George W. Beadle — Nobelio laureatas už „vienas genas–vienas fermentas“
George W. Beadle — Nobelio laureatas, atskleidęs „vienas genas–vienas fermentas“ principą. Istorija apie genetikos proveržį, Neurospora eksperimentus ir mutacijų atradimus.
George'as Wellsas Beadle'as (1903 m. spalio 22 d. - 1989 m. birželio 9 d.) - amerikiečių genetikas. Jis buvo vienas iš genetikos ir biochemijos sąveikos tyrimų pionierių, kurių darbai padėjo sujungti paveldimumo principus su ląstelinių cheminių reakcijų mechanizmais.
Nobelio fiziologijos ar medicinos premiją jis gavo kartu su Edvardu Tatumu; jie pasidalijo premiją su Džošua Lederbergu, kuris kartu su Tatumu dirbo bakterijų genetikos srityje. Laureatų darbai buvo įvertinti 1958 m., už esminį indėlį į genetikos ir biochemijos ryšio supratimą.
Beadle'as ir Tatumas atrado genų vaidmenį reguliuojant biocheminę sintezę ląstelėse. Jų tyrimai tapo svarbiu žingsniu link molekulinės genetikos – jie parodė, kad genetinė informacija lemia specifinių biocheminių reakcijų vykimą per baltymus (fermentus).
Eksperimentų eiga ir metodai
Pagrindiniai Beadle'o ir Tatumo eksperimentai buvo susiję su duonos pelėsio Neurospora crassa paveikimu rentgeno spinduliais, kurie sukėlė mutacijas. Jie apšvitino sporų populiacijas, išskyrė mutantas, o vėliau auginimo bandymais ant minimalaus maitinimo terpės nustatė, kurių maistinių medžiagų trūkumas trukdo mutantų augimui.
Tai leido atskirti vadinamuosius auxotrofinus (mutantus, kuriems reikalingas tam tikras junginys, kurio sveiki organizmai gali pasigaminti patys) nuo prototrofinų (galinčių augti minimalioje terpėje). Tolimesniais eksperimentais jie papildomai pridėdavo specifinius aminorūgščių ar vitaminų junginius, kad nustatytų, kuri biocheminė grandinė buvo pažeista. Genetinė analizė parodė, kad dauguma tokių reiškinių buvo perteikiami mendelinių genų lygmeniu – viena konkretizuota mutacija sutrikdydavo vieną biosintetinį žingsnį.
Beadle'o ir Tatumo išvados buvo glaustai suformuluotos kaip „vienas genas - vienas fermentas“ hipotezė: kiekvienas genas esą koduoja vieno fermento sintezę, kuris kontroliuoja vieną atskirą biocheminę reakciją. Ši idėja padėjo susieti genetinę informaciją su konkrečiomis metabolinėmis funkcijomis.
Pasekmės, pataisymai ir reikšmė
„Vienas genas - vienas fermentas“ hipotezė tapo kertiniu principu, nukreipusiu tolesnius molekulinės biologijos ir biochemijos tyrimus. Vėliau ši idėja buvo patikslinta: paaiškėjo, kad
- kai kurie fermentai sudaryti iš kelių polipeptidinių grandinių, todėl keli genai gali reikšti skirtingas subvienetas vienam fermentui;
- genas koduoja polipeptidą (polipeptidinę grandinę), o ne visuomet galutinį aktyvų fermentą, todėl vėliau terminas buvo suformuluotas kaip „vienas genas – vienas polipeptidas“;
- be to, alternatyvus išskyrimas, posttransliacinės modifikacijos ir net genų reguliacija parodė, kad ryšys tarp geno ir fenotipo gali būti sudėtingesnis nei pirminė hipotezė.
Vis dėlto Beadle'o ir Tatumo eksperimentų metodai ir konceptualūs sprendimai padėjo suformuluoti eksperimentinę genetikos paradigmą: identifikuoti mutacijas, nustatyti jas blokuojančius biosintetinius žingsnius ir susieti genetinę informaciją su molekuliniu funkcionalumu. Šie principai vėliau tapo pagrindu biotechnologijos, metabolizmo inžinerijos ir molekulinės diagnostikos plėtrai.
Biografinis ir mokslinis palikimas
Beadle'as buvo aktyvus mokslininkas ir dėstytojas, jo darbai turėjo didelę įtaką genetikos mokyklų sąvokoms ir praktikai visame pasaulyje. Už indėlį į supratimą, kaip genai kontroliuoja ląstelės chemines funkcijas, jis tebėra minimas kaip svarbi figūra molekulinės genetikos istorijoje. Jo idėjos paskatino naujus eksperimentinius metodus ir prisidėjo prie perėjimo nuo klasikinės prie molekulinės genetikos.
Santrauka: George'as W. Beadle'as kartu su Edwardu Tatumu parodė, kaip paveldimos mutacijos sutrikdo konkrečius fermentų veikimus ląstelėse, pasiūlė „vienas genas - vienas fermentas“ hipotezę ir už tai 1958 m. buvo apdovanoti Nobelio premija. Nors idėja vėliau buvo patikslinta, jos poveikis mokslo raidai buvo ir tebėra esminis.
Gyvenimas ir karjera
George'as Wellsas Beadle'as gimė 1903 m. spalio 22 d. Wahoo, Nebraskoje. Jis buvo ūkininkų sūnus; jo tėvai turėjo ir valdė 40 akrų (160 000 m2) ūkį.
Džordžas galėjo tapti ūkininku, jei vienas iš jo mokytojų nebūtų nukreipęs jo minčių į mokslą ir žemės ūkio koledžą Linkolne, Nebraskos valstijoje.
1926 m. baigęs studijas, jis dirbo su hibridiniais kviečiais ir Zea mays. 1931 m. jis gavo Nacionalinės mokslinių tyrimų tarybos stipendiją Kalifornijos technologijos institute Pasadenoje, kur dirbo nuo 1931 iki 1936 m. Šiuo laikotarpiu jis tęsė darbą su indiškais kukurūzais ir, bendradarbiaudamas su Dobžanskiu ir Sturtevantu, pradėjo tirti vaisinės muselės Drosophila melanogaster kryžminimą.
1935 m. Beadle'as šešis mėnesius lankėsi Paryžiuje, kur dirbo su Borisu Efrusiu Fizikinės ir cheminės biologijos institute (Institut de Biologie physico-chimique). Kartu jie pradėjo tirti Drosophila akių pigmento vystymąsi, kuris vėliau paskatino dirbti grybo Neurospora genetikos biochemijos srityje.
1937 m. Beadle'as buvo paskirtas biologijos (genetikos) profesoriumi Stanfordo universitete, kur dirbo devynerius metus, didžiąją dalį šio laikotarpio bendradarbiaudamas su Tatumu.
1946 m. grįžo į Kalifornijos technologijos institutą kaip biologijos profesorius ir biologijos skyriaus pirmininkas. Čia jis dirbo iki 1961 m. sausio, kai buvo išrinktas Čikagos universiteto kancleriu, o tų pačių metų rudenį - šio universiteto prezidentu.
George'as Beadle'as mirė 1989 m. birželio 9 d.
Vėlesni darbai
Vėliau Beadle'o ir Tatumo darbą tęsė E. B. Lewisas, tyrinėjęs, kaip genai kontroliuoja embrionų vystymąsi, ir Phillipas Sharpas bei Richardas Robertsas, atradę intronus ir RNR splaisingą. Visi trys už savo darbus gavo Nobelio premijas.
1977 m. Šarpo ir Robertso laboratorijose atliktas darbas parodė, kad aukštesniųjų organizmų genai yra "suskaidyti" arba DNR molekulėje yra keli skirtingi segmentai.
Koduojančias geno sritis skiria nekoduojanti DNR, kuri nedalyvauja baltymų raiškoje. Nekoduojančios sritys, intronai, yra išpjaunamos iš pirmtakų mRNR, vykstant procesui, vadinamam "splaisingu". Nustatyta, kad suskaldyto geno struktūra būdinga daugumai eukariotų genų. Dėl šios priežasties "vienas genas - vienas fermentas" negalioja paprastu būdu, kurį pateikė Beadle'as ir Tatumas. Taip yra todėl, kad
- Baltymui sukurti gali prireikti daugiau nei vieno geno.
- Iš mažesnio genų rinkinio galima sukurti daug skirtingų genų (žr. antikūnus).
Tačiau jų darbas savo laiku buvo didelis žingsnis į priekį.
Klausimai ir atsakymai
Klausimas: Kas yra George'as Wellsas Beadle'as?
A: George'as Wellsas Beadle'as buvo amerikiečių genetikas.
K: Už ką George'as Wellsas Beadle'as gavo Nobelio fiziologijos ar medicinos premiją?
A: George'as Wellsas Beadle'as Nobelio fiziologijos ar medicinos premiją laimėjo kartu su Edvardu Tatumu; jie pasidalijo premiją su Joshua Lederbergu, kuris kartu su Tatumu dirbo bakterijų genetikos srityje.
K: Ką atrado Beadle'as ir Tatumas?
A: Beadle'as ir Tatumas atrado genų vaidmenį reguliuojant biocheminę sintezę ląstelėse.
K: Kokie buvo pagrindiniai Beadle'o ir Tatumo eksperimentai?
A: Svarbiausi Beadle'o ir Tatumo eksperimentai buvo susiję su duonos pelėsio Neurospora crassa paveikimu rentgeno spinduliais, sukeliančiais mutacijas.
K: Ką Beadle'as ir Tatumas parodė savo eksperimentais?
A.: Atlikdami keletą eksperimentų Beadle'as ir Tatumas įrodė, kad mutacijos sukėlė specifinių fermentų, dalyvaujančių baltymų gamybos procesuose, pokyčius.
K: Ką pasiūlė Beadle'as ir Tatumas?
A: Beadle'as ir Tatumas pasiūlė tiesioginį ryšį tarp genų ir fermentinių reakcijų, vadinamą "vienas genas - vienas fermentas" hipoteze.
K: Kas yra hipotezė "vienas genas, vienas fermentas"?
A: Hipotezė "vienas genas, vienas fermentas" yra tiesioginis ryšys tarp genų ir fermentinių reakcijų, kurį savo eksperimente pasiūlė Beadle'as ir Tatumas.
Ieškoti