Barbara McClintock: biografie a příspěvky tohoto amerického vědce

Ačkoli již ve 30. letech 20. století bylo podezření, že chromozomy obsahují geny, části genetického materiálu, které kódují to, kým jsme, nebylo to empiricky prokázáno. Mnozí to zkusili, ale nikdo nenašel vizuální důkaz vztahu chromozom-gen.

Ale dorazila Barbara McClintock, která by to svými rostlinami kukuřice vypěstovanými sama prokázala, přestože v ní mnozí viděli pouhou botaniku s nádechem genetiky.

Postava této badatelky je postavou člověka, který byl kvůli tomu, jak vyspělá na svou dobu byla, nepochopený. Dále zjistíme, čím procházel jeho příběh biografie Barbary McClintock, ve kterém uvidíme, proč byl pro dějiny genetiky tak důležitý.

• Související článek: „Rosalind Franklin: biografie a příspěvky tohoto britského chemika“

Krátká biografie Barbary McClintock

Barbara McClintock byla americká vědkyně specializující se na cytogenetiku, která získala Nobelovu cenu za medicínu a fyziologii v roce 1983., která je sedmou ženou, které se takové uznání dostalo.

Jejich práce přesně odpověděla na nejzajímavější otázku 30. let: v jaké struktuře buňky se nacházejí geny? McClintockův výzkum spolu s jeho doktorandkou Harriet Creightonovou posloužil k empirickému prokázání, že geny byly umístěny na chromozomech. Jeho práce s rostlinami kukuřice poskytla poprvé

vizuální spojení mezi určitými dědičnými vlastnostmi a jejich základem na chromozomech.

Jejich výzkum také zjistil, že geny ne vždy zaujímají stejné místo na chromozomu. McClintock objevil transpozici genů, něco, co bylo v rozporu s myšlenkou své doby, že genetický materiál je statický. Šlo tedy o mnohem komplexnější a flexibilnější prvek, než se v té době předpokládalo, o dynamickou strukturu schopnou se reorganizovat.

• Mohlo by vás zajímat: „Gregor Mendel: Biografie otce moderní genetiky“

Dětství a dospívání

Barbara McClintock se narodila v Hartfordu, Connecticut (Spojené státy americké) 16. června 1902.. Původně byla registrována jako Eleanor, ale po čtyřech měsících byla registrace změněna na jméno, pod kterým byla známá, Barbara. Byla třetí dcerou z manželství lékaře Thomas Henry McClintock a Sara Handy McClintock. Projevovala si větší blízkost k otci než k matce a v dospělosti zdůrazňovala, že ji oba velmi podporovali, ačkoli vztahy s její matkou byly spíše chladné.

McClintock prokázala velkou nezávislost už od mala, něco, co by sama popsala jako skvělou schopnost být sám. Od tří let do školy žil McClintock se svými strýci v sousedství. z Brooklynu v New Yorku, aby finančně pomohl své rodině, zatímco jeho otec založil a konzultační místnost.

Středoškolské vzdělání ukončil na střední škole Erasmus Hall v Brooklynu. Již od mládí projevoval zájem o vědu, a tak se rozhodl pokračovat ve studiu na Cornellově univerzitě. Její matka byla proti tomu, nechtěla, aby její dcery získaly vyšší vzdělání, protože věřila, že to snižuje jejich šance na sňatek. Rodina se navíc potýkala s určitými finančními problémy, které jí bránily platit svým dětem vysokoškolské studium.

Naštěstí Barbara McClintock mohla navštěvovat Cornell School of Agriculture bez placení školného a po jeho dokončení středoškolské vzdělání dokázal skloubit práci na úřadu práce se samoukem odvozeným od návštěvy knihovny veřejnost. Nakonec a díky zásahu svého otce začal v roce 1919 navštěvovat Cornella, kde by jeho úspěch nebyl pouze akademický, ale i společenský, přičemž byl poprvé zvolen prezidentem studentského spolku kurs.

• Související článek: "Genetika a chování: rozhodují geny o tom, jak se chováme?"

Školení a výzkum ve společnosti Cornell

McClintock začal studovat na Cornell School of Agriculture v roce 1919, kde by studoval botaniku a získal titul bakaláře věd (BSc) v roce 1923. Jeho zájem o genetiku se probudil v roce 1921, když navštěvoval první kurz v tomto předmětu, vedený šlechtitelem rostlin a genetikem C. B. Hutchison. Kvůli velkému zájmu McClintocka ji Hutchinson v roce 1922 pozval k účasti na postgraduálním kurzu genetiky. To by znamenalo před a po McClintockově kariéře, kdy se jeho zásadní úsilí soustředilo na ponoření se do genetiky.

Jak při studiu titulu, tak již pracoval jako profesor botaniky, McClintock se věnoval tehdy novému oboru cytogenetiky kukuřice. Jeho výzkumná skupina se skládala z šlechtitelů rostlin a cytologů, včetně Charlese R. Burnham, Marcus Rhoades, George Wells Beadle a Harriet Creighton.

Hlavním cílem McClintockovy práce v té době bylo vyvinout techniky pro vizualizaci a charakterizaci chromozomů kukuřice. Vytvořil techniku ​​založenou na barvení karmínem, aby mohl vidět tyto chromozomy pomocí světelné mikroskopie, přičemž poprvé ukázal tvar deseti chromozomů v kukuřici. Studiem morfologie těchto chromozomů dokázal spojit znaky, které se dědí společně s chromozomálními segmenty, a potvrdit, že chromozomy byly domovem genů.

V roce 1930 Barbara McClintock byl prvním člověkem, který popsal křížení, ke kterému dochází mezi homologními chromozomy během meiózy. Spolu se svou studentkou doktorské práce Harriet Creightonovou v roce 1931 prokázal, že existuje vztah mezi tímto meiotickým chromozomálním křížením a rekombinací dědičných vlastností. McClintock a Creighton zjistili, že chromozomová rekombinace a výsledný fenotyp vedly k dědičnosti nového znaku.

Během léta 1931 a 1932 pracoval v Missouri s prestižním genetikem Lewisem Stadlerem, který mu ukázal využití rentgenového záření jako prvku schopného vyvolat mutace. Pomocí mutagenizovaných linií kukuřice McClintock identifikoval kruhové chromozomy, tedy kruhové struktury DNA vytvořené fúzí konců jednoho ozářeného chromozomu. Během tohoto období také prokázal existenci nukleolárního organizátoru v oblasti kukuřičného chromozomu 6, o kterém se ukázalo, že je nezbytný pro sestavení jadérka.

Barbaře McClintock bylo uděleno stipendium Guggenheimovy nadace, které jí zaplatilo šest měsíců učňovského studia v Německu v letech 1933 a 1934. Jeho původním plánem byla spolupráce s genetikem Curtem Sternem, výzkumníkem, který několik týdnů demonstroval křížení u Drosophila (mouchy). poté, co ona a Creighton udělali totéž s kukuřicí, ale stalo se, že Stern emigroval do Ameriky právě tam okamžik. Z tohoto důvodu laboratoř, která nakonec přijala McClintocka, byl Richard B. Goldschmidt.

Vzhledem k politickému napětí v Německu v té době, ve kterém viděl, jak se blíží nacistický vzestup, se McClintock vrátil do Cornell, kde zůstala až do roku 1936. Ten rok získala místo odborného asistenta na katedře botaniky na University of Missouri-Columbia.

• Mohlo by vás zajímat: „Rozdíly mezi DNA a RNA“

Zkušenosti v Missouri

Zatímco na University of Missouri, McClintock pokračoval v linii rentgenové mutageneze. Pozoroval, že chromozomy se za těchto podmínek lámaly a fúzovaly, ale endospermové buňky tak činily také spontánně. Zjisti jak konce přerušených chromatid byly spojeny po replikaci DNA ve fázi mitózy.

Konkrétně to bylo v anafázi, kdy zlomené chromozomy vytvořily chromatidový můstek, který zmizel, když se chromatidy přesunuly k buněčným pólům. Tyto ruptury zmizely a vytvořily svazky během mezifáze další mitózy, opakování cyklu a způsobující masivní mutace, které vedly ke vzniku endospermu pestrý.

Tento cyklus lámání, slučování a přemosťování chromozomů byl v té době považován za zásadní objev.. Za prvé proto, že ukázal, že vazba na chromozomy nebyla náhodným procesem, a za druhé proto, že identifikovala mechanismus pro produkci rozsáhlých mutací. Ve skutečnosti je toto zjištění tak důležité, že se používá dodnes, zejména při studiu výzkumu rakoviny.

Přestože její výzkum produkoval velmi zelené výhonky v Missouri, McClintock nebyl s její pozicí vůbec spokojen. Cítila se vyloučená z fakultních porad a nebyla informována o volných místech v jiných institucích. Navzdory tomu, že na začátku měl velkou podporu svých vrstevníků, akademickou soutěživost a fakt to, že byla nezávislou a osamělou ženou, ji pokaždé při vyšetřování odcizilo Plus.

Nepříjemná anekdota, která by ukázala, jak málo si ho někteří vrstevníci vážili, je to V roce 1936 se objevilo zásnubní oznámení pro ženu se stejným jménem a příjmením noviny. Její vedoucí oddělení si spletl tuto ženu s ní a pohrozil, že ji vyhodí, pokud se vdá. V té době už byl McClintock viceprezidentem Genetické společnosti Ameriky.

McClintock ztratil důvěru ve svého koordinátora Stadlera a v administrativu University of Missouri. Proto, když v roce 1941 dostal pozvání od ředitele katedry genetiky v Cold Spring Harbor Laboratory, aby tam strávil léto, okamžitě je přijal. Udělal to jako způsob, jak hledat práci jinde než v Missouri a zkusit štěstí.

V této době také přijal místo hostujícího profesora na Kolumbijské univerzitě, kde byl profesorem jeho kolega Marcus Rhoades. Nabídl, že se o svůj výzkum podělí s přístavem Cold Spring Harbor na Long Islandu. V prosinci 1941 mu bylo nabídnuto výzkumná pozice v Cold Spring Harbor Laboratory, patřící k oddělení genetiky Carnegie Institution of Washington. Nakonec bych to přijal.

• Související článek: "Chromozomy: co jsou, vlastnosti a jak fungují"

Vyšetřování v Cold Spring Harbor

Po roce práce na částečný úvazek v Cold Spring Harbor přijala Barbara McClintock pozici vyšetřovatele na plný úvazek v Cold Spring Harbor. Tam by pokračoval ve své práci na cyklu přerušení-sloučení-můstek, což bylo mimořádně produktivní období ve vědeckých publikacích.

Kvůli těmto plodným vyšetřováním, McClintocku byla uznána v roce 1944 jako akademička v Národní akademii věd Spojených států jako třetí žena, která byla zvolena. O rok později byla jmenována prezidentkou Genetics Society of America, což je čest, která nikdy nebyla udělena ženě.

Na doporučení genetika George Beadle provedl v roce 1944 cytogenetickou analýzu houby Neurospora crassa. Beadle prokázal vztah gen-enzym tím, že poprvé pracoval s touto houbou. McClintock určil karyotyp houby i její životní cyklus a od té doby N. crassa se používá jako modelový organismus v genetických studiích.

• Mohlo by vás zajímat: „Rozdíly mezi mitózou a meiózou“

Objev genové regulace

McClintock zasvětil léto 1944 objevování biologického mechanismu za fenoménem genetické mozaiky, genetický stav, který způsobil, že semena stejného kukuřičného klasu měla různé barvy. Našel dvě místa na chromozomech (lokus), která pojmenoval „Dissociator“ (Ds) a „Activator“ (Ac). Ds souvisel s poškozením chromozomů, kromě ovlivnění aktivity blízkých genů, když byl přítomen Ac. V roce 1948 zjistil, že oba lokusy jsou transponovatelné prvky, které mohou změnit své místo na chromozomu.

McClintock studoval účinky transpozice Ac a Ds analýza vzorů zbarvení v kukuřičných zrnech v průběhu generací křížení. Jeho pozorování ho vedla k závěru, že Ac řídil transpozici Ds na chromozomu 9 a že jeho transpozice byla příčinou rozpadu chromozomu.

Když se Ds pohybuje, je exprimován gen, který určuje barvu aleuronu (kukuřičného semene), protože represivní účinek Ds se ztrácí a v důsledku toho se objevuje vzhled barvy. Tato transpozice je náhodná, což znamená, že neovlivní všechny buňky, což vysvětluje, proč se mozaika vyskytuje v neplodnosti. McClintock také určil, že transpozice Ds je určena počtem kopií Ac.

Během desetiletí 50. vyvinuli hypotézu, která vysvětlila, jak transponovatelné prvky regulují působení genů, inhibují je nebo modulují. Definoval Ds a Ac jako řídicí jednotky nebo regulační prvky, aby je jasně oddělil od genů. S tím předpokládal, že genová regulace může vysvětlit, jak mohou mnohobuněčné organismy diverzifikovat vlastnosti každé buňky, navzdory skutečnosti, že jejich genom je identický. Tato myšlenka zcela změnila koncept genomu, který byl do té doby interpretován jako pouhá sada statických instrukcí.

McClintockova práce na genové regulaci a kontrolních prvcích byla tak složitá a nová, že zbytek vědecké komunity byl k jeho objevům poněkud podezřívavý. Ve skutečnosti ona sama tuto reakci popsala jako směs zmatku a nepřátelství. Navzdory tomu McClintock pokračoval a pokračoval ve své linii vyšetřování.

Později identifikoval nový regulační prvek nazvaný "Supressor-mutator" (Spm), který, ačkoli byl podobný Ac a Ds, vykonával složitější funkce. Ovšem vzhledem k tehdejším reakcím vědecké komunity a McClintockovu vnímání to, že se vzdaloval od hlavního proudu vědy, způsobilo, že přestal publikovat své Výsledek.

Uznání a poslední roky

V roce 1967 McClintock odešel ze svého postu v Carnegie Institution., který je jmenován významným členem téhož. Toto vyznamenání jí umožnilo pokračovat v práci jako emeritní vědec v Cold Spring Harbor Laboratory se svými kolegy postgraduálními studenty. Ve skutečnosti zůstala spojena s laboratoří až do dne své smrti.

V roce 1973 přiznal důvod, proč se rozhodl nepokračovat ve zveřejňování svých zjištění o regulačních prvcích, přestože pokračoval ve vyšetřování na vlastní pěst. Poznamenal, že kvůli jeho zkušenostem v laboratořích je velmi obtížné přimět druhého člověka, aby si uvědomil jeho nevyslovené domněnky. Domníval se, že kvůli utkvělým představám mnoha vědců nelze některé pokroky v určitém okamžiku sdílet, protože kritika bude zajištěna. Musíte počkat, až dojde ke koncepční změně, a sdělit je ve správný čas.

Jeho zkušenosti daly sílu jeho názorům v tomto ohledu, Trvalo desetiletí, než byly jejich nálezy zohledněny. Práce Barbary McClintock byla plně doceněna teprve tehdy, když v 60. letech 20. století došli genetici François Jacob a Jacques Monod k podobným závěrům se svými příslušných studií prezentovaných v práci z roku 1961 nazvané „Genetické regulační mechanismy v syntéze proteinů“. bílkoviny”). McClintock četl práci a porovnal svá zjištění s těmi, které uvedli Francouzi.

Naštěstí, McClintock byla nakonec za svou práci široce uznávána. Jeho objev transpozice byl oceněn, když stejný proces popsali jiní autoři u bakterií a kvasinek v 60. a 70. letech 20. století. V 70. letech byly klonovány Ac a Ds, což ukazuje, že jde o transpozony třídy II.

Ac je kompletní transposon, kódující ve své sekvenci funkční transpozázu, která umožňuje pohyb prvku genomem. Místo toho Ds kóduje nefunkční, mutovanou verzi transpozázy a vyžaduje přítomnost Ac, aby mohl skočit do genomu, něco, co odpovídá McClintockovu funkčnímu popisu. Pozdější studie ukázaly, že tyto sekvence se nepohybují, pokud nejsou namáhány, jako je přestávka ozářením nebo jinými, z tohoto důvodu by jeho aktivace mohla představovat evoluční zdroj variabilita.

McClintock pochopili roli těchto agentů jako evolučních agentů dříve, než to dokonce ostatní vědci tušili. Ve skutečnosti se dnes systém Ac/Ds používá jako nástroj mutageneze v rostlinách, k charakterizaci genů neznámé funkce a u jiných druhů než u kukuřice.

Barbara McClintock obdržela Nobelovu cenu za fyziologii v roce 1983, byla sedmou ženou, která ji získala, a na rozdíl od jiných příležitostí ji obdržela pouze jednou. osoba. Nobelovu cenu za vědu běžně získávají výzkumné týmy, ale protože McClintock musela být většinu svého života samostatně výdělečně činná, zásluhy patřily pouze jí.

Barbara McClintock zemřela přirozenou smrtí 2. září 1992 v nemocnici Huntington, poblíž Cold Spring Harbor Laboratory, kde prožila tolik okamžiků. Bylo mu devadesát let a zemřel, aniž by zanechal potomka nebo se kdy oženil?