Licenci Mendelovu muzeu a Přírodovědecké fakultě Masarykovy univerzity poskytlo Cold Spring Harbor Laboratory
Jeden gen kóduje jeden protein
Roku 1902 popsal Archibald Garrod dědičnou poruchu alkaptonurii jako vrozenou poruchu metabolismu. Předestřel, že mutace v genu způsobuje specifické poruchy v biochemické dráze pro odbourávání tekutých odpadních látek. Viditelný (fenotypový) projev – tmavá moč – je odrazem této poruchy.
Tato domněnka byla potvrzena Georgem Beadlem a Edwardem Tatumem v roce 1941. Použili k tomu obyčejnou plíseň chlebovou, Neurospora crassa. Nejprve zjistili, že plíseň vystavená radiaci ztrácí schopnost produkovat základní živiny, a to vede ke zpomalení až zastavení jejího růstu. Poté objevili, že můžou její růst obnovit tak, že plísni poskytnou tuto živinu jako specifickou složku kultivačního média.
Z toho vyvodili, že každá mutace musí inaktivovat enzym (protein) potřebný k syntéze živiny. To znamená, že jeden gen nese informaci pro tvorbu jednoho proteinu.
Galerie
Věděli jste, že?
Když se roku 1928 Thomas Hunt Morgan stěhoval do Caltechu, tak ho jeden kolega přesvědčil, aby si vzal také nějaké kultury Neurospory a zkusil je využít jako genetický model. Carl Lindegren, který byl jedním z Morganových studentů pak pracoval na Neurospoře a svými genetickými pokusy tak připravil půdu pro pozdější Beadlovy experimenty.
Hmm…
Edward Tatum později našel nutriční mutanty i u bakterie E. coli. Co bylo výhodou bakterií jako genetického modelu?
Video
Videa v této kapitole jsou v původním anglickém znění.
 |
Joshua LederbergJoshua Lederberg byl emeritním profesorem na Rockefellerově Univerzitě. Byl studentem Eda Tatuma. Lederberg školu opustil roku 2008. |
Před výzkumem dědičnosti na Neurospora slavil George Beadle úspěchy s kukuřicí a muškou Drosophila. Kmen Neurospora použili George Beadle a Edward Tatum, aby potvrdili hypotézu, že jeden gen kóduje jeden protein. Tatum hrál také důležitou roli při utváření oboru bakteriální genetiky.
George Wells Beadle (1903–1989)
George Beadle, pro přátele „Beets“, se narodil ve Wahoo, ve státě Nebraska, USA. Jeho otec, farmář, vlastnil sedmnácti hektarovou farmu nedaleko Wahoo. Beadlova matka zemřela, když mu byly čtyři roky. Tak byl Beadle spolu s bratrem a sestrou vychováván otcem a hospodyněmi.
Otec Beadla se domníval, že by se syn mohl stát dobrým farmářem. Ovšem Beadle byl na střední škole ovlivněn svým učitelem přírodních věd, který jej podpořil ve studiu na vysoké škole. Beadle absolvoval University of Nebraska College of Agriculture. Promoval v roce 1926 a získal tak první vědecký titul. Na univerzitě zůstal ale ještě o rok déle, aby dokončil školu s výsledným magisterským titulem.
V průběhu přípravy diplomové práce o ekologii trav vzrostl Beadlův zájem o genetiku. Zapsal se na Cornell University a roku 1927 se přidal ke skupině R. A. Emersona, která se věnovala genetice u kukuřice. Členem skupiny byla i Barbara McClintocková, která později Beadlovi pomohla s určením počtu chromozomů u Neurospory.
Roku 1931 dokončil Beadle doktorské studium. Pro následující postdoktorské studium si vybral nově založené oddělení T. H. Morgana v Caltechu. Později pokračoval v Paříži s Borisem Ephrussim. Beadle pracoval s novým, módním modelovým organismem Drosophila melanogaster. Publikoval články o crossing-overu a vyvinul techniku přenosu imaginálních disků v průběhu embryonálního vývoje hmyzu. Roku 1937 společně s Ephrussim zveřejnili článek o interakcích genů pro barvu očí u Drosophila melanogaster. V tomto článku se vyskytovaly náznaky hypotézy „jeden gen-jeden enzym. Beadle a Ephrussi poukázali na geny tvořící látky nezbytné pro pigmentaci a na jejich mutace v genech, které proces pigmentace narušují.
V roce 1937 se Beadle na Stanford University spojil s Edwardem Tatumem, aby společně izolovali a určili podstatu „látek“ zodpovědných za barvu očí. Jiná vědecká skupina ale byla rychlejší. To však jen Beadla znovu utvrdilo v myšlence, že pro studium působení genů je zapotřebí jednoduššího organismu. Ten našel v plísni Neurospora. Tak svoji laboratoř s modelovým organismem, muškou Drosophila, v roce 1940 přeměnil na laboratoř, kde pěstoval plíseň Neurospora.
Jeho záměr zmutovat plíseň Neurospora a hledat u ní nutriční defekty byl jedinečný, avšak bez záruky na úspěch. Beadle a Tatum se předem domluvili, že budou testovat celkem 5000 kultur a až teprve potom by vyhodnotili svoji myšlenku jako správnou nebo chybnou. Před začátkem pokusu nasbírali a uskladnili přes 1000 ozářených kultur. Úspěch se dostavil s miskou číslo 299. Oba vědci své výsledky zveřejnili v roce 1941 a v roce 1958 za ně získali Nobelovu cenu za fyziologii a medicínu.
Beadle byl oblíbený a obdivovaný nadřízený. Nadšený, praktický a vtipný a žádný problém pro něj nebyl na překážku. Byl vedoucím a řídil laboratoř stejně dobře, jako i vedl vlastní výzkum. V laboratoři dokonce opravoval drobné poruchy a některé nezbytné vybavení vyráběl sám.
Roku 1945 se stal profesorem a přijal místo vedoucího Oddělení biologie na Caltechu, kde nahradil zesnulého T. H. Morgana. Mezi roky 1961 a 1968 byl prezidentem na University of Chicago, které tak pomohl pozvednout a posílit renomé. Poté, co v roce 1969 odešel do důchodu, začal znovu s výzkumem. Chtěl zjistit původ kukuřice. Roku 1981 u něho lékaři objevili Alzheimerovu nemoc, které podlehl roku 1989.
Edward Lawrie Tatum (1909–1975)
Edward Tatum se narodil v Boulder, Colorado. Během jeho dospívání se rodina častokrát stěhovala. Jeho otec vystřídal mnoho pracovních míst jako učitel na různých vysokých školách ve středozápadní Americe. Vzhledem k tomu, že jeho otec měl několik titulů (Ph.D. a MUDr.), vyrůstal Tatum ve vědecky zaměřeném rodinném prostředí.
Roku 1931 Tatum absolvoval bakalářské studium na University of Wisconsin, kde dále pokračoval i v magisterském studiu. Jeho diplomová práce byla zaměřena na nutriční požadavky různých bakteriálních kmenů. Tento výzkum měl i praktické dopady. Bakteriální kmeny, na nichž Tatum pracoval, byly izolovány z mléka. Tím, že se dozvíme, co potřebují bakterie k růstu, je možné vytvořit kontrolované podmínky pro jejich kultivaci.
Jako absolvent doktorského studia strávil Tatum rok na University of Utrecht, Nizozemí, kde pracoval na stejném typu výzkumu. V roce 1937 ho profesoři na Wisconsinu nasměrovali na George Beadla, který sháněl výzkumného asistenta pro práci ve své nové laboratoři na Stanford University. Práce v této laboratoři byla vědecky velice zajímavou příležitostí; avšak profesoři Tatumovi radili, aby se zaměřil na mléčný průmysl a výzkum másla, protože z této oblasti by měl více peněz.
Místo peněz si ale zvolil intelektuální výzvu. První roky strávil v Beadlově laboratoři izolací a identifikací látek, které byly zapojeny v tvorbě zbarvení očí drozofily – šlo o rozšíření Beadlovy předchozí práce. Jiná vědecká skupina jej však s výsledky předběhla, což ale rozhýbalo události, které vedly k začátkům pokusů s Neurospora. Změnit modelový organismus Tatuma zřejmě napadlo po jedné z přednášek biologie, které dobrovolně vyučoval. Beadle, který na přednášce seděl, si vzpomněl na systém Neurospora – domníval se, že by byl výborným systémem pro použití studia chování genů.
Tento nový projekt na Neurospoře neměl žádnou záruku úspěchu, proto se Beadle a Tatum předem domluvili na tom, že budou testovat pouze 5000 kultur. Pokud by v těchto 5000 kulturách nenašli ani jednoho nutričního mutanta, myšlenku (stejně jako projekt) opustí pro její nesprávnost. Pokus byl úspěšný, a tak se Edward Tatum stal jedním z nositelů Nobelovy ceny za fyziologii a medicínu pro rok 1958.
Roku 1945 Tatum krátce působil na Washington University v St. Louis a poté se přestěhoval do Yale. Strategii testovanou na Neurospora použil při hledání bakteriálních mutant. Použil kmen K12 Escherichia coli ze sbírek Stanfordu. V té době nebyl kmen K12 běžně používaným kmenem, avšak ukázalo se, že šlo o šťastnou volbu. K12 měl vlastnosti, které Tatumovi a jeho studentovi Joshuaovi Lederbergovi umožňovaly demonstrovat bakteriální rekombinaci. Lederberg získal s Tatumem a Beadlem Nobelovu cenu za fyziologii a medicínu pro rok 1958.
Roku 1948 se Tatum vrátil do Stanfordu a v roce 1956 byl povýšen na ředitele nového Oddělení biochemie. V roce 1957 odešel na Rockefeller Institute, kde na pozici profesora zůstal až do smrti.
Tatum byl velmi podporujícím nadřízeným. Měl pro svoji laboratoř vytyčené cíle, avšak nikdy nepřestal své studenty aktivně podporovat v jejich vlastních výzkumných zájmech. Byl členem redakční rady vědeckých magazínů jako Genetics, Science a Journal of Biological Chemistry. Tatum byl také vědecký poradce v mnoha radách a pomáhal formovat státní politiku výuky studentů a post-doktorandů. Zemřel roku 1975 na srdeční infarkt komplikovaný plicní rozedmou, která byla následkem jeho celoživotního kouření.
Věděli jste, že?
Až tři roky po uveřejnění článku o Neurospoře se George Beadle dozvěděl o práci Archibalda Garroda o alkaptonurii z roku 1902. Beadle si všimnul podobností a označil Garroda za prvního, kdo pracoval na teorii „jeden gen – jeden protein“.
Hmmm…
Roku 1902 popsal Archibald Garrod dědičnou poruchu alkaptonurii jako vrozenou vadu metabolismu. Proč nebyla jeho teorie v roce 1902 známou a uznávanou?
Odkazy a literatura
Růstový cyklus NeurosporyProfesor chemie Peter Ruoff studuje enzymy a jejich chování v biologických systémech. Tato stránka vysvětluje cyklus růstu Neurospora. Můžete zde vidět krátký film od Dr. Van D. Gooch o růstu Neurospora. Databáze genetiky hub
Nachází se na University of Kansas Medical Center in Kansas City, Kansas, the Fungal Genetics Stock Center (FGSC). Je databází informací o kmenech hub jako Neurospora. Pro výzkumníky jsou na stránce popsány metody, jak s houbami zacházet, jak je pěstovat a popsány jsou jednotlivé houbové kmeny. Můžete si také objednat jejich DNA. FGSC také vydává svůj informační buletin.
- Beadle, G. W., and Tatum, E., 1941, Genetic Control of Biochemical Reactions in Neurospora, Proc. Nat. Acad. Sci., U. S. A., 27: 499-506.
- Davidson, J.N., 1965 The Biochemistry of the Nucleic Acids,, John Wiley & Sons, Inc., New York.
- Dunn, L.C., 1991, A Short History of Genetics: The Development of Some of the Main Lines of Thought: 1864-1939, Iowa State University Press, Ames.
- Judson, Horace Freeland, 1979, The Eighth Day of Creation: Makers of the Revolution in Biology, , Simon and Schuster, New York.
- Kay, Lily E., 1993, The Molecular Vision of Life, Oxford University Press, New York.
- Lagerkvist, Ulf, 1998, DNA Pioneers and Their Legacy, Yale University Press, New Haven.
- Lederberg, Joshua, 1979, Edward Lawrie Tatum, Ann. Rev. Genet., 13: 1-5.
- Morange, Michel, 1998, A History of Molecular Biology, Harvard University Press, Cambridge, Massachusetts.
- Nobel Lectures in Molecular Biology 1933-1975, 1977, Elsevier North-Holland, Inc., New York.
- Olby, Robert, 1974, The Path to the Double Helix: The Discovery of DNA, Dover Publications, Inc., New York
- Portugal, Franklin H., and Cohen, Jack S., 1977, A Century of DNA: A History of the Structure and Function of the Genetic Substance, The Massachusetts Institute of Technology, U. S. A.
- Rosenfield, Israel, Ziff, Edward, and Van Loon, Borin, 1983, DNA for Beginners, Writers and Readers Publishing, Inc.
- Srb, Adrian M., 1990, G. W. Beadle, Annu. Rev. Genet.,24: 1-4.
- Sturtevant, A. H., 1965, A History of Genetics, Harper & Row, Publishers, New York.
- Taylor, J. Herbert, 1965, Selected Papers on Molecular Genetics, Academic Press, New York.
- Watson, James D., 1987, Molecular Biology of the Gene, The Benjamin/Cummings Publishing Company, Inc., Menlo Park, California.
ÚEB, Přírodovědecká fakulta, Masarykova univerzita |
Mendelovo muzeum, Masarykova univerzita |
Návrat na úvodní stránku webu, přístupnost |
| Servisní středisko pro e-learning na MU
| Fakulta informatiky Masarykovy univerzity, 2013
Centrum interaktivních a multimediálních studijních opor pro inovaci výuky a efektivní učení | CZ.1.07/2.2.00/28.0041
