Barbara McClintock: biografi och bidrag från denna amerikanska forskare

Även om man redan på 1930-talet misstänkte att kromosomerna innehöll gener, de bitar av genetiskt material som kodar för vem vi är, var detta inte empiriskt bevisat. Många hade försökt, men ingen hade hittat visuella bevis på kromosom-gen-sambandet.

Men Barbara McClintock anlände, som med sina självodlade majsplantor skulle kunna bevisa det, trots att många såg henne som en ren botanist med en genetikers känsla.

Den här forskarens figur är en person som på grund av hur avancerad hon var för sin tid blev missförstådd. Därefter kommer vi att upptäcka vad hans berättelse var genom en biografi om Barbara McClintock, där vi kommer att se varför det har varit så viktigt för genetikens historia.

• Relaterad artikel: "Rosalind Franklin: biografi och bidrag från denna brittiska kemist"

Kort biografi om Barbara McClintock

Barbara McClintock var en amerikansk forskare specialiserad på cytogenetik som tilldelades Nobelpriset i medicin eller fysiologi 1983, som är den sjunde kvinnan att få ett sådant erkännande.

Deras arbete svarade exakt på 1930-talets mest intressanta fråga: i vilken struktur av cellen finns gener? McClintocks forskning, tillsammans med sin doktorand Harriet Creighton, tjänade till att empiriskt visa att gener var lokaliserade på kromosomer. Hans arbete med majsväxter gav för första gången ett visuellt samband mellan vissa ärftliga egenskaper och deras grund på kromosomer.

Deras forskning fann också att gener inte alltid upptar samma plats på kromosomen. McClintock upptäckte transpositionen av gener, något som krockade med tanken på hans tid att genetiskt material var statiskt. Det var därför ett mycket mer komplext och flexibelt element än vad som antogs vid den tiden, en dynamisk struktur som kan omorganisera sig själv.

• Du kanske är intresserad av: "Gregor Mendel: Biografi om den moderna genetikens fader"

Barndom och ungdom

Barbara McClintock föddes i Hartford, Connecticut (USA) den 16 juni 1902. Hon var från början registrerad som Eleanor, men efter fyra månader ändrades registreringen till det namn som hon var känd under, Barbara. Hon var den tredje dottern i äktenskapet mellan läkaren Thomas Henry McClintock och Sara Handy McClintock. Hon visade större närhet till sin pappa än till sin mamma och betonade i vuxen ålder att båda hade varit mycket stödjande, även om relationerna till hennes mamma hade varit ganska kalla.

McClintock visade stor självständighet sedan hon var liten, något som hon själv skulle beskriva som en stor förmåga att vara ensam. Från tre års ålder till skolan bodde McClintock med sina farbröder i grannskapet. från Brooklyn, New York, för att hjälpa sin familj ekonomiskt medan hans far etablerade en mottagningsrum.

Han avslutade sin gymnasieutbildning vid Erasmus Hall High School i Brooklyn. Från en ung ålder visade han ett intresse för vetenskap, så han bestämde sig för att fortsätta sina studier vid Cornell University. Hennes mamma var emot detta, ville inte att hennes döttrar skulle få högre utbildning, och trodde att det försämrade deras chanser att gifta sig. Utöver detta gick familjen igenom vissa ekonomiska problem som hindrade dem från att betala för sina barns universitetsstudier.

Lyckligtvis kunde Barbara McClintock gå på Cornell School of Agriculture utan att betala undervisning, och efter att ha avslutat sin gymnasieutbildning kunde han kombinera sitt arbete på en arbetsförmedling med självlärd utbildning som härrörde från att gå till biblioteket offentlig. Slutligen och tack vare sin fars ingripande började han gå på Cornell 1919 där hans framgång inte skulle bli bara akademiskt men också socialt, att bli vald till ordförande i en studentförening i sin första kurs.

• Relaterad artikel: "Genetik och beteende: bestämmer gener hur vi agerar?"

Utbildning och forskning på Cornell

McClintock började studera vid Cornell School of Agriculture 1919, där han skulle studera botanik och få sin kandidatexamen (BSc) 1923. Hans intresse för genetik väcktes 1921, medan han gick den första kursen i det ämnet, ledd av växtförädlaren och genetikern C. B. Hutchison. På grund av McClintocks stora intresse bjöd Hutchinson in henne att delta i en doktorandkurs i genetik 1922. Detta skulle markera ett före och efter i McClintocks karriär, och fokusera hans viktiga ansträngningar på att fördjupa sig i genetik.

Både när han studerade examen och redan arbetade som botanikprofessor, McClintock ägnade sig åt det som då var ett nytt område för majscytogenetik. Hans forskargrupp bestod av växtförädlare och cytologer, inklusive Charles R. Burnham, Marcus Rhoades, George Wells Beadle och Harriet Creighton.

Huvudmålet med McClintocks arbete vid den tiden var att utveckla tekniker för att visualisera och karakterisera majskromosomer. Han skapade en teknik baserad på karminfärgning för att kunna se dessa kromosomer genom ljusmikroskopi, som för första gången visar formen på de tio kromosomerna i majs. Genom att studera morfologin hos dessa kromosomer kunde han relatera karaktärer som ärvs tillsammans med kromosomsegment och bekräfta att kromosomerna var genernas hem.

1930, Barbara McClintock var den första personen som beskrev korsningarna som sker mellan homologa kromosomer under meios. Tillsammans med sin doktorand, Harriet Creighton, visade han 1931 att det finns ett samband mellan denna meiotiska kromosomövergång och rekombinationen av ärftliga egenskaper. McClintock och Creighton fann att kromosomrekombination och den resulterande fenotypen resulterade i nedärvning av en ny egenskap.

Under somrarna 1931 och 1932 arbetade han i Missouri med den prestigefulle genetikern Lewis Stadler, som visade honom användningen av röntgenstrålar som ett element som kan inducera mutationer. Med hjälp av mutageniserade majslinjer identifierade McClintock ringkromosomer, det vill säga cirkulära DNA-strukturer genererade genom att fusionera ändarna av en enda bestrålad kromosom. Under denna period visade han också existensen av den nukleolära organisatören i en region av majskromosom 6, vilket har visat sig vara väsentligt för sammansättning av kärnor.

Barbara McClintock tilldelades ett Guggenheim Foundation-stipendium som betalade för hennes sex månaders lärlingsutbildning i Tyskland under 1933 och 1934. Hans ursprungliga plan var att arbeta med genetikern Curt Stern, en forskare som demonstrerade korsning i Drosophila (flugor) i veckor. efter att hon och Creighton gjorde samma sak med majsen, men det hände sig att Stern immigrerade till Amerika precis där ögonblick. Av denna anledning var laboratoriet som slutligen accepterade McClintock Richard B. Goldschmidt.

På grund av den politiska spänningen i Tyskland vid den tiden, där han såg hur nazisternas uppgång var nära förestående, återvände McClintock till Cornell, där den skulle finnas kvar till 1936. Det året fick hon tjänsten som biträdande professor vid institutionen för botanik vid University of Missouri-Columbia.

• Du kanske är intresserad av: "Skillnader mellan DNA och RNA"

Erfarenheter i Missouri

Medan han var vid University of Missouri fortsatte McClintock linjen för röntgenmutagenes. Han observerade att kromosomerna gick sönder och smälte samman under dessa förhållanden, men att endospermceller också gjorde det spontant. Fick reda på hur ändarna av de trasiga kromatiderna förenades efter DNA-replikation i mitosfasen.

Specifikt var det i anafas som de trasiga kromosomerna bildade en kromatidbrygga, som försvann när kromatiderna rörde sig mot cellpolerna. Dessa bristningar försvann och bildade fackföreningar under mellanfasen av nästa mitos, upprepade cykeln och orsakade massiva mutationer, vilket ledde till uppkomsten av endosperm brokig.

Denna cykel av kromosombrytning, sammansmältning och överbryggning ansågs vara en avgörande upptäckt vid den tiden.. För det första för att den visade att kromosombindning inte var en slumpmässig process, och för det andra för att den identifierade en mekanism för produktion av storskaliga mutationer. Faktum är att denna upptäckt är så viktig att den fortfarande används idag, särskilt i studien av cancerforskning.

Även om hennes forskning gav mycket gröna skott i Missouri, var McClintock inte alls nöjd med sin position. Hon kände sig utestängd från fakultetsmöten och fick inte besked om lediga platser vid andra institutioner. Trots att han i början hade mycket stöd från sina kamrater, den akademiska konkurrenskraften och det faktum att hon var en självständig och ensam kvinna gjorde att hon blev alienerad i sina undersökningar varje gång plus.

En obehaglig anekdot som skulle visa hur lite uppskattad han var av några av sina kamrater är det 1936 dök ett förlovningsmeddelande för en kvinna med samma namn och efternamn upp i tidningar. Eftersom hon misstog den här kvinnan för henne, hotade hennes avdelningschef att avskeda henne om hon gifte sig. Då var McClintock redan vicepresident för Genetics Society of America.

McClintock hade tappat förtroendet för sin koordinator Stadler och för administrationen av University of Missouri. När han 1941 fick en inbjudan från direktören för genetikavdelningen vid Cold Spring Harbor Laboratory att tillbringa sommaren där, accepterade han den omedelbart. Han gjorde det som ett sätt att söka jobb på en annan plats än Missouri, och prövade lyckan.

Vid denna tidpunkt skulle han också acceptera tjänsten som gästprofessor vid Columbia University, där hans kollega Marcus Rhoades var professor. Han erbjöd sig att dela sin forskningslinje med Long Islands Cold Spring Harbor. I december 1941 erbjöds han en forskartjänst vid Cold Spring Harbor Laboratory, tillhörande Department of Genetics vid Carnegie Institution of Washington. Jag skulle sluta acceptera det.

• Relaterad artikel: "Kromosomer: vad är de, egenskaper och hur de fungerar"

Undersökningar vid Cold Spring Harbor

Efter att ha arbetat deltid i Cold Spring Harbor i ett år, accepterade Barbara McClintock en heltidstjänst som utredare vid Cold Spring Harbor. Där skulle han fortsätta sitt arbete med bryt-samman-bro-cykeln, vilket var en utomordentligt produktiv period i vetenskapliga publikationer.

På grund av dessa produktiva undersökningar, McClintock erkändes 1944 som akademiker i National Academy of Sciences i USA, och var den tredje kvinnan som blev vald. Ett år senare utsågs hon till president för Genetics Society of America, en ära som aldrig hade tilldelats en kvinna.

På rekommendation av genetikern George Beadle gjorde han 1944 en cytogenetisk analys av Neurospora crassa-svampen. Beadle hade visat ett gen-enzymförhållande genom att arbeta med denna svamp för första gången. McClintock bestämde svampens karyotyp såväl som dess livscykel och sedan dess har N. crassa används som modellorganism i genetiska studier.

• Du kanske är intresserad av: "Skillnader mellan mitos och meios"

Upptäckt av genreglering

McClintock ägnade sommaren 1944 åt att upptäcka den biologiska mekanismen bakom det genetiska mosaikfenomenet, ett genetiskt tillstånd som gjorde att fröna från samma majsöra hade olika färger. Han hittade två ställen på kromosomerna (locus) som han kallade "Dissociator" (Ds) och "Activator" (Ac). Ds var relaterat till kromosombrott, förutom att påverka aktiviteten hos närliggande gener när Ac var närvarande. 1948 upptäckte han att båda loci var transponerbara element som kunde ändra sin plats på kromosomen.

McClintock studerade effekterna av transponeringen av Ac och Ds analysera färgmönstren i majskärnorna genom generationer av korsningar. Hans observationer fick honom att dra slutsatsen att Ac kontrollerade transpositionen av Ds på kromosom 9, och att dess transposition var orsaken till kromosomens nedbrytning.

När Ds rör sig uttrycks genen som bestämmer färgen på aleuron (majsfrö), eftersom den repressiva effekten av Ds går förlorad och följaktligen uppkomsten av färg uppstår. Denna transponering är slumpmässig, vilket betyder att den inte kommer att påverka alla celler, vilket förklarar varför mosaik uppstår i fruktlöshet. McClintock fastställde också att transponeringen av Ds bestäms av antalet kopior av Ac.

Under 50-talets decennium utvecklade en hypotes som förklarade hur transposerbara element reglerar verkan av gener, hämmar eller modulerar dem. Han definierade Ds och Ac som kontrollenheter eller regulatoriska element, för att tydligt skilja dem från gener. Med detta antog han att genreglering kan förklara hur flercelliga organismer kan diversifiera egenskaperna hos varje cell, trots att deras genom är identiskt. Denna idé förändrade helt konceptet med genomet, som fram till dess tolkades som en ren uppsättning statiska instruktioner.

McClintocks arbete med genreglering och kontrollelement var så komplext och nytt att resten av det vetenskapliga samfundet var något misstänksam mot hans upptäckter. Faktum är att hon själv beskrev det svaret som en blandning av förvirring och fientlighet. Trots detta gick McClintock vidare och fortsatte med sin utredning.

Senare skulle han identifiera ett nytt regulatoriskt element som kallas "Supressor-mutator" (Spm) som, även om det liknade Ac och Ds, utförde mer komplexa funktioner. Men med tanke på reaktionerna från forskarsamhället vid den tiden och McClintocks uppfattning att han drev bort från mainstream vetenskap, fick honom att sluta publicera sin resultat.

Erkännanden och senaste åren

1967 gick McClintock i pension från sin post vid Carnegie Institution., utnämnd till framstående medlem av densamma. Denna utmärkelse gjorde det möjligt för henne att fortsätta arbeta som forskare emeritus vid Cold Spring Harbor Laboratory med sina doktorander. Faktum är att hon förblev ansluten till laboratoriet fram till sin dödsdag.

1973 erkände han anledningen till att han bestämde sig för att inte fortsätta att publicera sina resultat om regleringselement, trots att han fortsatte att undersöka på egen hand. Han kommenterade att det på grund av hans erfarenhet av labb är mycket svårt att göra en annan person medveten om hans outtalade antaganden. Han ansåg att på grund av många forskares fasta idéer kan vissa framsteg inte delas vid ett visst tillfälle, eftersom kritik kommer att garanteras. Du måste vänta på att en konceptuell förändring ska inträffa och kommunicera dem vid rätt tidpunkt.

Hans erfarenhet gav styrka till hans åsikter i detta avseende, Det tog decennier innan deras upptäckter beaktades. Barbara McClintocks arbete uppskattades först när genetikerna François Jacob och Jacques Monod på 1960-talet nådde liknande slutsatser med sina respektive studier, presenterade i ett arbete från 1961 med titeln "Genetic regulatory mechanisms in the synthesis of proteins". proteiner ”). McClintock läste verket och jämförde sina resultat med dem som fransmännen tog upp.

Lyckligtvis, McClintock blev äntligen allmänt erkänd för sitt arbete. Hans upptäckt av transponering uppskattades när samma process beskrevs av andra författare inom bakterier och jästsvampar på 1960- och 1970-talen. På 70-talet klonades Ac och Ds, vilket visade att de var klass II-transposoner.

Ac är ett komplett transposon, som i sin sekvens kodar för ett funktionellt transposas, som möjliggör förflyttning av elementet genom genomet. Istället kodar Ds för en icke-funktionell, muterad version av transposaset och kräver närvaro av Ac för att kunna hoppa in i genomet, något som passar McClintocks funktionsbeskrivning. Senare studier visade att dessa sekvenser inte rör sig om de inte är stressade, till exempel brytningar genom bestrålning eller andra, av denna anledning skulle dess aktivering kunna ge en evolutionär källa till variabilitet.

McClintock förstod rollen av dessa medel som evolutionära agenter innan ens andra vetenskapsmän misstänkte det. I själva verket används idag Ac/Ds-systemet som ett mutagenesverktyg i växter, för att karakterisera gener med okänd funktion och i andra arter än majs.

Tack vare det faktum att sanningen i hennes upptäckter och värdet av hennes arbete, tillämpligt utanför botanikens område, äntligen erkändes, Barbara McClintock fick Nobelpriset i fysiologi 1983, eftersom han var den sjunde kvinnan som fick det och, till skillnad från andra tillfällen, endast ett person. Normalt går Nobelpriset i vetenskap till forskarlag, men eftersom McClintock var tvungen att vara egenföretagare under större delen av sitt liv gick äran till henne ensam.

Barbara McClintock dog av naturliga orsaker den 2 september 1992 på Huntington Hospital, nära Cold Spring Harbor Laboratory där hon bodde så många stunder. Han var nittio år gammal, och gick han bort utan att lämna någon avkomma eller någonsin ha gift sig?