Carl Woese - Carl Woese

Carl Woese
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Wehe im Jahr 2004
Geboren ( 1928-07-15 )15. Juli 1928
Ist gestorben 30. Dezember 2012 (2012-12-30)(84 Jahre)
Staatsbürgerschaft Vereinigte Staaten
Alma Mater
Bekannt für Entdeckung von Archaia
Auszeichnungen
Wissenschaftlicher Werdegang
Felder Mikrobiologie
Institutionen Universität von Illinois in Urbana–Champaign
These Physikalische Studien zu Tierviren  (1953)
Doktoratsberater Ernest C. Pollard
Bemerkenswerte Studenten David Stahl

Carl Richard Woese ( / w z / ; 15. Juli 1928 - 30. Dezember 2012) war ein amerikanischer Mikrobiologe und Biophysiker . Woese ist berühmt für die Definition der Archaea (eine neue Domäne des Lebens) im Jahr 1977 durch die phylogenetische Taxonomie der 16S-ribosomalen RNA , eine von ihm entwickelte Technik, die die Mikrobiologie revolutionierte. Er hat auch die RNA-Welt-Hypothese im Jahr 1967 erfunden, wenn auch nicht unter diesem Namen. Woese hatte den Stanley O. Ikenberry Chair inne und war Professor für Mikrobiologie an der University of Illinois at Urbana-Champaign.

Leben und Bildung

Carl Woese wurde am 15. Juli 1928 in Syracuse, New York, geboren. Woese besuchte die Deerfield Academy in Massachusetts . Er erhielt 1950 einen Bachelor-Abschluss in Mathematik und Physik vom Amherst College . Während seiner Zeit in Amherst belegte Woese nur einen Biologiekurs ( Biochemie , in seinem Abschlussjahr) und hatte "kein wissenschaftliches Interesse an Pflanzen und Tieren", bis er von William . beraten wurde M. Fairbank , damals Assistenzprofessor für Physik in Amherst, um Biophysik in Yale zu studieren .

1953 promovierte er zum Ph.D. in Biophysik an der Yale University , wo sich seine Doktorarbeit auf die Inaktivierung von Viren durch Hitze und ionisierende Strahlung konzentrierte . Er studierte zwei Jahre lang Medizin an der University of Rochester und brach zwei Tage in eine pädiatrische Rotation ab. Dann wurde er Postdoktorand in Biophysik an der Yale University und untersuchte Bakteriensporen. Von 1960-63 arbeitete er als Biophysiker am General Electric Research Laboratory in Schenectady, New York . 1964 trat Woese der Fakultät für Mikrobiologie der University of Illinois in Urbana-Champaign bei, wo er sich auf Archaeen, Genomik und molekulare Evolution als seine Fachgebiete konzentrierte. Er wurde Professor an der University of Illinois in Urbana-Champaign ‚s Carl R. Woese Institute for Genomic Biologie , die im Jahr 2015 in seiner Ehre umbenannt wurde, nach seinem Tod.

Woese starb am 30. Dezember 2012 an den Folgen von Bauchspeicheldrüsenkrebs und hinterließ als Überlebende seine Frau Gabriella sowie einen Sohn und eine Tochter.

Arbeit und Entdeckungen

Frühe Arbeiten zum genetischen Code

Woese wandte seine Aufmerksamkeit auf den genetischen Code , während sein Labor an der Einrichtung General Electric ‚s Knolls Labor im Herbst 1960. Das Interesse der Physiker und Molekularbiologen hatte um zu entziffern die Korrespondenz zwischen der zwanzig bis coalesce begonnen Aminosäuren und die vier Buchstaben - Alphabet von Nukleinsäurebasen im Jahrzehnt nach James D. Watson , Francis Crick und Rosalind Franklins Entdeckung der DNA-Struktur im Jahr 1953. Woese veröffentlichte eine Reihe von Artikeln zu diesem Thema. In einem leitete er eine Korrespondenztabelle zwischen dem, was damals als "lösliche RNA" bekannt war, und DNA basierend auf ihren jeweiligen Basenpaarverhältnissen her . Anschließend wertete er experimentelle Daten neu aus, die mit der Hypothese verbunden waren, dass Viren eine Base anstelle eines Tripletts verwenden, um jede Aminosäure zu kodieren, und schlug 18 Codons vor, was eines für Prolin korrekt vorhersagte . Andere Arbeiten legten die mechanistische Grundlage der Proteintranslation fest, übersah aber nach Woeses Ansicht die evolutionären Ursprünge des genetischen Codes im Nachhinein.

1962 verbrachte Woese mehrere Monate als Gastforscher am Pasteur-Institut in Paris , einem Ort intensiver Aktivitäten auf dem Gebiet der Molekularbiologie der Genexpression und Genregulation. Während seines Aufenthalts in Paris lernte er Sol Spiegelman kennen , der Woese einlud, die University of Illinois zu besuchen, nachdem er seine Forschungsziele gehört hatte; Bei diesem Besuch bot Spiegelman Woese eine Stelle mit sofortiger Amtszeit ab Herbst 1964 an. Mit der Freiheit, geduldig spekulativeren Forschungssträngen außerhalb des Mainstreams der biologischen Forschung nachzugehen, begann Woese, den genetischen Code in evolutionären Begriffen zu betrachten und zu fragen, wie die Codon-Zuordnungen und ihre Übersetzung in eine Aminosäuresequenz könnten sich entwickelt haben.

Entdeckung der dritten Domäne

Für einen Großteil des 20. Jahrhunderts wurden Prokaryonten als eine einzige Gruppe von Organismen betrachtet und aufgrund ihrer Biochemie , Morphologie und ihres Stoffwechsels klassifiziert . In einer einflussreichen Arbeit von 1962 stellten Roger Stanier und CB van Niel erstmals die Aufteilung der Zellorganisation in Prokaryonten und Eukaryonten fest und definierten Prokaryonten als Organismen ohne Zellkern . In Anlehnung an die Verallgemeinerung von Édouard Chatton wurde das Konzept von Stanier und Van Niel schnell als wichtigste Unterscheidung zwischen Organismen akzeptiert; dennoch standen sie den Versuchen der Mikrobiologen, eine natürliche phylogenetische Klassifikation von Bakterien zu konstruieren, skeptisch gegenüber . Es wurde jedoch allgemein angenommen, dass alles Leben einen gemeinsamen prokaryotischen (implizierten griechischen Wurzel πρό (pro-), vor, vor) Vorfahren hatte.

1977 widerlegten Carl Woese und George E. Fox diese allgemein verbreitete Hypothese über die Grundstruktur des Lebensbaums experimentell . Woese und Fox entdeckten eine Art mikrobielles Leben, das sie „Archaebakterien“ ( Archaea ) nannten . Sie berichteten, dass die Archaebakterien "ein drittes Reich" des Lebens darstellen, das sich von Bakterien wie Pflanzen und Tieren unterscheidet. Nachdem Woese Archaea als ein neues "Urkönigreich" (spätere Domäne ) definiert hatte, das weder Bakterien noch Eukaryoten waren, zeichnete Woese den taxonomischen Baum neu. Sein Drei-Domänen-System , das eher auf phylogenetischen Beziehungen als auf offensichtlichen morphologischen Ähnlichkeiten basiert, teilte das Leben in 23 Hauptabteilungen ein, die in drei Domänen integriert sind: Bakterien , Archaea und Eucarya .

Phylogenetischer Stammbaum nach Woese et al. rRNA-Analyse. Die vertikale Linie unten repräsentiert den letzten universellen gemeinsamen Vorfahren (LUCA).

Die Anerkennung der Gültigkeit der phylogenetisch gültigen Klassifikation von Woese war ein langsamer Prozess. Prominente Biologen wie Salvador Luria und Ernst Mayr protestierten gegen seine Teilung der Prokaryoten. Nicht jede Kritik an ihm beschränkte sich auf die wissenschaftliche Ebene. Ein Jahrzehnt arbeitsintensiver Oligonukleotid-Katalogisierung hat ihm den Ruf eines "Krankenmachers" eingebracht, und Woese wurde von einem Nachrichtenartikel in der Zeitschrift Science als "Microbiology's Scarred Revolutionary" bezeichnet . Die wachsende Zahl unterstützender Daten führte Mitte der 1980er Jahre dazu, dass die wissenschaftliche Gemeinschaft die Archaea akzeptierte. Heute halten nur wenige Wissenschaftler an der Idee eines vereinten Prokarya fest.

Woeses Arbeit über Archaea ist auch in Bezug auf die Suche nach Leben auf anderen Planeten von Bedeutung. Vor der Entdeckung durch Woese und Fox dachten die Wissenschaftler, dass Archaea extreme Organismen sind, die sich aus den uns vertrauteren Mikroorganismen entwickelt haben. Heute glauben die meisten, dass sie uralt sind und robuste evolutionäre Verbindungen zu den ersten Organismen auf der Erde haben könnten. Organismen, die den in extremen Umgebungen vorkommenden Archaeen ähneln, können sich auf anderen Planeten entwickelt haben, von denen einige Bedingungen beherbergen, die extremophilem Leben förderlich sind.

Bemerkenswerterweise zeigt Woeses Aufklärung des Lebensbaums die überwältigende Vielfalt mikrobieller Abstammungslinien: Einzellige Organismen repräsentieren die überwiegende Mehrheit der genetischen, metabolischen und ökologischen Nischenvielfalt der Biosphäre. Da Mikroben für viele biogeochemische Kreisläufe und für die weitere Funktion der Biosphäre von entscheidender Bedeutung sind, leisteten Woeses Bemühungen, die Evolution und Vielfalt von Mikroben aufzuklären, Ökologen und Naturschützern einen unschätzbaren Dienst . Es war ein wichtiger Beitrag zur Evolutionstheorie und zu unserem Wissen über die Geschichte des Lebens.

Woese schrieb: "Meine evolutionären Bedenken konzentrieren sich auf die Bakterien und die Archaeen, deren Evolutionen den größten Teil der 4,5 Milliarden Jahre alten Geschichte des Planeten abdecken. Mit der ribosomalen RNA-Sequenz als evolutionäres Maß hat mein Labor die Phylogenie beider Gruppen rekonstruiert und dabei lieferte ein phylogenetisch gültiges Klassifikationssystem für Prokaryoten. Die Entdeckung der Archaeen war in der Tat ein Produkt dieser Studien".

Evolution primärer Zelltypen

Woese spekulierte auch über eine Ära der schnellen Evolution, in der ein beträchtlicher horizontaler Gentransfer zwischen Organismen stattfand. Erstmals von Woese und Fox in einer Veröffentlichung von 1977 beschrieben und mit der Mikrobiologin Jane Gibson in einer 1980er Veröffentlichung weiter erforscht , wurden diese Organismen oder Progenoten aufgrund ihres fehleranfälligen Übersetzungsapparates als Protozellen mit sehr geringer Komplexität vorgestellt ("noisy genetischer Übertragungskanal "), was zu hohen Mutationsraten führte, die die Spezifität der zellulären Interaktion und die Größe des Genoms einschränkten. Dieser frühe Translationsapparat hätte eher eine Gruppe strukturell ähnlicher, funktionell äquivalenter Proteine ​​produziert als ein einzelnes Protein. Darüber hinaus waren aufgrund dieser reduzierten Spezifität alle zellulären Komponenten anfällig für einen horizontalen Gentransfer, und auf der Ebene des Ökosystems fand eine schnelle Evolution statt.

Der Übergang zu modernen Zellen (die „ Darwinsche Schwelle “) erfolgte, als Organismen Übersetzungsmechanismen mit moderner Genauigkeit entwickelten: Eine verbesserte Leistung ermöglichte es der zellulären Organisation, ein Niveau an Komplexität und Verbundenheit zu erreichen, das Gene von anderen Organismen viel weniger in der Lage machte, die des Individuums zu verdrängen eigene Gene.

In späteren Jahren konzentrierte sich Woeses Arbeit auf die Genomanalyse, um die Bedeutung des horizontalen Gentransfers (HGT) für die Evolution aufzuklären. Er arbeitete an detaillierten Analysen der Phylogenien der Aminoacyl-tRNA-Synthetasen und an der Wirkung des horizontalen Gentransfers auf die Verteilung dieser Schlüsselenzyme in Organismen. Das Ziel der Forschung war zu erklären, wie sich die primären Zelltypen (die archaealen, eubakteriellen und eukaryotischen) aus einem angestammten Zustand in der RNA-Welt entwickelt haben .

Perspektiven auf Biologie

Woese teilte seine Gedanken zur Vergangenheit, Gegenwart und Zukunft der Biologie in Current Biology :

Die "wichtigen Fragen", denen sich die Biologie des 21. Jahrhunderts gegenübersieht, ergeben sich alle aus einer einzigen Frage, der Natur und der Entstehung biologischer Organisation . . . . Ja, Darwin ist zurück, aber in Begleitung von . . . Wissenschaftler, die viel weiter in die Tiefen der Biologie blicken können, als dies bisher möglich war. Es ist keine "10.000 Vogelarten"-Sicht auf die Evolution mehr – die Evolution wird als eine Prozession von Formen gesehen. Die Sorge gilt nun dem Evolutionsprozess selbst.

Ich sehe, dass die Frage der biologischen Organisation heute zwei wichtige Richtungen nimmt. Die erste ist die Evolution der (proteinartigen) zellulären Organisation, die Teilfragen wie die Evolution des Translationsapparats und des genetischen Codes sowie den Ursprung und die Natur der Kontrollhierarchien umfasst, die die Palette der zelluläre Prozesse, die Zellen bilden. Dazu gehört auch die Frage nach der Zahl der verschiedenen grundlegenden Zelltypen, die es heute auf der Erde gibt: Sind alle modernen Zellen aus einer einzigen Zellorganisation der Vorfahren hervorgegangen?

Die zweite Hauptrichtung betrifft die Natur des globalen Ökosystems. . . . Bakterien sind die wichtigsten Organismen auf diesem Planeten – in Zahlen, in ihrer Gesamtmasse, in ihrer Bedeutung für das globale Gleichgewicht. Somit ist es die mikrobielle Ökologie , die . . . am stärksten entwicklungsbedürftig ist, sowohl in Bezug auf die zu ihrem Verständnis erforderlichen Fakten als auch in Bezug auf den Rahmen, in dem sie zu interpretieren sind.

Woese betrachtete die Biologie als eine „überaus wichtige“ Rolle in der Gesellschaft. Seiner Ansicht nach sollte die Biologie einem breiteren Zweck dienen als dem Streben nach einer „technischen Umgebung“:

Was in der Physik formal anerkannt wurde, muss nun auch in der Biologie anerkannt werden: Wissenschaft hat eine Doppelfunktion. Auf der einen Seite ist sie Dienerin der Gesellschaft und greift die angewandten Probleme der Gesellschaft an. Andererseits fungiert es als Lehrer der Gesellschaft und hilft dieser, ihre Welt und sich selbst zu verstehen. Es ist die letztere Funktion, die heute effektiv fehlt.

Ehrungen und wissenschaftliches Erbe

Woese war 1984 MacArthur Fellow , 1988 Mitglied der National Academy of Sciences , erhielt 1992 die Leeuwenhoek-Medaille (höchste Auszeichnung der Mikrobiologie), 1995 den Selman A. Waksman Award in Microbiology der National Academy of Sciences . und erhielt im Jahr 2000 die National Medal of Science . 2003 erhielt er den Crafoord-Preis der Königlich Schwedischen Akademie der Wissenschaften "für seine Entdeckung eines dritten Lebensbereichs". 2004 wurde er in die American Philosophical Society gewählt. 2006 wurde er ausländisches Mitglied der Royal Society .

Viele mikrobielle Arten wie Pyrococcus woesei , Methanobrevibacter woesei und Conexibacter woesei sind ihm zu Ehren benannt.

Der Mikrobiologe Justin Sonnenburg von der Stanford University sagte: „Das Papier von 1977 ist eines der einflussreichsten in der Mikrobiologie und wohl der gesamten Biologie. Es steht auf einer Stufe mit den Arbeiten von Watson und Crick und Darwin und bietet einen evolutionären Rahmen für die unglaubliche Vielfalt der mikrobiellen Welt ".

Im Hinblick auf Woese Arbeiten horizontale Gentransfer als primären evolutionären Prozess, Professor Norman R. Pace der Universität von Colorado in Boulder sagte : „Ich denke , Woese für Biologie hat mehr getan groß geschrieben als jeder Biologen in der Geschichte, einschließlich Darwin .. . Es gibt noch viel mehr zu lernen, und er hat die aufkommende Geschichte brillant interpretiert."

Ausgewählte Publikationen

Bücher

  • Woese, Carl (1967). Der genetische Code: die molekulare Grundlage für die genetische Expression . New York: Harper & Row. OCLC-  293697 .

Ausgewählte Artikel

Siehe auch

Verweise

Externe Links