Hver var Barbara McClintock og hvert var framlag hennar til erfðafræðinnar?

Nafn þitt

Netfang þitt

Netfang móttakanda

Ruslpóstvörn =

Svar

Hver var Barbara McClintock og hvert var framlag hennar til erfðafræðinnar?
Barbara McClintock var fædd árið 1902 í Hartford í Connecticut. Hún lauk doktorsprófi í grasafræði frá Cornell-háskóla árið 1927, en í rannsóknum sínum hafði hún fengist við erfðir maísplöntunnar. Hún starfaði áfram við Cornell með litlum hléum til ársins 1936 og gerði á þeim árum merkar athuganir á litningum plöntunnar. Með nemanda sínum, Harriet Creighton, varð hún fyrst til að sýna fram á að endurröðun gena við meiósuskiptingu á sér samsvörun í víxlun á efni milli samstæðra litninga.

Árið 1936 flutti hún sig um set og hóf störf við Missouri-háskóla en þar var fyrir hinn þekkti maíserfðafræðingur Lewis Stadler sem ásamt Hermann J. Muller var fyrstur til að framkalla stökkbreytingar með röntgengeislun. Þar hélt hún áfram litningarannsóknum sínum. Hún sýndi fram á að geislun getur rofið litninga og að rofnir litningar geta tengst saman á ný, oft með óreglubundnum hætti. Þetta getur leitt til þess að við frumuskiptingu myndast „litningabrýr” sem hljóta að rofna þegar samstæðir litningar skiljast að og færast til frumuskautanna. Svipað getur líka orðið upp á teningnum við næstu skiptingu. Þessi atburðarás rofs, endurtengingar og brúarmyndunar (e. breakage, fusion, bridge cycle) getur valdið miklum litningaskaða og stökkbreytingum. Sambærilegir atburðir verða gjarnan í krabbameinsfrumum.

Árið 1939 hóf McClintock störf við Cold Spring Harbor-rannsóknarstöðina á Long Island. Þar stundaði hún þær rannsóknir sem hún átti eftir að vera þekktust fyrir. Upphaf þeirra var að hún varð vör við óstöðugar stökkbreytingar í erfðaefni maísplöntunnar. Gen sem höfðu orðið fyrir slíkum breytingum og gerð óvirk af þeim endurheimtu starfsgetu sína miklu tíðar en venjulegt er með stökkbreytt gen. Eftir ítarlegar rannsóknir komst hún að því að rekja megi slíkar breytingar til sérstakra erfðaþátta sem færst geta úr stað í erfðaefni plöntunnar (orðið erfðaþáttur er notað þar sem ekki var vitað hvort um eiginleg gen væri að ræða). Flytjist slíkur þáttur inn í eitthvert gen má búast við að það verði óvirkt, en flytjist hann úr stað á ný getur genið endurheimt starfshæfni sína. Hins vegar virtist sem þessir þættir ráði ekki sjálfir neinum sérstökum einkennum plöntunnar. Þeir þekktust einungis af áhrifum sínum á starfsemi gena. Hún gat greint áhrif þeirra á genastarf í frækornum maísplöntunnar. Þetta voru vandasamar rannsóknir og McClintock vann alltaf ein að þeim. Það hentaði henni ekki að hafa aðstoðarfólk.

Árið 1951 gerði McClintock rækilega grein fyrir niðurstöðum sínum á ráðstefnu í Cold Spring Harbor. Þar lýsti hún færanlegum erfðaþætti sem hún nefndi Ds. Auk þess sem breyting getur orðið á genastarfi þar sem Ds-þátturinn stingur sér niður má einnig búast við því að litningar sem bera Ds séu óvenjubrothættir. Þeir brotna einmitt um Ds-þáttinn. En Ds-þátturinn flyst ekki til af sjálfsdáðum. Hreyfanleiki hans er háður öðrum erfðaþætti sem nefnist Ac sem ólíkt Ds getur flust til af eigin rammleik og skotið sér inn í litning plöntunnar á ýmsum stöðum alveg óháð Ds-þættinum. Nú er vitað að Ds-þátturinn er í raun og veru Ac-þáttur með skerta starfsemi.

Rétt er að taka það skýrt fram að niðurstöður McClintocks og túlkun hennar á þeim voru í andstöðu við þá þekkingu sem menn höfðu hingað til aflað sér á genum og litningum maísplöntunnar og annarra lífvera. Ein mikilvægasta og óumdeildasta ályktunin sem menn höfðu dregið af rannsóknum á genum og litningum ýmissa lífvera var nefnilega sú að hvert gen ætti sér sinn samastað á einhverjum af litningum tegundarinnar. Hugmyndir um gen eða aðra erfðaþætti sem gætu flutt sig úr stað og stungið sér niður hér og þar á litningunum voru erfðafræðingum gjörsamlega framandi. Því er skiljanlegt að margir áttu erfitt með að sætta sig við niðurstöður McClintocks. Þótt hún væri mikils metin fyrir fyrri rannsóknir sínar efuðust nú margir.

Það bætti heldur ekki úr skák að McClintock ætlaði hinum færanlegu erfðaþáttum annað og meira hlutverk en að trufla starfsemi gena og brjóta litninga. Hún ætlaði þeim stjórnunarhlutverk. Hún taldi til dæmis líklegt að þær breytingar á genastarfi sem verða við frumusérhæfingu og þroskun væru að verulegu leyti undir stjórn slíkra þátta. Það var því engin tilviljun að hún nefndi þá stjórnþætti (e. controlling elements). En þessar hugmyndir um stjórnhlutverk þáttanna þóttu ekki í góðu samræmi við það sem virtist vera stefnulaust flökt þeirra um erfðaefnið.

Eftir 1950 voru ýmsar niðurstöður McClintocks staðfestar af öðrum erfðafræðingum sem einnig lýstu nýjum „stjórnþáttum.” Sjálf rannsakaði McClintock líka aðra færanlega þætti. En rannsóknir á slíkum þáttum tóku nýja stefnu skömmu fyrir 1970 þegar Þjóðverjinn Peter Starlinger lýsti þeim í bakteríunni Escherichia coli. Bakteríuþættirnir reyndust síðar vera af ýmsum gerðum og hafa verið rannsakaðir ítarlega. Þeir einföldustu sem nefndir eru innskotsþættir eru litlir DNA-bútar með sérstakar endaraðir og ákvarða gerð að minnsta kosti eins prótíns, „stökkensíms” (e. transposase). Með hjálp þess geta þættirnir smeygt sér inn í litning bakteríunnar á ýmsum stöðum og haft áhrif á starfsemi gena líkt og maísþættirnir.

Nú hafa Ac- og Ds-þættir McClintocks verið raðgreindir og í ljós hefur komið að þeir eru í raun nokkuð svipaðir að byggingu og innskotsþættir E. coli. Ac-þátturinn er um 4500 kirnapör á lengd og ber gen fyrir stökkensím. Sérstakar kirnaraðir á endum þáttarins eru nauðsynlegar fyrir tilfærslu hans. Ds-þátturinn er í raun skertur Ac-þáttur með óvirkt stökkgen. En hafi hann réttu endaraðirnar getur hann fært sig úr stað með aðstoð stökkensíms Ac-þáttar.

Færanlegir erfðaþættir eru nú almennt nefndir stökklar á íslensku (á ensku transposable elements). Raðgreining á erfðamengjum fjölmargra tegunda hefur leitt í ljós að stökklar eru býsna algengir bæði í dýra- og jurtaríkinu, oft í fjölmörgum eintökum. Glögg merki þeirra sjást til dæmis í erfðaefni mannsins. Flestir þessir stökklar virðast oftast ekki hafa sérstöku hlutverki að gegna í þeim lífverum sem hýsa þá, en ýmis dæmi eru þó um að þeir flytji með sér mikilvæg gen. Þannig eru í bakteríum þekktir stökklar sem bera með sér gen sem valda sýklalyfjaþoli. Tilfærslum stökkla er yfirleitt stillt mjög í hóf og skaði sem þeir valda með tilfærslum sínum er því sjaldnast mjög mikill. Það stjórnhlutverk sem McClintock ætlaði stökklunum er enn ófundið. Hins vegar má telja víst að stökklarnir hafi með innskotum í gen og stjórnraðir þeirra haft margvísleg áhrif á erfðaefni lífvera og þróun þess.

Barbara McClintock hafði var eins og fyrr sagði þegar í miklum metum fyrir rannsóknir sínar áður en hún uppgötvaði hinar óvæntu tilfærslur gena. Hún var til dæmis kjörin í vísindaakademíu Bandaríkjanna (e. National Academy of Sciences) árið 1944 og var aðeins þriðja konan sem hlotnaðist sá heiður. En svo fór að eftir margra ára hik og efasemdir vísindamanna voru það rannsóknir hennar á stökklum í maísplöntunni sem færðu henni mesta frægð og viðurkenningu. Hún hafði ein síns liðs með snilldarlegum tilraunum kannað áður óþekkta eiginleika erfðaefnisins. Hún var vel komin að Nóbelsverðlaununum í læknisfræði eða lífeðlisfræði sem hún hlaut árið 1983 þá 81 árs að aldri. Hún lést árið 1992.

Heimildir og myndir:

• Fox Keller, E. 1983. A feeling for the organism. The life and work of Barbara McClintock. W.H. Freeman and Company, New York.
• Comfort, N.C. 2001. The tangled field. Barbara McClintock´s search for the patterns of genetic control. Harvard University Press, Cambridge.
• The Barbara McClintock Papers á National Library of Medicine's Profiles in Science. Sótt 29. 3. 2012
• The genius of jumping genes á Trailblazing. Sótt 29. 3. 2012.
• Barbara McClintock tar emot medicinpriset 1983 á Sveriges Radio. Sótt 29. 3. 2012.

...