Džordžs Bīdls — ģenētiķis: viens gēns — viens enzīms, Nobela laureāts
Džordžs Bīdls — ģenētiķis un Nobela laureāts: atklājums "viens gēns — viens enzīms" un revolucionāri eksperimenti, kas mainīja molekulārās ģenētikas pamatus.
Džordžs Velss Bīdls (George Wells Beadle, 1903. gada 22. oktobris - 1989. gada 9. jūnijs) bija amerikāņu ģenētiķis, kura darbs kļuva par pamatu mūsdienu molekulārajai ģenētikai un bioķīmijai. Viņa pētījumi un mācību darbība būtiski ietekmēja izpratni par to, kā gēni nosaka organismu īpašības un kā notiek vielmaiņas ceļu regulācija šūnās.
Nobela prēmiju fizioloģijā vai medicīnā viņš saņēma kopā ar Edvardu Tatumu; viņi balvu dalīja ar Džošua Lederbergu, kurš kopā ar Tatumu strādāja pie baktēriju ģenētikas. Godināšana atspoguļoja gan Beidla un Tatuma nozīmīgo atklājumu par gēnu lomu bioķīmiskajos procesos, gan Lederberga nozīmīgo ieguldījumu baktēriju ģenētikas izpētē.
Pētījumu būtība
Bīdls un Tatums atklāja gēnu nozīmi bioķīmiskās sintēzes regulēšanā šūnās. Viņu pieeja bija vienkārša, bet ļoti iedarbīga: viņi izmantoja maizes pelējumu, lai izsekotu, kā ģenētiskas izmaiņas ietekmē vielmaiņu.
Beadle un Tatuma galvenie eksperimenti bija saistīti ar maizes pelējuma Neurospora crassa pakļaušanu rentgena staru iedarbībai, kas izraisīja mutācijas. Vairākos eksperimentos viņi pierādīja, ka šīs mutācijas izraisīja izmaiņas īpašos fermentos, kas iesaistīti proteīnu veidošanās ceļos. Viņi ierosināja tiešu saikni starp gēniem un enzīmu reakcijām, kas pazīstama kā hipotēze "viens gēns - viens enzīms".
Konkrētāk, eksperimentos tika izmantota minimālā barotne (bez papildus organisko vielu piedevām). No mutāciju radītajām šūnām atlasīja tās, kas nespēja augt uz minimālās barotnes, bet spēja augt, ja barotnei pievienoja konkrētu aminoskābi, vitamīnu vai citu metabolītu. Tas liecināja, ka mutācijas izslēdz kādu enzīmu kādā biosintēzes ceļā, un tādējādi konkrētais gēns nepieciešams šī enzīma funkcijai. Šie eksperimenti ļāva sasaistīt atsevišķas ģenētiskās mutācijas ar konkrētām bioķīmiskām pakāpēm vielmaiņas ceļos.
Hipotēzes precizēšana un ierobežojumi
Hipotēze "viens gēns — viens enzīms" bija nozīmīgs paradigmas pavērsiens, taču vēlāk zinātne to precizēja. Kļuva skaidrs, ka:
- ne visi gēni kodē enzīmus — daudzi gēni kodē strukturālas vai regulējošas olbaltumvielas vai RNS molekulas,
- daudzas olbaltumvielas sastāv no vairākiem polipeptīdiem, kuru katrs var tikt kodēts atsevišķā gēnā, tāpēc precīzāks formulējums ir "viens gēns — viens polipeptīds",
- pēc transkripcijas un translejas notiek daudz post-translacionālu modifikāciju un alternatīva splicing, kas palielina proteīnu daudzveidību no viena gēna.
Ietekme un mantojums
Bīdla un Tatuma darbs sniedza tiešu pierādījumu, ka ģenētiskā informācija kontrolē bioķīmiskos procesus, un tas atvērā ceļu molekulārās ģenētikas un biotehnoloģijas attīstībai. To metodes un idejas palīdzēja saprast iedzimtas vielmaiņas slimības, attīstīt ģenētiskās inženierijas paņēmienus un veicināja vēlākos atklājumus par DNS struktūru un gēnu ekspresiju.
Džordžs Bīdls turpināja zinātnes un mācību darbu visu mūžu, ietekmējot daudzus pēcnācējus pētniekus un veidojot zinātnes institūcijas. Viņa darbs paliek par vienu no pamatiem, uz kura balstās mūsdienu molekulārā bioloģija un ģenētika.
Miris 1989. gadā, Bīdla ieguldījums tiek pieminēts kā nozīmīgs lūzuma punkts, kas pārvērta ģenētiku no deskriptīvas zinātnes par strukturālu un funkcionālu molekulu izpēti.
Dzīve un karjera
Džordžs Velss Bīdls dzimis 1903. gada 22. oktobrī Vaho, Nebraskā. Viņš bija lauksaimnieku dēls; viņa vecākiem piederēja un piederēja 40 akru (160 000 m2) liela saimniecība.
Džordžs, iespējams, pats būtu kļuvis par lauksaimnieku, ja kāds no viņa skolotājiem nebūtu novirzījis viņa prātu uz zinātni un Lauksaimniecības koledžu Linkolnā, Nebraskas štatā.
1926. gadā pēc grāda iegūšanas viņš strādāja ar hibrīdkviešu un Zea mays hibrīdkviešu audzēšanu. 1931. gadā viņš saņēma Nacionālās pētniecības padomes stipendiju Kalifornijas Tehnoloģiju institūtā Pasadenā, kur viņš strādāja no 1931. līdz 1936. gadam. Šajā laikā viņš turpināja darbu pie Indijas kukurūzas un sadarbībā ar Dobžanski un Sturtevantu sāka darbu pie krustošanās ar augļmuši Drosophila melanogaster.
1935. gadā Beadle uz sešiem mēnešiem devās uz Parīzi, lai kopā ar Borisu Efrusi strādātu Bioloģijas fizikāli ķīmiskajā institūtā (Institut de Biologie physico-chimique). Kopā viņi sāka pētīt acs pigmenta attīstību Drosophila, kas vēlāk noveda pie darba par sēnes Neurospora ģenētikas bioķīmiju.
1937. gadā Bīdls tika iecelts par bioloģijas (ģenētikas) profesoru Stenfordas Universitātē, kur viņš palika deviņus gadus, lielāko daļu no šī laika strādājot kopā ar Tatumu.
1946. gadā viņš atgriezās Kalifornijas Tehnoloģiju institūtā kā bioloģijas profesors un bioloģijas nodaļas priekšsēdētājs. Šeit viņš palika līdz 1961. gada janvārim, kad viņu ievēlēja par Čikāgas Universitātes kancleru un tā paša gada rudenī - par šīs universitātes prezidentu.
Džordžs Bīdls nomira 1989. gada 9. jūnijā.
Vēlāks darbs
Bīdla un Tatuma darbu vēlāk turpināja E. B. Lūiss (E. B. Lewis), kurš pētīja, kā gēni kontrolē embriju attīstību, un Filips Šārps (Phillip Sharp) un Ričards Roberts (Richard Roberts), kuri atklāja intronus un RNS sazarošanu. Visi trīs par savu darbu saņēma Nobela prēmijas.
1977. gadā Šarpa un Robertsa laboratorijas darbs parādīja, ka augstāko organismu gēni ir "sadalīti" jeb atrodas vairākos atšķirīgos segmentos gar DNS molekulu.
Gēnu kodējošos apgabalus atdala nekodējošā DNS, kas nav saistīta ar olbaltumvielu ekspresiju. Nekodējošie reģioni, introni, tiek izgriezti no mRNS prekursoriem procesā, ko dēvē par "saplēšanu". Tika konstatēts, ka sadalītā gēna struktūra ir kopīga lielākajai daļai eikariotu gēnu. Šī iemesla dēļ viens gēns - viens enzīms nav spēkā vienkāršā veidā, kā to izvirzīja Beadle un Tatums. Tas ir tāpēc, ka
- Lai izveidotu olbaltumvielu, var būt nepieciešams vairāk nekā viens gēns, un
- No mazāka gēnu kopuma var izveidot daudz dažādu gēnu (sk. antivielu).
Tomēr viņu darbs savā laikā bija liels solis uz priekšu.
Jautājumi un atbildes
Jautājums: Kas ir Džordžs Velss Bīdls?
A: Džordžs Vellss Bīdls bija amerikāņu ģenētiķis.
Q: Par ko Džordžs Vellss Bīdls saņēma Nobela prēmiju fizioloģijā vai medicīnā?
A: Džordžs Vellss Bīdls saņēma Nobela prēmiju fizioloģijā vai medicīnā kopā ar Edvardu Tatumu; viņi balvu saņēma kopā ar Džošua Lederbergu, kurš kopā ar Tatumu strādāja pie baktēriju ģenētikas.
J: Ko atklāja Bīdls un Tatums?
A: Bīdls un Tatums atklāja gēnu nozīmi bioķīmiskās sintēzes regulēšanā šūnās.
J: Kādi bija Beadle un Tatuma galvenie eksperimenti?
A: Beadle un Tatuma galvenie eksperimenti bija saistīti ar maizes pelējuma Neurospora crassa pakļaušanu rentgena staru iedarbībai, kas izraisīja mutācijas.
J: Ko Beadle un Tatums parādīja savos eksperimentos?
A: Veicot virkni eksperimentu, Beadle un Tatums pierādīja, ka mutācijas izraisa izmaiņas īpašos fermentos, kas iesaistīti proteīnu veidošanās ceļos.
J: Ko ierosināja Beadle un Tatums?
A: Beadle un Tatums ierosināja tiešu saikni starp gēniem un fermentu reakcijām, kas pazīstama kā hipotēze "viens gēns, viens enzīms".
J: Kas ir hipotēze "viens gēns, viens enzīms"?
A: Hipotēze "viens gēns, viens enzīms" ir tieša saikne starp gēniem un enzīmu reakcijām, ko savā eksperimentā ierosināja Beadle un Tatums.
Meklēt