Barbara McClintock: Nobelpalkittu maissin sytogeneetikko, transposonien löytäjä

Barbara McClintock — Nobelpalkittu maissin sytogeneetikko ja transposonien löytäjä. Elämää ja ura, joka mullisti geenien säätelyn ja modernin perinnöllisyystieteen.

Barbara McClintock (16. kesäkuuta 1902 – 2. syyskuuta 1992) oli yhdysvaltalainen biologi, joka tunnetaan erityisesti pitkästä ja vaikutusvaltaisesta työstään maissin periytymisen sytogeneetiikassa. Hänelle myönnettiin vuonna 1983 Nobelin fysiologian tai lääketieteen palkinto tutkimuksestaan, joka selitti, miten geenit voivat siirtyä genomissa ja vaikuttaa ominaisuuksien ilmenemiseen.

McClintock väitteli tohtoriksi kasvitieteestä Cornellin yliopistossa vuonna 1927. Hän työskenteli sen jälkeen useissa akateemisissa tehtävissä ja teki pitkän uran erityisesti maissin parissa, koska maissi oli hänelle erinomainen malli ymmärtää kromosomien rakennetta ja toimintaa. Työnsä aikana hän kehitti tarkkoja mikroskooppisia menetelmiä ja sytogeneettisiä tekniikoita, joiden avulla hän pystyi seuraamaan kromosomien muutoksia soluissa.

1920-luvun lopulta lähtien McClintock tutki kromosomeja ja niiden käyttäytymistä meioosin aikana. Hän käytti mikroskooppista analyysiä osoittaakseen geneettisen rekombinaation, eli sitä, miten kromosomit vaihtavat perinnöllistä tietoa risteytymällä meioosissa. Näiden havaintojen avulla hän pystyi myös selittämään, miten perinnölliset ominaisuudet siirtyvät sukupolvelta toiselle.

McClintock laati ensimmäisen tunnetun geneettisen kartan maissille ja osoitti telomeerin ja sentromeerin merkityksen kromosomien vakaudelle ja perinnöllisyydelle. Hän osoitti esimerkiksi, että tiettyjen kromosomialueiden vauriot tai siirtymät vaikuttavat geeneihin ja ilmentymiseen.

1940- ja 1950-luvuilla McClintock teki läpimurtavan löydön: hän havaitsi maississa niin kutsutut "kontrolloivat tekijät", jotka pystyivät siirtymään paikasta toiseen genomissa. Tätä ilmiötä kutsutaan transpositioniksi. McClintock kuvaa löytöjään käytännössä osoittamalla, miten tietyt elementit, kuten myöhemmin nimetyiksi käyneet Ac- ja Ds-elementit, voivat poistaa tai palauttaa geenien toimintaa ja näin muuttaa kasvin ulkoista rakennetta, esimerkiksi siemenkuoren väritystä. Hän käytti näitä havaintoja näyttääkseen, miten geenit voivat kytkeytyä päälle tai pois päältä ja miten tämä vaikuttaa näkyviin ominaisuuksiin.

McClintock kutsui näitä liikkuvia jaksoja nimellä "controlling elements" ja esitti teorian, jonka mukaan genomissa oleva informaatio ei ole staattista vaan dynaamista: se voi muuttaa muotoaan ja toimintaa vastauksena kehitykseen tai ympäristön ärsykkeisiin. Aluksi monet kollegat suhtautuivat löytöihin epäilevästi, ja McClintock itse oli varovainen tulostensa tulkinnassa — tämän seurauksena hän julkaisi vähemmän 1950-luvun puolivälin jälkeen ja jatkoi tutkimuksiaan pitkälti omissa puitteissaan. Myöhemmin hän kuitenkin tutki myös Etelä-Amerikasta peräisin olevien maissilajien sytogenetiikkaa ja laajensi tulkintojaan laajemmiksi biologisiksi prosesseiksi.

McClintockin ajatukset ja havainnot saivat laajempaa tunnustusta vasta 1960- ja 1970-luvuilla, kun molekyylibiologian menetelmät kehittyivät ja tutkijat löysivät samankaltaisia liikkuvia elementtejä monista muista eliöistä. Nyt tiedetään, että transposonit ovat yleinen osa monien organismien genomia, ja niillä on suuri merkitys evoluutiossa, geenien säätelyssä ja genomien rakenteessa. McClintockin työllä oli siten ratkaiseva vaikutus nykyaikaiseen genetiikkaan ja genomitutkimukseen.

Merkittäviä tunnustuksia ja vaikutus

• Hänet valittiin Kansallisen tiedeakatemian jäseneksi vuonna 1944, mikä oli merkki laajasta arvostuksesta alalla.
• Vuonna 1983 hän sai Nobelin fysiologian tai lääketieteen palkinnon työstään liikkuvien geenielementtien löytämisestä ja merkityksen paljastamisesta.
• McClintock on usein mainittu yhtenä tärkeimmistä sytogenetiikan ja kasvien perinnöllisyyden tutkijoista. Hänen havainnoistaan seurannut käsitys genomin dynaamisuudesta on antanut perustan monille myöhemmille tutkimussuunnille, kuten geenien säätelyn, genomimutaatioiden ja evoluution mekanismien tutkimukselle.

Henkilökohtaisesti McClintock kuvattiin tarkkana, omistautuneena ja usein eristäytyneenä tutkijana, joka antoi suurimman arvon huolellisille empiirisille havainnoille. Hänen perintönsä näkyy nykygenetiikassa monin tavoin: transposoneja hyödynnetään tutkimuksessa, niiden roolia tutkitaan sairauksissa ja kehityksessä, ja ne ovat esimerkki siitä, miten yksittäinen havainto voi muuttaa koko tieteenalan käsitystä.

Barbara McClintock on myös ainoa nainen, joka on saanut jakamattoman Nobel-palkinnon kategoriassa "fysiologia tai lääketiede". Hänen työnsä muistuttaa siitä, että tieteelliset uudet ideat saattavat aluksi kohdata vastustusta, mutta perusteelliset ja toistetut havainnot voivat lopulta muuttaa käsityksemme elämästä ja perinnöllisyydestä.

Ohjauselementtien löytäminen

Kesällä 1944 McClintock aloitti Cold Spring Harbor -laboratoriossa systemaattiset tutkimukset maissin siementen värikuvioiden periytymisestä. Vuoden 1948 alussa hän teki yllättävän havainnon, että kaksi geenilokusta, Dissociator ja Activator, voivat transponoida eli vaihtaa sijaintia kromosomeissa.

McClintock havaitsi myös, että Ds:n ja the:n transpositio määräytyy solussa olevien Ac-kopioiden lukumäärän mukaan.

Vuosina 1948-1950 hän kehitti teorian, jonka mukaan nämä liikkuvat elementit säätelivät geenejä estämällä tai moduloimalla niiden toimintaa. Hän kutsui Dissosiaattoria ja Aktivaattoria "kontrolloiviksi yksiköiksi" - myöhemmin "kontrolloiviksi elementeiksi" - erottaakseen ne geeneistä.

Hän ehdotti, että geenien säätely voisi selittää, miten identtisen genomin omaavista soluista koostuvissa monimutkaisissa monisoluisissa organismeissa on soluja, joilla on erilainen toiminta. McClintockin löytö kyseenalaisti käsityksen genomista staattisena, sukupolvelta toiselle siirtyvänä ohjeistona.

Vuonna 1950 hän raportoi Ac/D:tä koskevasta työstään ja ajatuksistaan geenien säätelystä julkaisussaan. Kesällä 1951, kun hän raportoi työstään maissin geenimutaatiokyvystä Cold Spring Harbor Laboratorion vuotuisessa symposiumissa.

Hänen työnsä ohjauselementtien ja geenien säätelyn parissa oli vaikeaa, eivätkä hänen aikalaisensa heti ymmärtäneet tai hyväksyneet sitä; hän kuvaili tutkimuksensa vastaanottoa "hämmennykseksi, jopa vihamielisyydeksi". McClintock jatkoi kuitenkin kontrolloivia elementtejä koskevien ajatustensa kehittämistä. Hän julkaisi vuonna 1953 artikkelin, jossa hän esitteli kaikki tilastotietonsa, ja hän teki luentokiertueita yliopistoihin koko 1950-luvun ajan puhuakseen työstään. Hän jatkoi ongelman tutkimista ja tunnisti uuden elementin, jota hän kutsui nimellä Suppressor-mutator (Spm), joka, vaikka se muistuttaa Ac/D:tä, käyttäytyy monimutkaisemmin.

 
Ac/D: n suhde maissin elementtien ja mosaiikkivärin hallintaan. Siemen 10:ssä on väritön, siinä ei ole Ac-elementtiä ja Ds estää antosyaaneiksi kutsuttujen väripigmenttien synteesin. Kohdissa 11-13 esiintyy yksi Ac-kopio. Ds voi liikkua ja jonkin verran antosyaania syntyy, jolloin syntyy mosaiikkimainen kuvio. Paneelissa 14 olevassa ytimessä on kaksi Ac-alkua ja 15:ssä kolme.  

Kysymyksiä ja vastauksia

K: Milloin Barbara McClintock on syntynyt?

K: Missä yliopistossa hän opiskeli?

K: Minkälaiseen tutkimukseen hän keskittyi koko loppu-uransa ajan?

K: Mitä McClintock löysi 1940- ja 1950-luvuilla?

K: Milloin hänet valittiin kansallisen tiedeakatemian jäseneksi?

K: Miksi McClintock lopetti tietojensa julkaisemisen vuonna 1953?

K: Minkä palkinnon hän sai panoksestaan genetiikan tutkimukseen?

Hae kirjaimella