Barbara McClintock: biografija i doprinosi ove američke znanstvenice

Iako se već tridesetih godina prošlog stoljeća sumnjalo da kromosomi sadrže gene, komadiće genetskog materijala koji kodiraju ono što jesmo, to nije empirijski dokazano. Mnogi su pokušali, ali nitko nije pronašao vizualni dokaz odnosa kromosoma i gena.

No, stigla je Barbara McClintock, koja će sa svojim biljkama kukuruza koje je sama uzgajala to moći dokazati, unatoč činjenici da su je mnogi doživljavali kao običnu botaničarku s izgledom genetičara.

Lik ove istraživačice je osoba koja je, zbog toga koliko je bila napredna za svoje vrijeme, bila pogrešno shvaćena. Sljedeće ćemo otkriti kroz što je prošla njegova priča biografiju Barbare McClintock, u kojem ćemo vidjeti zašto je bio toliko važan za povijest genetike.

• Povezani članak: "Rosalind Franklin: biografija i doprinosi ove britanske kemičarke"

Kratka biografija Barbare McClintock

Barbara McClintock bila je američka znanstvenica specijalizirana za citogenetiku koja je dobila Nobelovu nagradu za medicinu ili fiziologiju 1983., kao sedma žena koja je dobila takvo priznanje.

Njihov je rad točno odgovorio na najzanimljivije pitanje 1930-ih: u kojoj se strukturi stanice nalaze geni? McClintockovo istraživanje, zajedno s njegovom doktorandicom Harriet Creighton, empirijski je pokazalo da su geni smješteni na kromosomima. Njegov rad s biljkama kukuruza pružio je prvi put vizualna povezanost između određenih nasljednih osobina i njihove osnove na kromosomima.

Njihovo je istraživanje također pokazalo da geni ne zauzimaju uvijek isto mjesto na kromosomu. McClintock je otkrio transpoziciju gena, nešto što se kosilo s idejom njegova vremena da je genetski materijal statičan. To je, dakle, bio mnogo složeniji i fleksibilniji element nego što se u to vrijeme pretpostavljalo, dinamična struktura sposobna reorganizirati se.

• Možda će vas zanimati: "Gregor Mendel: Biografija oca moderne genetike"

Djetinjstvo i adolescencija

Barbara McClintock rođena je u Hartfordu, Connecticut (Sjedinjene Američke Države) 16. lipnja 1902.. U početku je bila registrirana kao Eleanor, ali nakon četiri mjeseca registracija je promijenjena u ime pod kojim je bila poznata, Barbara. Bila je treća kći u braku liječnika Thomasa Henryja McClintocka i Sare Handy McClintock. Pokazala je veću bliskost s ocem nego s majkom te je u odrasloj dobi naglasila da su im oboje bili velika podrška, iako su odnosi s majkom bili prilično hladni.

McClintock je od malena pokazivala veliku neovisnost, nešto što bi ona sama opisala kao veliku sposobnost biti sam. Od treće godine do škole, McClintock je živio sa svojim stričevima u susjedstvu. iz Brooklyna u New Yorku kako bi financijski pomogao svojoj obitelji dok je njegov otac osnovao a ordinacija.

Srednje obrazovanje završio je u srednjoj školi Erasmus Hall u Brooklynu. Od malih nogu pokazivao je interes za znanost pa je odlučio nastaviti studij na Sveučilištu Cornell. Njena majka se tome protivila, ne želeći da njene kćeri dobiju visoko obrazovanje, smatrajući da im to umanjuje šanse za brak. Uz to, obitelj je prolazila kroz određene financijske probleme zbog kojih nije mogla plaćati djeci sveučilišni studij.

Na sreću, Barbara McClintock je mogla pohađati poljoprivrednu školu Cornell bez plaćanja školarine, a nakon završetka srednje obrazovanje, mogao je kombinirati svoj rad u birou za zapošljavanje s samoukom koja je proizašla iz odlaska u knjižnicu javnost. Konačno, zahvaljujući intervenciji svog oca, počeo je pohađati Cornell 1919. gdje njegov uspjeh neće biti samo akademski nego i društveni, budući da je izabran za predsjednika studentske udruge u svom prvom tečaj.

• Povezani članak: "Genetika i ponašanje: odlučuju li geni kako ćemo se ponašati?"

Obuka i istraživanje u Cornellu

McClintock je počeo studirati na Poljoprivrednoj školi Cornell 1919. godine, gdje će studirati botaniku i steći diplomu 1923. godine. Njegov interes za genetiku probudio se 1921. godine, dok je pohađao prvi tečaj iz tog predmeta, koji je vodio biljni oplemenjivač i genetičar C. B. Hutchison. Zbog McClintockovog velikog interesa, Hutchinson ju je pozvao da sudjeluje u diplomskom tečaju genetike 1922. godine. To bi obilježilo prije i poslije u McClintockovoj karijeri, usredotočujući njegove vitalne napore na udubljivanje u genetiku.

I dok je studirao i već radio kao profesor botanike, McClintock posvetio se tada novom polju citogenetike kukuruza. Njegovu istraživačku skupinu činili su uzgajivači biljaka i citolozi, uključujući Charlesa R. Burnham, Marcus Rhoades, George Wells Beadle i Harriet Creighton.

Glavni cilj McClintockovog rada u to vrijeme bio je razviti tehnike za vizualizaciju i karakterizaciju kromosoma kukuruza. Stvorio je tehniku ​​koja se temelji na bojanju karminom kako bi mogao vidjeti te kromosome kroz svjetlosnu mikroskopiju, pokazujući po prvi put oblik deset kromosoma u kukuruzu. Proučavajući morfologiju ovih kromosoma, uspio je povezati likove koji se nasljeđuju zajedno s kromosomskim segmentima i potvrditi da su kromosomi dom gena.

Godine 1930. Barbara McClintock bio je prva osoba koja je opisala križanja koja se javljaju između homolognih kromosoma tijekom mejoze. Zajedno sa svojom studenticom doktorske disertacije, Harriet Creighton, 1931. je pokazao da postoji veza između ovog mejotskog kromosomskog križanja i rekombinacije nasljednih osobina. McClintock i Creighton su otkrili da rekombinacija kromosoma i rezultirajući fenotip rezultiraju nasljeđivanjem nove osobine.

Tijekom ljeta 1931. i 1932. radio je u Missouriju s prestižnim genetičarom Lewisom Stadlerom, koji mu je pokazao korištenje X-zraka kao elementa koji može izazvati mutacije. Koristeći mutagenizirane kukuruzne linije, McClintock je identificirao prstenaste kromosome, odnosno kružne DNA strukture nastale spajanjem krajeva jednog ozračenog kromosoma. Tijekom tog razdoblja također je pokazao postojanje nukleolarnog organizatora u području 6. kromosoma kukuruza, za koji se pokazalo da je bitan za sastavljanje jezgrica.

Barbara McClintock dobila je stipendiju Guggenheim Foundation koja je platila za njezino šestomjesečno naukovanje u Njemačkoj tijekom 1933. i 1934. godine. Njegov početni plan bio je raditi s genetičarom Curtom Sternom, istraživačem koji je tjednima demonstrirao križanje u Drosophila (muhe). nakon što su ona i Creighton učinili isto s kukuruzom, ali dogodilo se da je Stern upravo tamo emigrirao u Ameriku trenutak. Iz tog razloga, laboratorij koji je na kraju prihvatio McClintocka bio je Richard B. Goldschmidt.

Zbog tadašnje političke napetosti u Njemačkoj, u kojoj je vidio kako je nacistički uspon neminovan, McClintock se vratio u Cornell, gdje će ostati do 1936. godine. Te je godine dobila mjesto docentice na Odsjeku za botaniku na Sveučilištu Missouri-Columbia.

• Možda će vas zanimati: "Razlike između DNK i RNA"

Iskustva u Missouriju

Dok je bio na Sveučilištu Missouri, McClintock je nastavio liniju rendgenske mutageneze. Uočio je da se kromosomi lome i spajaju u tim uvjetima, ali da su stanice endosperma također to činile spontano. Saznao kako krajevi prekinutih kromatida spojeni su nakon replikacije DNK u fazi mitoze.

Točnije, u anafazi su slomljeni kromosomi formirali kromatidni most, koji je nestao kada su se kromatide pomaknule prema staničnim polovima. Ove rupture su nestale, stvarajući spojeve tijekom međufaze sljedeće mitoze, ponavljanje ciklusa i izazivanje masivnih mutacija, što je dovelo do pojave endosperma šarolik.

Ovaj ciklus lomljenja, spajanja i premošćavanja kromosoma smatrao se ključnim otkrićem u to vrijeme.. Prvo, zato što je pokazalo da vezanje kromosoma nije slučajan proces, i drugo, jer je identificiralo mehanizam za proizvodnju velikih mutacija. Zapravo, ovo otkriće je toliko važno da se i danas koristi, posebno u proučavanju istraživanja raka.

Iako je njezino istraživanje davalo vrlo zelene izbojke u Missouriju, McClintock nije bila nimalo zadovoljna svojim položajem. Osjećala se isključenom sa sastanaka fakulteta i nije bila obaviještena o slobodnim mjestima na drugim institucijama. Unatoč činjenici da je na početku imao veliku podršku svojih vršnjaka, akademska konkurentnost i činjenica da je bila neovisna i usamljena žena svaki put ju je otuđila u svojim istraživanjima plus.

Neugodna anegdota koja bi pokazala koliko su ga neki njegovi vršnjaci malo cijenili Godine 1936. pojavila se objava zaruka za ženu s istim imenom i prezimenom. novine. Pomiješavši ovu ženu s njom, njezin šef odjela zaprijetio joj je otkazom ako se uda. Do tada je McClintock već bio potpredsjednik Genetičkog društva Amerike.

McClintock je izgubio povjerenje u svog koordinatora Stadlera i u upravu Sveučilišta Missouri. Stoga, kada je 1941. dobio poziv od ravnatelja Odjela za genetiku u Cold Spring Harbor Laboratoriju da ondje provede ljeto, odmah ga je prihvatio. Učinio je to kao način traženja posla na mjestu koje nije Missouri, okušavajući sreću.

Također, otprilike u to vrijeme prihvatio bi mjesto gostujućeg profesora na Sveučilištu Columbia, gdje je njegov kolega Marcus Rhoades bio profesor. Ponudio je da podijeli svoje istraživanje s Cold Spring Harborom na Long Islandu. U prosincu 1941. ponuđen je istraživačko mjesto u laboratoriju Cold Spring Harbor, koji pripada Odjelu za genetiku Carnegie Instituta u Washingtonu. Na kraju bih to prihvatio.

• Povezani članak: "Kromosomi: što su, karakteristike i kako rade"

Istrage u Cold Spring Harboru

Nakon godinu dana rada na pola radnog vremena u Cold Spring Harboru, Barbara McClintock prihvatila je mjesto istražitelja s punim radnim vremenom u Cold Spring Harboru. Tamo će nastaviti svoj rad na ciklusu break-merge-bridge, koji je bio izuzetno produktivno razdoblje u znanstvenim publikacijama.

Zbog ovih plodnih istraživanja, McClintock priznata je 1944. kao akademik u Nacionalnoj akademiji znanosti Sjedinjenih Država, kao treća žena koja je izabrana. Godinu dana kasnije imenovana je predsjednicom Genetičkog društva Amerike, čast koja nikada nije bila dodijeljena ženi.

Na preporuku genetičara Georgea Beadlea, 1944. godine napravio je citogenetsku analizu gljive Neurospora crassa. Beadle je pokazao odnos gena i enzima radeći s ovom gljivicom po prvi put. McClintock je odredio kariotip gljive kao i njezin životni ciklus i od tada je N. crassa se koristi kao model organizma u genetskim studijama.

• Možda će vas zanimati: "Razlike između mitoze i mejoze"

Otkriće regulacije gena

McClintock posvetio ljeto 1944. otkrivanju biološkog mehanizma iza fenomena genetskog mozaika, genetsko stanje koje je uzrokovalo da sjeme istog klipa ima različite boje. Pronašao je dva mjesta na kromosomima (lokus) koja je nazvao "Disociator" (Ds) i "Activator" (Ac). Ds je bio povezan s lomljenjem kromosoma, osim što je utjecao na aktivnost obližnjih gena kada je Ac bio prisutan. 1948. otkrio je da su oba lokusa prenosivi elementi koji mogu promijeniti svoje mjesto na kromosomu.

McClintock je proučavao učinke transpozicije Ac i Ds analizirajući uzorke obojenosti zrna kukuruza kroz generacije križanja. Njegova opažanja dovela su ga do zaključka da je Ac kontrolirao transpoziciju Ds na kromosomu 9, te da je njegova transpozicija bila uzrok raspada kromosoma.

Kada se Ds pomiče dolazi do izražaja gen koji određuje boju aleurona (sjemena kukuruza), budući da se gubi represivni učinak Ds-a i posljedično dolazi do pojave boje. Ova transpozicija je nasumična, što znači da neće utjecati na sve stanice, što objašnjava zašto se mozaik pojavljuje u beskonačnosti. McClintock je također utvrdio da je transpozicija D-a određena brojem kopija Ac.

Tijekom desetljeća 50-ih razvio hipotezu koja je objasnila kako prenosivi elementi reguliraju djelovanje gena, inhibirajući ih ili modulirajući ih. On je definirao Ds i Ac kao kontrolne jedinice ili regulatorne elemente, kako bi ih jasno odvojio od gena. Time je pretpostavio da regulacija gena može objasniti kako višestanični organizmi mogu diverzificirati karakteristike svake stanice, unatoč činjenici da je njihov genom identičan. Ova ideja potpuno je promijenila koncept genoma, koji se do tada tumačio kao puki skup statičkih uputa.

McClintockov rad na regulaciji gena i kontrolnim elementima bio je toliko složen i nov da ostatak znanstvene zajednice bio je pomalo sumnjičav prema njegovim otkrićima. Zapravo, i sama je taj odgovor opisala kao mješavinu zbunjenosti i neprijateljstva. Unatoč tome, McClintock je nastavio sa svojom istragom.

Kasnije će identificirati novi regulatorni element nazvan "Supressor-mutator" (Spm) koji, iako je bio sličan Ac i Ds, obavlja složenije funkcije. No, s obzirom na tadašnje reakcije znanstvene zajednice i McClintockovu percepciju da se udaljava od glavne znanosti, natjeralo ga je da prestane objavljivati ​​svoju rezultate.

Priznanja i prošle godine

Godine 1967. McClintock se povukao sa svog mjesta na Carnegie institutu., proglašen uglednim članom istog. To joj je priznanje omogućilo da nastavi raditi kao znanstvenica emeritus u Cold Spring Harbor Laboratory sa svojim kolegama diplomiranim studentima. Zapravo, ostala je povezana s laboratorijem do dana svoje smrti.

Godine 1973. priznao je razlog zašto je odlučio ne nastaviti objavljivati ​​svoja otkrića o regulatornim elementima, unatoč tome što je nastavio samostalno istraživati. Komentirao je da je zbog njegovog iskustva u laboratorijima vrlo teško osvijestiti drugu osobu o svojim neizgovorenim pretpostavkama. Smatrao je da se, zbog fiksnih ideja mnogih znanstvenika, neki pomaci ne mogu podijeliti u određenom trenutku, jer će kritika biti osigurana. Morate pričekati da se dogodi konceptualna promjena i komunicirati ih u pravo vrijeme.

Njegovo iskustvo dalo je snagu njegovim mišljenjima u tom pogledu, Trebala su desetljeća da se njihova otkrića uzmu u obzir. Rad Barbare McClintock bio je u potpunosti cijenjen tek kada su 1960-ih genetičari François Jacob i Jacques Monod došli do sličnih zaključaka svojim odgovarajuće studije, predstavljene u radu iz 1961. pod naslovom “Genetski regulatorni mehanizmi u sintezi proteina”. proteini”). McClintock je pročitao rad i usporedio svoje nalaze s onima koje su iznijeli Francuzi.

na sreću, McClintock je konačno bila nadaleko poznata po svom radu. Njegovo otkriće transpozicije bilo je cijenjeno kada su ovaj isti proces opisali drugi autori u bakterijama i kvascima 1960-ih i 1970-ih. 70-ih godina Ac i Ds su klonirani, što je pokazalo da su transpozoni klase II.

Ac je potpuni transpozon, koji u svom slijedu kodira funkcionalnu transpozazu, koja omogućuje kretanje elementa kroz genom. Umjesto toga, Ds kodira nefunkcionalnu, mutiranu verziju transpozaze i zahtijeva prisutnost Ac da bi uskočio u genom, nešto što odgovara McClintockovom funkcionalnom opisu. Kasnije studije su pokazale da se ove sekvence ne pomiču ako nisu pod stresom, kao što je prekid zračenjem ili nekim drugim, zbog toga bi njegova aktivacija mogla biti evolucijski izvor varijabilnost.

McClintock shvatio ulogu ovih agenasa kao evolucijskih agenata prije nego što su i drugi znanstvenici posumnjali u to. Zapravo, danas se Ac/Ds sustav koristi kao alat za mutagenezu u biljkama, za karakterizaciju gena nepoznate funkcije iu vrstama koje nisu kukuruzne.

Zahvaljujući činjenici da je konačno prepoznata istinitost njezinih saznanja i vrijednost njenog rada, primjenjiva i izvan područja botanike, Barbara McClintock je dobila Nobelovu nagradu za fiziologiju 1983. godine, kao sedma žena koja ju je dobila i, za razliku od drugih prilika, dobila je samo jednu osoba. Inače, Nobelova nagrada za znanost ide istraživačkim timovima, ali budući da je McClintock većinu svog života morala biti samozaposlena, zasluge su pripale njoj samoj.

Barbara McClintock umrla je prirodnom smrću 2. rujna 1992. u bolnici Huntington, u blizini Cold Spring Harbor laboratorija gdje je živjela toliko trenutaka. Imao je devedeset godina, i je li preminuo ne ostavivši potomstvo ili se ikad oženio?