Франк-Каменецький викладав на кафедрі молекулярної біофізики в Московському фізико-технічному інституті, з 1979 – професор, а з 1989 і до свого від’їзду в США – завідувач цієї ж кафедри. З листопада 1993 він є професором біомедичної інженерії Бостонського університету.

Адреса:
Department of Biomedical Engineering, Boston University
44 Cummington Mall, Boston, Massachusetts 02215
e-mail: mfkbu.edu

Основні результати та досягнення

# Плавлення ДНК (1964-1984).М.Д. Франк-Каменецьким було сформульовано детальну теоретичну модель та розроблено потужні методи чисельного розрахунку кривої плавлення ДНК для довільної послідовності нуклеотидів. В результаті з’ясовано повну картину повільних процесів релаксації під час плавлення ДНК. Це було перше фізичне явище, пов’язане з ДНК, для якого побудована теорія дозволила описати експериментальні дані.
# Дихання подвійної спіралі (1966-1985). Досконало вивчено кінетику розкручування ДНК формальдегідом і визначено час життя та імовірність розкриття пар основ. Одержана імовірність розкриття пари основ складає 10-5, що узгоджується зі значенням, отриманим з екстраполяції результатів теорії низькотемпературного плавлення ДНК, і підтверджується даними ЯМР з високою роздільною здатністю.
# Вузли та ланцюжки в полімерах та ДНК (1974-1988). М.Д. Франк-Каменецький вперше розв’язав задачу вузлів і ланцюжків в загальному випадку для полімерів, і зокрема, для молекули ДНК. Зі своїми співробітниками він розрахував імовірність утворення вузлів для моделі ДНК за допомогою математичної теорії вузлів та методу Монте Карло. Дані результати активно використовуються в багатьох теоріях в галузі полімерів і поклали початок цілому напрямку полімерної топології.
# Теоретичне моделювання надспіралізації ДНК (1979 - до тепер). За декілька років М.Д. Франк-Каменецький разом зі співробітниками розробив особливо вдалу модель, що дозволяє розраховувати різні властивості надспіралізованої ДНК. Модель включає обмежену кількість параметрів, одержаних з незалежних експериментів. Результати високоточних комп’ютерних розрахунків для надспіралізованої ДНК дуже гарно узгоджуються з даними численних експериментів і широко застосовуються експериментаторами для аналізу даних електронної мікроскопії та ін.
# Незвичайні структури ДНК (1979-до тепер). М.Д. Франк-Каменецький зробив вагомий внесок в розуміння здатності ДНК до утворення різноманітних незвичайних структур. Він та його співробітники були одними з найперших, хто застосував двовимірний гелевий електрофорез для вивчення незвичайних структур ДНК, що формуються внаслідок негативного надспірального напруження. Головне відкриття М.Д. Франк-Каменецького та його співробітників в даній галузі – потрійна Н-форма ДНК, яка утворюється під дією надспірального напруження на гомопурин-гомопіримідинових ділянках подвійної спіралі. Відкрита М.Д. Франк-Каменецьким з колегами Н-ДНК залишається однією з найбільш вражаючих незвичайних структур ДНК.
# Міжмолекулярні триплекси та ПНК (1988-до тепер). Відкриття Н-ДНК суттєво підсилило інтерес до вивчення міжмолекулярних триплексів. М.Д. Франк-Каменецький зі співробітниками були серед перших, хто продемонстрував можливість сиквенс-специфічного позиціонування подвійної ДНК через утворення триплексу. Ними запропоновано велику кількість нових методик дослідження міжмолекулярних триплексів, таких як взаємоміграція, фотофутпрінтинг, електронна мікроскопія. Пізніше М.Д. Франк-Каменецький розпочав вивчення пептидної нуклеїнової кислоти (ПНК), що є новим багатообіцяючим методом розпізнавання дуплексу ДНК молекулами лікарських препаратів. Завдяки своєму великому внеску в дану галузь М.Д. Франк-Каменецький став одним з найбільш відомих в світі експертів з технологій генного позиціонування.
# Внески стекінгу та парування нуклеїнових основ в стабільність подвійної спіралі ДНК (2004-до тепер). Визначення внесків стекінгу та комплементарного парування в нуклеїнових основах ланцюжка ДНК у стабільність подвійної спіралі є фундаментальною проблемою фізики ДНК і має значення для багатьох біологічних процесів. М.Д. Франк-Каменецький і його колеги створили оригінальний підхід до розв’язання даної проблеми і першими отримали беззаперечні підтвердження домінування внеску стекінг-взаємодій в стабільность подвійної спіралі в цілому, а також залежності стабільності спіралі ДНК від послідовності нуклеотидів.

Максим Франк-Каменецький є автором численних науково-популярних статей та науково-популярної книги про ДНК "Найважливіша молекула", виданої в декількох редакціях шістьма мовами (російською, грузинською, словацькою, італійською, англійською та французькою) (англійські видання: "Unraveling DNA" (VCH, New York, 1993); "Unraveling DNA. The Most Important Molecule of Life" (Addison-Wesley, 1997)). В 2004 році М.Д. Франк-Каменецький опублікував нову суттєво доопрацьовану версію його книги про ДНК з назвою “Век ДНК” (російською), а в 2010 іншу редакцію з назвою "Королева живой клетки: от структуры ДНК до биотехнологической революции" (російською).

За визначний внесок в теоретичну фізику біологічних систем в 2015 році Максиму Франк-Каменецькому присуджено звання Почесного доктора Інституту теоретичної фізики імені М. М. Боголюбова НАН України.

Перелік основних оглядових статей

1. A.A.Vedenov, A.M.Dykhne and M.D.Frank-Kamenetskii "Helix-coil transition in DNA": Usp.Fiz.Nauk 105, 479-519 (1971). (English translation: Sov.Phys.-Usp. 14, 715-736 (1972)).
2. Y.S.Lazurkin, M.D.Frank-Kamenetskii and E.N.Trifonov "Melting of DNA: its study and application as a research method": Biopolymers 9, 1253-1306 (1970).
3. M.D.Frank-Kamenetskii and Y.S.Lazurkin "Conformational changes in DNA molecules": Annu.Rev.Biophys.Bioeng. 3, 127-150 (1974).
4. D.Frank-Kamenetskii and A.V.Lukashin "Vibronic interactions in polyatomic molecules": Usp.Fiz.Nauk 116, 193-229 (1975). (English translation: Sov.Phys.-Usp. 18, 391-409 (1976)).
5. M.D.Frank-Kamenetskii and A.V.Vologodskii "Topological aspects of polymer physics: theory and its biophysical applications": Usp.Phys.Nauk 134, 641-673 (1981).[English tanslation: Sov. Phys. Usp. 24, 679-696 (1981)].
6. M.D.Frank-Kamenetskii "Fluctuational motility of DNA":in Structure & Motion: Membranes, Nucleic Acids & Proteins, Eds. E.Clementi, et al., pp.417-432, Adenine Press, NY (1985).
7. M.D.Frank-Kamenetskii, V.V.Anshelevich and A.V.Lukashin "Polyelectrolyte model of DNA": Usp.Phys.Nauk 151, 595-618 (1987).[English tanslation: Sov. Phys. Usp. 30, 317-330 (1987).
8. M.D.Frank-Kamenetskii "DNA supercoiling and unusual structures" in: DNA topology and its biological effects. pp.185-215, ed. by N.R.Cozzarelli and J.C.Wang, Cold Spring Harbor Laboratory Press, 1990.
9. M.D.Frank-Kamenetskii "Protonated DNA structures" in: "Nuclear Acids and Molecular Biology", vol.4 pp. 1-8, ed. by F.Eckstein and D.M.J.Lilley, Springer-Verlag, 1990.
10. M.D.Frank-Kamenetskii and A.V.Vologodskii "Conformational properties of circular DNA's", in: Theoretical Biochemistry and Molecular Biophysics, vol. 1: DNA, pp. 117-123, eds. D.L.Beveridge & R. Lavery, Adenin Press, 1991.
11. M.D.Frank-Kamenetskii "DNA topology" in "Biologically Inspired Physics", pp 45-54, Plenum, New York, 1991.
12. M.D.Frank-Kamenetskii "Protonated DNA structures" Methods in Enzymology 211, 180-191 (1992).
13. A.V.Vologodskii and M.D.Frank-Kamenetskii "Modeling DNA Supercoiling" Methods in Enzymology 211, 467-480 (1992).
14. S.M.Mirkin, M.D.Frank-Kamenetskii "H-DNA and Related Structures" Ann. Rev. Biophys. Biomol. Struct. 23, 541-576 (1994)
15. M.D.Frank-Kamenetskii and S.M.Mirkin "Triplex DNA structures" Ann. Rev. Biochem. 64, 65-95, (1995).
16. M.D.Frank-Kamenetskii “Biophysics of the DNA molecule. “ Phys. Reports 288, 13-60 (1997).
17. M. D. Frank-Kamenetskii “Triplexes and Biotechnology”, in Triple Helix Forming Oligonucleotides (eds.: C. Malvy, A. Harel-Bellan & L.L. Pritchard), pp. 285-294, Kluwer Academic Publishers, Boston (1999).
18. M.D.Frank-Kamenetskii “BIOPHYSICS: DNA AND RNA” Encyclopedia of Condenced Matter Physics, Elsevier 95-104 (2005).
19. M.D.Frank-Kamenetskii “Physics of DNA” In: Self-Assembly, Pattern Formation and Growth Phenomena in Nano-Systems. Eds. Golovin AA and Nepomnyashchy AA; pp295-326. NATO Science Series II. Mathematics, Physics and Chemistry – vol. 218. Springer, Dordrecht, The Netherlands (2006).
20. A.Vologodskii and M.D.Frank-Kamenetskii “Strong bending of the DNA double helix” Nucl. Acids Res. 41, 6785-92 (2013).
21. M.D.Frank-Kamenetskii and S.Prakash “Fluctuations in the DNA double helix: A critical review” Phys Life Rev 11, 153-170 (2014).