Barbara McClintock (1902–1992) — Nobeli laureaat ja transposoonide avastaja

Barbara McClintock — Nobeli laureaat ja transposoonide avastaja. Ülevaade pioneeri maisi tsütogeneetikast, teadustööst ja geneetilise regulatsiooni mõjust tänapäeval.

Barbara McClintock (16. juuni 1902 – 2. september 1992) oli Ameerika Ühendriikide bioloog ja silmapaistev tsütogeneetik, kes uuris põhjalikult maisi pärilikkust. McClintockile anti 1983. aastal Nobeli preemia füsioloogia või meditsiini alal tema töö eest liikuvate DNA‑elementide — transposoonide — avastamisel ja iseloomustamisel.

McClintock sai 1927. aastal Cornelli ülikoolist doktorikraadi botaanikas. Tema kogu ülejäänud karjääri keskmes oli maisi tsütogeneetika ja kromosoomide uurimine.

Alates 1920. aastate lõpust uuris McClintock kromosoomi struktuuri ja muutusi maisi sugurakkude arengu ajal. Ta kasutas mikroskoopilist analüüsi, et näidata geneetilist rekombinatsiooni ristumise teel meioosi ajal - mehhanismi, mille abil kromosoomid vahetavad teavet.

Ta koostas esimese geneetilise kaardi maisi kohta ning tõestas telomeeri ja tsentromeeri olulise rolli kromosoomide stabiilsuses ja järjestuste säilitamises. Tema töö aitas paremini mõista, kuidas kromosoomid organiseerivad ja edastavad geneetilist informatsiooni.

Teda tunnustati oma ala tippspetsialistina: talle anti mainekaid stipendiume ning 1944. aastal valiti ta Rahvusliku Teaduste Akadeemia liikmeks.

1940. ja 1950. aastatel avastas McClintock transpositsiooni — mehhanismi, mille kaudu teatud DNA‑elementid võivad kromosoomidel liikuda — ning kasutas seda nähtust, et selgitada, kuidas geenid võivad sisse- või välja lülituda ja mõjutada nähtavaid tunnuseid (näiteks maisi seemnete värvust). Ta töötas välja teooriad geneetilise regulatsiooni kohta põlvkondade vahel. Sest ta suhtus oma tulemustesse ja nende tõlgendustesse kriitiliselt, vähendas ta 1953. aastal oma andmete avaldamist, kuni hilisemate uuringute ja mõistmise paranemiseni. Hiljem tegi ta ulatuslikke välitöid ja uurimusi Lõuna-Ameerika maisiloomade tsütogeneetika kohta.

McClintocki töö leidis 1960. ja 1970. aastatel laialdast kinnitust ja selgitust, kui teised teadlased leidsid sarnaseid liikuva DNA mehhanisme bakterites ja muudest organismides. Tema tähelepanekud näitasid, et genoom ei ole staatiline, vaid võib olla dünaamiline ja reguleeritav, mis muutis sügavalt arusaama geeniregulatsioonist ja evolutsioonist.

Järgnesid arvukad auhinnad ja tunnustused tema panuse eest transposoonide ja liikuva DNA avastamisel; ta on üks väheseid naisi, kes on saanud jagamata Nobeli preemia kategoorias "füsioloogia või meditsiin".

Lisateave McClintocki töö ja pärandi kohta

McClintock töötas suure osa oma teadustööst teadusasutustes nagu Cornelli ülikool ja hiljem Carnegie Institution (Cold Spring Harbor), kus ta arendas edasi mikroskoopilisi ja tsütoloogilisi meetodeid kromosoomide uurimiseks. Tema metoodiline täpsus ja oskus siduda morfoloogilisi vaatlusi geneetiliste tulemuste ning fenotüüpidega olid võtmetähtsusega, et tõusta vaatluste põhjal teoreetiliste järeldusteni.

Üks olulisemaid konkreetseid avastusi olid niinimetatud „Ac” (Activator) ja „Ds” (Dissociation) elemendid maisis — liikuva DNA näited, mis võivad muuta lähedal asuvate geenide avaldumist ja põhjustada nähtavat värvuse varieeruvust viljades. Need leiud näitasid, et geenide aktiivsus võib sõltuda nende kontekstist kromosoomis ja sellest, kas liikuva element on kohal või mitte.

Kuigi tema ideid ei aktsepteeritud kohe laialdaselt — osa teaduskonnast oli 1940.–1950. aastatel skeptiline — kinnitasid hilisemad molekulaarbioloogia avastused McClintocki tõlgendusi. Tänapäeval peetakse tema töö äraütlemata tähtsaks genomika, evolutsiooni ja geeniregulatsiooni mõistmisel.

Isiklik elu ja õpetuslik mõju

McClintock oli tuntud oma sõltumatu teadusliku stiili ja pühendumuse poolest. Ta ei abiellunud ega järginud karjääris traditsioonilisi radasid, keskendudes pikki aastaid intensiivsele labori- ja välitööle. Tema uurimistöö mõjutas tugevalt järgmisi põlvkondi geneetikuid ja tsütogeneetikuid ning tema meetodid ja järeldused on aluseks kaasaegsele uurimistööle mobiilse DNA ja genoomide dünaamikas.

Oluline tähendus tänapäeval

McClintocki avastused on kaasa aidanud paljudele kaasaegsetele rakendustele: transposoonide osa on tähtis nii evolutsioonilises muutlikkuses kui ka biotehnoloogias (näiteks geneetilised tööriistad ja järjestustöötlus). Tema töö tuletab meelde, et geenid ei ole üksnes staatilised üksused, vaid osa elusorganismide dünaamilisest ja kohanemisvõimelisest süsteemist.

Barbara McClintock suri 1992. aastal, kuid tema teadustöö ja ideed elavad edasi tänapäeva geneetikas, genomikas ja evolutsiooniteoorias, olles endiselt paljude teadusavastuste ja õpetuste aluseks.

Kontrollivate elementide avastamine

1944. aasta suvel alustas McClintock Cold Spring Harbori laboratooriumis süstemaatilisi uuringuid maisiseemnete värvuslike mustrite pärilikkuse kohta. 1948. aasta alguses tegi ta üllatava avastuse, et kaks geneetilist lokatsiooni, Dissotsiator ja Aktivaator, võivad kromosoomidel transponeeruda ehk muuta asukohta.

McClintock leidis ka, et Ds ja the transpositsiooni määrab Ac koopiate arv rakus.

Aastatel 1948-1950 töötas ta välja teooria: need liikuvad elemendid reguleerivad geene, pärssides või moduleerides nende toimet. Ta nimetas dissotsiatorit ja aktivaatorit "kontrollivateks üksusteks" - hiljem "kontrollivateks elementideks" -, et eristada neid geenidest.

Ta pakkus välja, et geeniregulatsioon võib selgitada, kuidas identsete genoomidega rakkudest koosnevatel keerukatel hulkraksetel organismidel on erineva funktsiooniga rakud. McClintocki avastus seadis kahtluse alla arusaama genoomist kui staatilisest põlvkondade vahel edasiantud juhiste kogumist.

1950. aastal esitas ta oma töö Ac/D-ga ja oma ideed geeniregulatsiooni kohta ühes artiklis. 1951. aasta suvel, kui ta teatas oma tööst geenide muutlikkuse kohta maisis Cold Spring Harbori laboratooriumi iga-aastasel sümpoosionil.

Tema töö kontrollivate elementide ja geeniregulatsiooni alal oli keeruline ning tema kaasaegsed ei mõistnud ega aktsepteerinud seda kohe; ta kirjeldas oma uurimistöö vastuvõtmist kui "mõistmatust, isegi vaenulikkust". Sellest hoolimata jätkas McClintock oma ideede arendamist kontrollelementide kohta. Ta avaldas 1953. aastal uurimuse, kus ta esitas kõik oma statistilised andmed, ja tegi 1950. aastatel loengute ringreise ülikoolidesse, et rääkida oma tööst. Ta jätkas probleemi uurimist ja tuvastas uue elemendi, mida ta nimetas Supressor-mutatoriks (Spm), mis on küll sarnane Ac/D-ga, kuid näitab keerulisemat käitumist.

Ac/Ds seos maisi elementide ja mosaiikvärvi kontrollimisel. Seeme 10 on värvitu, selles puudub Ac-element ja Ds pärsib antotsüaniinideks nimetatavate värviliste pigmentide sünteesi. Aastatel 11-13 on olemas üks Ac koopia. Ds võib liikuda ja osa antotsüaniini tekib, tekitades mosaiikmustri. Paneeli 14 tuumas on kaks Ac-elementi ja 15-s on kolm.

Küsimused ja vastused

K: Millal sündis Barbara McClintock?

K: Millises ülikoolis ta õppis?

K: Millisele teadustööle ta oma ülejäänud karjääri jooksul keskendus?

K: Mida McClintock 1940. ja 1950. aastatel avastas?

K: Millal valiti ta Rahvusliku Teaduste Akadeemia liikmeks?

K: Miks McClintock lõpetas oma andmete avaldamise 1953. aastal?

K: Millise auhinna sai ta oma panuse eest geneetikauuringutesse?

Otsing