François Jacob – Nobel-palkittu ranskalainen biologi ja geenien säätelyn löytäjä
François Jacob (17. kesäkuuta 1920 – 19. huhtikuuta 2013) oli ranskalainen biologi, joka tunnetaan erityisesti geenien säätelyn mekanismien kartoittamisesta. Hän jakoi vuoden 1965 fysiologian tai lääketieteen Nobel-palkinnon Jacques Monodin ja André Lwoffin kanssa työstään, joka avasi uuden aikakauden molekyylibiologiassa.
Tärkeimmät löydöt ja vaikutus
Jacob ja Monod kuvasivat bakteereissa toimivan geenien säätelyn perusperiaatteet ja esittivät mallin, joka tunnetaan yleisesti operon-mallina. Heidän tutkimuksensa osoittivat, että entsyymitasoja solussa säädellään ennen kaikkea geenien ilmentymisen eli transkriptioon kohdistuvalla säätelyllä ja säätelyelementtien kautta tapahtuvalla palautteella. Tämä selitys muutti käsityksen siitä, miten solut reagoivat ympäristöönsä ja miten eri geenit kytkeytyvät toiminnallisesti toisiinsa.
Keskeisiä käsitteitä, joita Jacobin ja Monodin työ toi tieteeseen, ovat muun muassa:
- säätelygeeni ja sen tuottamat säätelyproteiinit (esim. repressori),
- operaattori eli DNA:n alue, johon säätelyproteiinit sitoutuvat,
- viestimolekyylit, kuten mRNA:n käsite, joka selittää, kuinka DNA:n viesti kulkee proteiinisynteesiä varten.
Tieteellinen ura ja myöhemmät työt
Jacob työskenteli pitkään tutkimuksen parissa ja oli merkittävä vaikuttaja Institut Pasteurissa sekä ranskalaisessa biotieteiden yhteisössä. Varhaisissa töissään hän keskittyi mikrobiologiaan ja bakteerien geneettiseen säätelyyn; myöhemmin hän laajensi kiinnostusta kehityksen biologiaan, solujen erilaistumiseen ja evoluution mekanismeihin. Jacob tunnetaan myös selkeistä populaaritieteellisistä kirjoituksistaan, joissa hän pohti biologian peruskysymyksiä ja evoluution luonnetta. Hän on muun muassa tuonut laajempaan tietoisuuteen ajatuksen evoluutiosta "bricoleur'ina" — eli sattuman ja uudelleenkäytön kautta rakentuvana ratkaisujen sarjana.
Vapaa-aika, maailmankatsomus ja perhetausta
Kollegansa Monodin tavoin Jacob oli lähes elinikäinen ateisti ja pohti usein biologian filosofisia ulottuvuuksia. Hän oli myös juutalaista syntyperää, mikä kuului hänen taustaansa, vaikka hänen työnsä ja julkinen keskustelunsa keskittyivät ensisijaisesti tieteeseen.
Perintö
François Jacobin ja hänen yhteistyökumppaneidensa löydökset loivat perustan modernille geenisäätelyn tutkimukselle. Niiden vaikutus ulottuu molekyylibiologian perusopetuksesta aina lääketieteellisiin sovelluksiin ja bioteknologiaan asti: ymmärrys geenien säätelystä on keskeinen esimerkiksi antibioottiresistenssin, aineenvaihduntasairauksien ja monien muiden biologisten ilmiöiden tutkimuksessa.
Jacobin tieteellinen ja kirjallinen tuotanto on yhä tärkeä osa biologian historiaa ja nykytutkimuksen teoreettista perustaa.
Tutkimus
Vuonna 1961 Jacob ja Monod tutkivat ajatusta, jonka mukaan entsyymien ilmentymistasojen hallinta soluissa on seurausta DNA-sekvenssien transkriptioon kohdistuvasta palautteesta.
Jo vuosia on tiedetty, että bakteerit ja muut solut voivat reagoida ulkoisiin olosuhteisiin säätelemällä keskeisten aineenvaihduntaentsyymiensä tasoja ja/tai niiden aktiivisuutta.
Jos bakteeri esimerkiksi joutuu liemeen, joka sisältää laktoosia eikä yksinkertaisempaa sokeria glukoosia, sen on sopeuduttava siihen:
- tuoda laktoosia,
- pilkkoa laktoosi sen ainesosiksi glukoosiksi ja galaktoosiksi ja
- muuntaa galaktoosin glukoosiksi.
Tiedettiin, että solujen entsyymit lisääntyvät näissä vaiheissa, kun ne altistuvat laktoosille.
DNA:ta koskevan työn myötä kävi selväksi, että kaikki proteiinit tuotetaan geneettisestä koodista. Jacob ja Monod osoittivat, että E. coli -bakteerissa on erityisiä proteiineja, jotka tukahduttavat DNA:n transkriptiota sen tuotteeksi (RNA. Tämä vähentää näiden tiettyjen entsyymien tuotantoa.
Lac-repressori
Lac-repressori on DNA:ta sitova proteiini, joka estää laktaasientsyymiä koodaavien geenien ilmentymisen. Repressori on aktiivinen laktoosin puuttuessa.
Tätä repressoria (lac-repressori) valmistetaan kaikissa soluissa. Se sitoutuu suoraan DNA:han kontrolloimiensa geenien kohdalla ja estää fyysisesti transkription. Kun laktoosia tulee saataville, se muuttuu allolaktoosiksi, joka estää lac-repressorin DNA:n sitoutumiskyvyn.
Näin saadaan luotua vankka takaisinkytkentä, jonka ansiosta laktoosia pilkkovia entsyymejä valmistetaan vain silloin, kun niitä tarvitaan.
Geenien toiminnan säätelystä on kehittynyt hyvin laaja molekyylibiologian osa-alue. Mekanismeja on monia ja niiden monimutkaisuus on monitasoista. Nykyiset tutkijat löytävät säätelytapahtumia geneettistä informaatiota ilmentävien prosessien jokaiselta tasolta. Leipurinhiivan (Saccharomyces cerevisiae) suhteellisen yksinkertaisessa genomissa 405 sen 6 419 proteiinia koodaavasta geenistä osallistuu suoraan transkriptionaaliseen säätelyyn, kun taas 1 938 geeniä on entsyymejä.
Kirjat
- Sexuality and the genetics of bacteria, kirjoittaneet E.L. Wollmann ja François Jacob, julkaissut Academic Press, 1961.
- Mahdollinen ja todellinen, kirjoittanut François Jacob, julkaissut Yhdysvalloissa Pantheon Books ja Kanadassa Random House of Canada, 1982.
- Sisäinen patsas: François Jacobin omaelämäkerta, jonka Franklin Philip on kääntänyt vuoden 1987 ranskankielisestä painoksesta. Basic Books, 1988. ISBN 9780465082230; uusi painos: 9780879694760.
- Elämän logiikka, kirjoittanut François Jacob, käännetty vuoden 1976 ranskankielisestä painoksesta Princeton University Press 1993.
- Kärpäsiä, hiiriä ja ihmisiä (Of flies, mice and men), kirjoittanut François Jacob, käännetty ranskankielisestä painoksesta ja julkaissut Harvard University Press, 1998.
Kysymyksiä ja vastauksia
Q: Kuka oli François Jacob?
A: François Jacob oli ranskalainen biologi, joka jakoi vuoden 1965 Nobelin fysiologian tai lääketieteen palkinnon Jacques Monodin ja André Lwoffin kanssa.
K: Mitä Jacob ja Monod löysivät?
V: Jacob ja Monod löysivät solujen perustavanlaatuisen ohjausjärjestelmän, joka säätelee entsyymien määrää kaikissa soluissa transkriptioon kohdistuvan palautteen avulla.
K: Oliko François Jacob uskonnollinen?
V: Ei, hän oli kollegansa Monodin tavoin lähes elinikäinen ateisti.
K: Milloin François Jacob syntyi?
V: Hän syntyi 17. kesäkuuta 1920.
K: Milloin hän kuoli?
V: Hän kuoli 19. huhtikuuta 2013.
K: Minkä etnisen ryhmän jäsen oli François Jacob?
V: Hän oli juutalaista syntyperää.
