マーガレット・オークリー・デイホフ

マーガレット・オークリー・デイホフ
生まれる	マーガレット・ベル・オークリー ( 1925-03-11 )1925年3月11日 ペンシルベニア州フィラデルフィア
死亡	1983年2月5日(1983-02-05)（57歳） メリーランド州シルバースプリング
知られている	置換マトリックス 1文字コード
科学者としてのキャリア
フィールド	バイオインフォマティクス
機関	コロンビア大学
博士課程の指導教員	ダンカン・A・マッキンネス

マーガレット・ベル（オークリー）・デイホフ（1925年3月11日 - 1983年2月5日）は、アメリカの生物物理学者であり、バイオインフォマティクスの分野の先駆者であった。^{[1]デイホフは、}ジョージタウン大学医療センターの教授であり、国立生物医学研究財団の著名な研究生化学者で、生化学の分野への数学と計算方法の応用を開拓した。彼女は、進化する計算技術を応用して生物学と医学の進歩を支援することにキャリアを捧げ、最も顕著なのは、タンパク質と核酸のデータベースとデータベースを照会するツールの作成である。彼女は、最初の置換マトリックスの1つである点受容突然変異（PAM）を考案した。アミノ酸に使用される1文字コードは、パンチカードコンピューティングの時代にアミノ酸配列を記述するために使用されるデータファイルのサイズを削減する試みを反映して、彼女によって開発された。

彼女はコロンビア大学化学科で博士号を取得し、そこでいくつかの有機化合物の分子共鳴エネルギーを計算する計算方法を考案した。彼女はロックフェラー研究所（現在のロックフェラー大学）とメリーランド大学で博士研究員として研究を行い、1959年に新設された国立生物医学研究財団に加わった。彼女は生物物理学会で役職に就いた最初の女性であり、書記と最終的には会長を務めた最初の人物であった。^[2]

デイホフはフィラデルフィアで一人っ子として生まれたが、10歳の時にニューヨーク市に引っ越した。 ^[3]彼女の学業の才能は最初から明らかだった。彼女はニューヨーク州ベイサイドのベイサイド高校で卒業生代表（1942年卒業）となり、そこからニューヨーク大学ワシントンスクエアカレッジの奨学金を得て、1945年に数学で優秀な成績で卒業し、ファイ・ベータ・カッパに選出された。^{[4] [5]}

デイホフはコロンビア大学化学科のジョージ・キンボールのもとで量子化学の博士課程を始めた。卒業論文で、デイホフはコンピュータの機能、つまり大量データ処理を理論化学に応用した先駆者となった。具体的には、パンチカード式事務機器を使って多環式有機分子の共鳴エネルギーを計算する方法を考案した。彼女の研究データの管理は非常に優れていたため、ワトソン・コンピューティング研究所フェローシップを受賞した。この賞の一部として、彼女は研究所の「最先端のIBM電子データ処理機器」へのアクセスを得た。^{[6] [7]}

デイホフは博士号を取得後、1948年から1951年までロックフェラー研究所でダンカン・A・マッキンネスのもとで電気化学を研究した。1952年に家族とともにメリーランド州に移り、後にメリーランド大学から研究フェローシップを得て（1957年から1959年）、エリス・リッピンコットとともに化学結合のモデルに取り組んだ。メリーランド州で、彼女は新しい高速コンピュータ、IBMモデル7094に初めて触れた。これが終わった後、彼女は1960年に国立生物医学研究財団に副所長として加わり（彼女はその職を21年間務めた）、^{[5] NBRFで、彼女は物理学の学位を取得し、生物医学の問題に計算リソースを適用する可能性に興味を持った歯科医}のロバート・レドリーと働き始めた。彼は生物医学計算に関する最も初期の研究の1つである「生物学と医学におけるコンピュータの使用に関する報告書」を執筆していた。^[8]彼らは専門知識を結集し、1962年に「COMPROTEIN: タンパク質の一次構造決定を支援するコンピュータプログラム」と題する論文を発表した。この論文では、ペプチド消化物をタンパク質鎖データに変換することを目的とした「IBM 7090用の完成したコンピュータプログラム」について説明されていた。彼らは実際に1958年にこの研究を開始したが、1960年後半までプログラミングを開始できなかった。^[8]

1960年代初頭、デイホフはエリス・リッピンコットやカール・セーガンと共同で、生物誕生以前の惑星大気を含む宇宙化学システムの熱力学モデルを開発した。彼女は惑星大気中のガスの平衡濃度を計算できるコンピュータプログラムを開発し、現在の大気と原始地球大気に加えて、金星、木星、火星の大気の研究を可能にした。このプログラムを使用して、彼女は原始大気が生命を生み出すために必要な条件を備えていたかどうかを検討した。彼女は、生物学的に重要な小さな化合物が多数存在し、その存在を説明する特別な非平衡メカニズムがないことを突き止めたが、平衡モデルでは不足している生命に必要な化合物（リボース、アデニン、シトシンなど）もあった。^[2]

デイホフはジョージタウン大学医療センターで13年間生理学と生物物理学を教え、アメリカ科学振興協会のフェローを務め、8年間会員として在籍した後、1980年に国際生命起源学会の評議員に選出された。デイホフはまた、 DNA、Journal of Molecular Evolution、Computers in Biology and Medicineの3つの雑誌の編集委員を務めた。^[2]

1966 年、デイホフはタンパク質配列の比較と配列アラインメントからの進化史の再構築におけるコンピュータの使用を切り開きました。この研究を行うために、彼女は各配列のデータ ファイル サイズを最小限に抑える 1 文字のアミノ酸コードを作成しました。リチャード エックとの共著であるこの研究は、分子配列から系統樹を推測するためにコンピュータを初めて応用したものです。これは、最大節約法を使用して分子配列からコンピュータが系統樹(進化樹) を再構築した最初の例でした。後年、彼女はこれらの方法を適用して、触媒鎖とウシ環状 AMP 依存性プロテイン キナーゼ、Rous 鳥肉腫ウイルスと Moloney マウス肉腫ウイルスの src 遺伝子産物、アンチトロンビン III、α-アンチトリプシン、およびオボアルブミン、上皮成長因子と凝固因子 X の軽鎖など、いくつかの分子関係を研究しました。アポリポタンパク質 AI、A-II、CI、および C-III。^[2]

この研究に基づいて、デイホフと彼女の同僚は、PAM (Percent Accepted Mutation)、MDM (Mutation Data Matrix)、またはデイホフ マトリックスと呼ばれる一連の置換マトリックスを開発しました。これらは、密接に関連するタンパク質配列のグローバル アラインメントから派生したものです。マトリックスに含まれる識別番号 (例: PAM40、PAM100) は進化距離を示し、数字が大きいほど距離が長くなります。進化距離が大きいマトリックスは、進化距離が小さいマトリックスから外挿されます。^[9]デイホフ マトリックスを作成するには、検証済みのアラインメントでアラインされたアミノ酸のペアを使用してカウント マトリックスを作成し、次にこれを使用して 1 PAM (進化単位と見なされる) での変異マトリックスを推定します。この変異マトリックスから、デイホフ スコアリング マトリックスを作成できます。インデル イベントのモデルとともに、これらの方法で生成されたアラインメントを反復プロセスで使用して、収束するまで新しいカウント マトリックスを作成できます。^[10]

デイホフのバイオインフォマティクスへの最も重要な貢献の 1 つは、1965 年に出版された、既知のすべてのタンパク質配列 (合計 65) を報告した書籍である「タンパク質配列および構造のアトラス」です。 ^{[11]この本では、アミノ酸の縮退エンコードが公開されました。その後、いくつかの版が再出版されました。これにより、タンパク質配列の}Protein Information Resourceデータベースが誕生しました。これは、電話回線でアクセスでき、リモート コンピューターで照会できる最初のオンライン データベース システムでした。^[12]この本はそれ以来、4,500 回近く引用されています。^{[2]この本と、} Walter Goadによる並行した取り組みで核酸配列のGenBankデータベースが誕生したことは、現代の分子配列データベースの双子の起源です。アトラスは遺伝子ファミリーごとに編成されており、彼女はその認識の先駆者と見なされています。1955年にFrederick Sangerがタンパク質 (インスリン) の最初の完全なアミノ酸配列を決定したことで、多くの研究者が異なる種のさまざまなタンパク質の配列を決定するようになりました。 1960 年代初頭、相同タンパク質配列 (共通の祖先である可能性が高い配列) 間の小さな違いが、分子レベルでの進化の変化のプロセスと速度を示す可能性があるという理論が開発されました。このような分子分析が科学者が生物の進化パターンを解読するのに役立つという考えは、 1962 年と 1965 年にエミール・ツッカーカンドルとライナス・ポーリングが発表した論文で正式に発表されました。

* デイホフとエックはもともとチロシンの代わりにOを提案した。[13]

1 文字コードはIUPACによって採用され、現在も一般的に使用されています。Dayhoff のあいまいな 1 文字コードは廃止されました。

デイホフの夫はエドワード・S・デイホフで、磁気共鳴とレーザーを研究した実験物理学者だった。^{[14] 二人の}間にはルースとジュディスという二人の娘がいて、彼女らも学者である。^[15]

ジュディス・デイホフはペンシルバニア大学で数理生物物理学の博士号を取得しており、 『ニューラルネットワークアーキテクチャ入門』の著者であり、『ニューラルネットワークとパターン認識』の共著者でもある。^{[15] [16] [17] [18]}

ルース・デイホフはメリーランド大学で数学を首席で卒業し、ジョージタウン大学医学部で医学博士号を取得しながら医療情報学を専攻した。^{[14]医学部在学中、彼女は母親と共に}「タンパク質配列と構造のアトラス」の論文と章を共著し、タンパク質の関連性を測定する新しい方法を説明した。^[14]夫のヴィンセント・ブランニガンはメリーランド大学工学部の法学と技術の名誉教授である。ルースはアメリカ医療情報学会の創設フェローであった。彼女は医療画像の統合の先駆者であり、Vista イメージングシステムを発明した。彼女は国立医学図書館の「医療の様相を変えた」200 人の女性医師に関するプロジェクトに選ばれた。 ^{[14]彼女は}米国退役軍人省の医療におけるデジタル画像部門のディレクターを務めている。^[5]

デイホフのアトラスは、 DNAやタンパク質関連の生物医学研究の大部分で不可欠なツールのテンプレートとなった。この重要な貢献にもかかわらず、デイホフはシーケンサーのコミュニティから疎外された。 1980年代初頭にNIHから授与されたGenBank（彼女の研究に直接関連する技術）の管理契約は、ロスアラモス国立研究所のウォルター・ゴードに渡った。この態度の理由は不明で、性差別から実験科学コミュニティとの価値観の衝突までさまざまな説があった。^{[19]デイホフの}アトラスの成功にもかかわらず、実験科学者や研究者は自分たちの配列情報を非常に価値があると考え、そのような公開データベースに提出することを躊躇することが多かった。^[20]

晩年の数年間、彼女はタンパク質情報リソースの維持とさらなる開発を支援するために、安定的で十分な長期資金の獲得に注力しました。彼女は、世界中の科学者がアクセスできる、配列またはアミノ酸組成データからタンパク質を識別し、配列に基づいて予測を行い、既知の情報を閲覧するためのコンピュータプログラムとデータベースのオンラインシステムを思い描いていました。彼女は亡くなる1週間足らず前に、NIHの研究資源部門にタンパク質識別リソースの提案書を提出しました。彼女の死後、同僚たちは彼女の構想を現実のものにするために働き、タンパク質データベースは1984年半ばまでに完全に稼働しました。^[2]

デイホフは1983年2月5日、57歳で心臓発作で亡くなった。^[3] 1984年の彼女の死後、生物物理学における国内最高の栄誉の一つであるマーガレット・O・デイホフ賞を授与する基金が設立された。この賞は「生物物理学会の管轄と関心の範囲内で、生物物理学研究のキャリアの初期段階を発展させながら、非常に高い将来性を持つ、または卓越した業績を上げた」女性に贈られる。^[21]この賞は生物物理学会の年次総会で授与され、2,000ドルの謝礼が含まれる。

彼女の遺族は、シルバースプリング在住の夫エドワード・S・デイホフ、2人の娘ルース・E・デイホフ・ブランニガン（カレッジパーク在住）とジュディス・E・デイホフ（シルバースプリング在住）、そして彼女の父ケネス・W・オークリー（シルバースプリング在住）である。^[5]

国立バイオテクノロジー情報センター所長のデイビッド・リップマンはデイホフを「バイオインフォマティクスの父と母」と呼んでいる。^[22]

バイオインフォマティクス科学の母としての彼女の独創的な貢献は、現在では細菌の命名プロセスの一部として日常的に使用されており、2020年に彼女の名にちなんでエネメラ・デイホフィアエという細菌が命名されたことで認められました。^[23]

• マーガレット・オークリー・デイホフの写真、1980 年頃。娘のルース・E・デイホフ医学博士が所有。国立医学図書館により公開。
• Grandma got STEM プロジェクトの Margaret O. Dayhoff のプロフィールと写真。この情報は、Margaret Dayhoff の義理の息子で Ruth E. Dayhoff の夫である Vincent によってプロジェクトに提出されました。子孫に関する経歴情報も含まれています。
• ベイビー・ジョセフとヴルンダ・M・ネア.2012 バイオインフォマティクスにおける女性イノベーター：マーガレット・オークリー・デイホフ博士。Adv Bio Tech:12 (01) 32–34