Карл Вооз: Пионер в изучении археи и филогенетической таксономии.
Carl Woese
Карл Воуз: американский микробиолог, открывший археи – новый домен жизни. Революция в микробиологии благодаря анализу рибосомальной РНК. Биография ученого.
Сравнивайте с английским: нажмите на абзац — оригинал откроется в окне. Кнопка EN под абзацем показывает его прямо в тексте.
Содержание
Введение
Американский микробиолог (1928–2012)
American microbiologist (1928–2012)
Карл Вуз (англ. Carl Woese; 15 июля 1928 – 30 декабря 2012) – американский микробиолог и биофизик. Вуз прославился тем, что в 1977 году выделил археи (новый домен жизни), используя новаторскую филогенетическую таксономию 16S рибосомной РНК – метод, который совершил революцию в микробиологии. Вуз занимал должность имени Стэнли О. Айкенберри и был профессором микробиологии в Университете Иллинойса в Урбана-Шампейн.
Carl Woese ('/w//oʊ//z/; July 15, 1928 – December 30, 2012) was an American microbiologist and biophysicist. Woese is famous for defining the Archaea (a new domain of life) in 1977 through a pioneering phylogenetic taxonomy of 16S ribosomal RNA, a technique that has revolutionized microbiology. Woese held the Stanley O. Ikenberry Chair and was professor of microbiology at the University of Illinois Urbana–Champaign.
Жизнь и образование
Карл Ричард Возенкрафт родился в Сиракузах, штат Нью-Йорк, 15 июля 1928 года. Его семья была немецко-американской. Возе учился в Академии Дирфилда в штате Массачусетс. Он получил степень бакалавра по математике и физике в Амхерст-колледже в 1950 году. Во время учебы в Амхерсте Возе посещал только один курс биологии (биохимию на последнем курсе) и не проявлял "никакого научного интереса к растениям и животным", пока Уильям М. Фэрбанк, тогдашний ассистент-профессор физики в Амхерсте, не посоветовал ему заняться биофизикой в Йельском университете. В 1953 году он получил степень доктора философии по биофизике в Йельском университете, где его диссертационное исследование было посвящено инактивации вирусов теплом и ионизирующим излучением. Затем он стал постдокторантом-исследователем в области биофизики в Йельском университете, изучая бактериальные споры. С 1960 по 1963 год он работал биофизиком в Исследовательской лаборатории General Electric в Шенектади, штат Нью-Йорк. В 1964 году Возе присоединился к микробиологическому факультету Университета Иллинойса в Урбана-Шампейн, где его экспертизой стали археи, геномика и молекулярная эволюция.
Carl Richard Wösenkraft was born in Syracuse, New York on July 15, 1928. His family was German American. Woese attended Deerfield Academy in Massachusetts. He received a bachelor's degree in mathematics and physics from Amherst College in 1950. During his time at Amherst, Woese took only one biology course (Biochemistry, in his senior year) and had "no scientific interest in plants and animals" until advised by William M. Fairbank, then an assistant professor of physics at Amherst, to pursue biophysics at Yale. In 1953, he completed a PhD in biophysics at Yale University, where his doctoral research focused on the inactivation of viruses by heat and ionizing radiation. Then he became a postdoctoral researcher in biophysics at Yale University investigating bacterial spores. From 1960 to 1963, he worked as a biophysicist at the General Electric Research Laboratory in Schenectady, New York. In 1964, Woese joined the microbiology faculty of the University of Illinois Urbana–Champaign, where he focused on Archaea, genomics, and molecular evolution as his areas of expertise.
Ранние работы над генетическим кодом
Вес обратил внимание на генетический код, обустраивая свою лабораторию в лаборатории Knolls компании General Electric осенью 1960 года. Затем он пересмотрел экспериментальные данные, связанные с гипотезой о том, что вирусы использовали одно основание, а не триплет, для кодирования каждой аминокислоты, и предложил 18 кодонов, правильно предсказав один из них для пролина. Другие исследования установили механизм протеинового синтеза, но, по мнению Возе, в значительной степени игнорировали эволюционное происхождение генетического кода, рассматривая его как вторичный вопрос.
Woese turned his attention to the genetic code while setting up his lab at General Electric's Knolls Laboratory in the fall of 1960. He then re evaluated experimental data associated with the hypothesis that viruses used one base, rather than a triplet, to encode each amino acid, and suggested 18 codons, correctly predicting one for proline. Other work established the mechanistic basis of protein translation, but in Woese's view, largely overlooked the genetic code's evolutionary origins as an afterthought.
Открытие третьей области
В течение большей части 20-го века прокариоты рассматривались как единая группа организмов и классифицировались на основе их биохимии, морфологии и метаболизма. В высоко влиятельной статье 1962 года Роджер Станир и К. Б. ван Ниль впервые установили разделение клеточной организации на прокариоты и эукариоты, определив прокариоты как организмы, лишенные клеточного ядра. Концепция Станиера и Ван Ниля, основанная на обобщении Эдуарда Чаттона, была быстро принята как наиболее важное различие между организмами; тем не менее, они оставались скептичными по отношению к попыткам микробиологов построить естественную филогенетическую классификацию бактерий. Однако, общепринятым стало предположение, что вся жизнь имеет общего прокариотического (что подразумевается греческим корнем πρό (pro), означающим «перед», «впереди») предка. В 1977 году Карл Вуз и Джордж Э. Фокс экспериментально опровергли эту повсеместно распространенную гипотезу об основной структуре дерева жизни. Не вся критика в его адрес ограничивалась научной плоскостью. Десятилетие кропотливой каталогизации олигонуклеотидов создало ему репутацию «чудака», а в статье, опубликованной в журнале Science, Вуз был назван «израненным революционером микробиологии». Растущий объем подтверждающих данных привел к тому, что к середине 1980-х годов научное сообщество признало археи. Организмы, подобные археям, обитающие в экстремальных условиях, могли развиться на других планетах, некоторые из которых обладают условиями, благоприятными для экстремофильной жизни. Важно отметить, что разработанное Вузом представление о дереве жизни демонстрирует огромное разнообразие микробных линий: одноклеточные организмы составляют подавляющее большинство генетического, метаболического и экологического разнообразия биосферы. Поскольку микробы играют решающую роль во многих биогеохимических циклах и в поддержании функционирования биосферы, усилия Вуза по прояснению эволюции и разнообразия микробов оказали неоценимую услугу экологам и специалистам по охране природы. Это был значительный вклад в теорию эволюции и в наши знания об истории жизни. Вуз писал: «Мои эволюционные интересы сосредоточены на бактериях и археях, эволюция которых охватывает большую часть 4,5 миллиардов лет истории планеты. Используя последовательность рибосомальной РНК в качестве эволюционного показателя, моя лаборатория реконструировала филогенез обеих групп и тем самым предоставила филогенетически обоснованную систему классификации прокариотов. Открытие архей, по сути, стало результатом этих исследований». Впервые описанные Вузом и Фоксом в статье 1977 года и далее исследованные с микробиологом Джейн Гибсон в статье 1980 года, эти организмы, или прогеноты, представлялись как протоклетки с очень низкой сложностью из-за их подверженности ошибкам при трансляции («зашумленный генетический канал передачи»), что приводило к высоким показателям мутаций, ограничивающим специфичность клеточного взаимодействия и размер генома. Этот ранний аппарат трансляции производил бы группу структурно сходных, функционально эквивалентных белков, а не один белок. Переход к современным клеткам («дарвиновский порог») произошел, когда организмы развили механизмы трансляции с современным уровнем точности: улучшенная производительность позволила клеточной организации достичь уровня сложности и взаимосвязанности, что значительно снизило способность генов других организмов вытеснять собственные гены особи. Он занимался детальным анализом филогений аминоацил-тРНК-синтетаз и влиянием горизонтального переноса генов на распределение этих ключевых ферментов среди организмов. Целью исследования было объяснить, как первичные типы клеток (археи, эубактерии и эукариоты) эволюционировали из исходного состояния в мире РНК. В 2000 году он был удостоен Национальной медали в области науки. В 2003 году он получил премию Крафорда от Шведской королевской академии наук «за открытие третьей области жизни». В 2004 году он был избран в Американское философское общество. В 2006 году он стал иностранным членом Королевского общества. Метанобрвибактер воези и Конексибактер воези названы в его честь. Микробиолог Джастин Сонненбург из Стэнфордского университета сказал: «Статья 1977 года является одной из самых влиятельных в микробиологии и, возможно, во всей биологии. Она сопоставима с работами Уотсона, Крика и Дарвина, предоставляя эволюционную основу для невероятного разнообразия микробного мира».
For much of the 20th century, prokaryotes were regarded as a single group of organisms and classified based on their biochemistry, morphology and metabolism. In a highly influential 1962 paper, Roger Stanier and C. B. van Niel first established the division of cellular organization into prokaryotes and eukaryotes, defining prokaryotes as those organisms lacking a cell nucleus. Adapted from Édouard Chatton's generalization, Stanier and Van Niel's concept was quickly accepted as the most important distinction among organisms; yet they were nevertheless skeptical of microbiologists' attempts to construct a natural phylogenetic classification of bacteria. However, it became generally assumed that all life shared a common prokaryotic (implied by the Greek root πρό (pro ), before, in front of) ancestor. In 1977, Carl Woese and George E. Fox experimentally disproved this universally held hypothesis about the basic structure of the tree of life. Not all criticism of him was restricted to the scientific level. A decade of labor intensive oligonucleotide cataloging left him with a reputation as "a crank," and Woese would go on to be dubbed as "Microbiology's Scarred Revolutionary" by a news article printed in the journal Science. The growing body of supporting data led the scientific community to accept the Archaea by the mid 1980s. Organisms similar to those archaea that exist in extreme environments may have developed on other planets, some of which harbor conditions conducive to extremophile life. Notably, Woese's elucidation of the tree of life shows the overwhelming diversity of microbial lineages: single celled organisms represent the vast majority of the biosphere's genetic, metabolic, and ecologic niche diversity. As microbes are crucial for many biogeochemical cycles and to the continued function of the biosphere, Woese's efforts to clarify the evolution and diversity of microbes provided an invaluable service to ecologists and conservationists. It was a major contribution to the theory of evolution and to our knowledge of the history of life. Woese wrote, "My evolutionary concerns center on the bacteria and the archaea, whose evolutions cover most of the planet's 4.5 billion year history. Using ribosomal RNA sequence as an evolutionary measure, my laboratory has reconstructed the phylogeny of both groups, and thereby provided a phylogenetically valid system of classification for prokaryotes. The discovery of the archaea was in fact a product of these studies". First described by Woese and Fox in a 1977 paper and explored further with microbiologist Jane Gibson in a 1980 paper, these organisms, or progenotes, were imagined as protocells with very low complexity due to their error prone translation apparatus ("noisy genetic transmission channel"), which produced high mutation rates that limited the specificity of cellular interaction and the size of the genome. This early translation apparatus would have produced a group of structurally similar, functionally equivalent proteins, rather than a single protein. The transition to modern cells (the "Darwinian Threshold") occurred when organisms evolved translation mechanisms with modern levels of fidelity: improved performance allowed cellular organization to reach a level of complexity and connectedness that made genes from other organisms much less able to displace an individual's own genes. He worked on detailed analyses of the phylogenies of the aminoacyl tRNA synthetases and on the effect of horizontal gene transfer on the distribution of those key enzymes among organisms. The goal of the research was to explain how the primary cell types (the archaeal, eubacterial, and eukaryotic) evolved from an ancestral state in the RNA world. and was a National Medal of Science recipient in 2000. In 2003, he received the Crafoord Prize from the Royal Swedish Academy of Sciences "for his discovery of a third domain of life". He was elected to the American Philosophical Society in 2004. In 2006, he was made a foreign member of the Royal Society. Methanobrevibacter woesei, and Conexibacter woesei, are named in his honor. Microbiologist Justin Sonnenburg of Stanford University said "The 1977 paper is one of the most influential in microbiology and arguably, all of biology. It ranks with the works of Watson and Crick and Darwin, providing an evolutionary framework for the incredible diversity of the microbial world".