Esther Lederberg

اكتشافها لـ lambda كان له تأثير كبير في الوراثة الجزيئية وعلم الفيروسات

Esther Miriam Zimmer Lederberg كانت عالمة أحياء دقيقة أمريكية ورائدة في مجال الوراثة البكتيرية. تشمل الاكتشافات البارزة فيروس بكتيري λ، ونقل الجينات بين البكتيريا عن طريق النقل المتخصص، والطبيعة العفوية للطفرات عن طريق النسخ المتماثل، واكتشاف عامل الخصوبة البكتيري F، الذي يعزز نقل الجينات إلى بكتيريا أخرى.

أسست Lederberg أيضاً وأدارت مركز مرجع البلازميد غير الموجود الآن في جامعة Stanford، حيث حافظت على البلازميدات من أنواع عديدة وسميتها ووزعتها، بما في ذلك تلك المشفرة لمقاومة المضادات الحيوية والمقاومة للمعادن الثقيلة والضراوة والاقتران والكوليسينات والترانسبوزونات وعوامل أخرى غير معروفة.

كامرأة في مجال يهيمن عليه الذكور وكزوجة فائز بجائزة نوبل، كافحت Lederberg من أجل الاعتراف المهني. على الرغم من اكتشافاتها الأساسية في مجال علم الأحياء الدقيقة، لم يتم عرض عليها منصب بدرجة أستاذة في أي جامعة. غالباً ما تتجاهل الكتب المدرسية عملها وتنسب إنجازاتها إلى زوجها Joshua.

السنوات الأولى

كانت Esther Miriam Zimmer الأولى من طفلين وُلدا في Bronx بنيويورك، لعائلة من أصول يهودية أرثوذكسية. كان والداها David Zimmer، مهاجر من Romania الذي كان يدير مطبعة، و Pauline Geller Zimmer. كان أخوها Benjamin Zimmer ولد بعدها في عام 1923. كطفلة من الكساد الكبير، كان غداؤها غالباً قطعة خبز مغطاة بعصير طماطم مضغوطة. تعلمت Zimmer اللغة العبرية واستخدمت هذه الكفاءة لإجراء حفلات عشاء الفصح.

التحقت Zimmer بمدرسة Evander Childs الثانوية في Bronx، وتخرجت في سن 16. تم منحها منحة دراسية لحضور كلية Hunter في مدينة نيويورك بدءاً من ذلك الخريف. في الكلية، أرادت Zimmer في البداية دراسة اللغة الفرنسية أو الأدب، لكنها غيرت مجال دراستها إلى الكيمياء الحيوية ضد توصية معلميها، الذين اعتقدوا أن النساء يواجهن صعوبة في الحصول على مهنة في العلوم. عملت كمساعدة باحثة في حديقة New York النباتية، حيث أجرت أبحاثاً على Neurospora crassa مع عالم أمراض النبات Bernard Ogilvie Dodge. حصلت على درجة البكالوريوس في الوراثة، وتخرجت بامتياز في عام 1942، في سن 20.

بعد تخرجها من Hunter، ذهبت Zimmer للعمل كمساعدة باحثة لـ Alexander Hollaender في مؤسسة Carnegie للعلوم لاحقاً معهد Cold Spring Harbor Laboratory، حيث استمرت في العمل مع N. crassa وكذلك نشر أول عمل لها في الوراثة. في عام 1944 فازت بمنحة دراسية لجامعة Stanford، حيث عملت مساعدة لـ George Wells Beadle و Edward Tatum. عندما طلبت من Tatum أن يعلمها الوراثة، تردد في البداية حتى طلب منها أن تحدد السبب، في زجاجة من ذباب Drosophila الفاكهة، كان لذبابة واحدة عيون ملونة مختلفة عن الآخرين. عملت على هذا بنجاح لدرجة أن Tatum جعلها مساعدة تدريس له. سافرت لاحقاً إلى الغرب إلى California، وبعد صيف قضته في دراسة محطة Hopkins البحرية التابعة لجامعة Stanford تحت إشراف Cornelius Van Niel، التحقت ببرنامج درجة الماجستير في الوراثة. منحت Stanford درجة الماجستير في عام 1946. كان عنوان رسالة درجة الماجستير الخاصة بها "Mutant Strains of Neurospora Deficient in Para-Aminobenzoic Acid". في نفس العام، تزوجت Joshua Lederberg، وكان آنذاك طالباً لـ Tatum في جامعة Yale. انتقلت Lederberg إلى معمل Osborne النباتي في Yale، ثم انتقلت إلى جامعة University of Wisconsin بعد أن أصبح زوجها أستاذاً هناك. هناك متابعة درجة الدكتوراه. من 1946 إلى 1949، حصلت على منحة ما قبل الدكتوراه من معهد National Cancer Institute. كانت رسالتها "Genetic control of mutability in the bacterium Escherichia coli." أكملت درجة الدكتوراه تحت إشراف R. A. Brink، في عام 1950.

المساهمات في علم الأحياء الدقيقة والوراثة

بقيت Lederberg في جامعة University of Wisconsin طوال معظم الخمسينيات. كان هناك حيث اكتشفت عاثية lambda، وأجرت أبحاثاً مبكرة على العلاقة بين النقل وعاثية lambda lysogeny، اكتشفت عامل الخصوبة E. coli F مع Luigi Luca Cavalli-Sforza وانتهت الحال بالنشر مع Joshua Lederberg، ابتكرت أول تنفيذ ناجح للنسخ المتماثل مع Joshua Lederberg، وساعدت في اكتشاف وفهم الآليات الوراثية للنقل المتخصص. وضعت هذه المساهمات الأساس لمعظم أعمال الوراثة التي تمت في النصف الثاني من القرن العشرين. بسبب عملها، تعتبر رائدة في الوراثة البكتيرية.

عاثية λ البكتيرية

كانت Esther Lederberg الأولى التي عزلت عاثية λ البكتيرية. أبلغت عن الاكتشاف لأول مرة في عام 1951 بينما كانت طالبة دكتوراه وقدمت فيما بعد وصفاً مفصلاً في ورقة عام 1953 في مجلة Genetics. كانت تعمل مع سلالة E. coli K12 التي تم إحداث طفرات فيها بالأشعة فوق البنفسجية. عندما احتضنت خليطاً من السلالة الطافرة مع سلالة الوالد E. coli K12 على لوحة أجار، رأت لويحات، كان من المعروف أنها ناجمة عن عاثيات بكتيرية. مصدر العاثية البكتيرية كان السلالة الأبوية K12. كان علاج الأشعة فوق البنفسجية قد "شفى" العاثية البكتيرية من الطافرة، مما جعلها حساسة للعدوى من نفس العاثية البكتيرية التي أنتجتها الوالد. تم تسمية العاثية البكتيرية λ. أظهرت دراساتها أن λ كان له أسلوب حياة نموذجي حيث تنتج العاثية بسرعة نسخاً عديدة من نفسها قبل الانفجار خارج مضيف E. coli وأسلوب حياة بديل حيث توجد العاثية بهدوء داخل E. coli كمجرد علامة وراثية أخرى.

أثبت Esther و Joshua Lederberg أن λ، في شكله الهادئ، يرتبط وراثياً بالقرب من جينات E. coli المطلوبة لعملية استقلاب السكر الجالاكتوز gal. اقترح Lederbergs أن المادة الوراثية λ تكاملت جسدياً في الكروموسوم بجانب جينات gal وتكرارت لاحقاً كنبي عاثية جنباً إلى جنب مع حمض DNA لبكتيريا المضيف. عندما يتم لاحقاً حث النبي العاثية على مغادرة المضيف، يجب أن يستخرج نفسه من حمض DNA المضيف. في بعض الأحيان، يكون حمض DNA العاثية الذي يتم استخراجه مصحوباً بحمض DNA المضيف المجاور، والذي يمكن إدخاله إلى مضيف جديد بواسطة العاثية. تسمى هذه العملية النقل المتخصص.

بعد نشر دراساتها على λ على مدى عدة سنوات، قدمت Lederberg نتائجها في مؤتمرات دولية. في عام 1957، ألقت Lederberg حديثاً عن λ lysogeny والنقل المتخصص في ندوة الوراثة البكتيرية والفيروسية في Canberra، Australia. في عام 1958، قدمت نتائجها على الرسم الخريطي الدقيق لموضع gal في المؤتمر الدولي العاشر للوراثة في Montreal، Canada.

عامل الخصوبة البكتيري F

نبع اكتشاف Lederberg لعامل الخصوبة أو عامل F مباشرة من تجاربها لتعيين موقع نبي عاثية lambda على كروموسوم E. coli عن طريق تصالبات مع سلالات E. coli أخرى ذات علامات وراثية معروفة. عندما فشلت بعض التصالبات في إنتاج متحاربين، اشتبهت في أن بعض سلالات E. coli الخاصة بها فقدت "عامل الخصوبة". بكلماتها الخاصة:

من حيث اختبار العلامات المتاحة... أظهرت البيانات أنه كان هناك موضع محدد للعدوى الكامنة. ... في سياق هذه الربط [الرسم الخريطي الوراثي]،...في يوم من الأيام، لم يتم استرجاع أي متحاربين....استكشفت فكرة أنه كان هناك نوع ما من "عامل الخصوبة" الذي، إذا كان غائباً، لم ينتج أي متحاربين. باختصار، أطلقت عليها F.

أظهر العمل اللاحق من قبل آخرين أن عامل F هو تسلسل DNA بكتيري يحتوي على جينات تسمح للبكتيريا بالتبرع بـ DNA لبكتيريا المستقبل عن طريق الاتصال المباشر في عملية تسمى الاقتران. يمكن لتسلسل DNA المشفر لعامل F أن يوجد إما كبلازميد مستقل أو يندمج في كروموسوم خلية البكتيريا.

أصل الطفرات

تم حل مشكلة استنساخ المستعمرات البكتيرية بشكل جماعي بنفس التكوين الهندسي على لوحة أجار الأصلية بنجاح لأول مرة بواسطة النسخ المتماثل، كما طبقه Esther و Joshua Lederberg. كان العلماء يكافحون من أجل حل موثوق لمدة عقد على الأقل قبل أن ينفذ Lederbergs أخيراً بنجاح. كانت السوابق الأقل كفاءة للمنهجية عبارة عن أسياخ خشبية وورق وفرش سلكية وملقحات متعددة الأسنان. تعتقد السيرة الذاتية Rebecca Ferrell أن الطريقة التي اخترعتها Lederberg كانت مستوحاة على الأرجح من استخدام مطبعة والدها في عمله، بضغط لوحة من مستعمرات البكتيريا على الحرير المعقم، وبعد ذلك تم ختمها على لويحات من الوسط بمكونات مختلفة، اعتماداً على الصفات المطلوبة التي أراد الباحث ملاحظتها.

استخدم Lederbergs طريقة النسخ المتماثل لإثبات أن طفرات المقاومة للعاثية البكتيرية والمضادات الحيوية نشأت في غياب العاثيات أو المضادات الحيوية. تم إثبات الطبيعة العفوية للطفرات سابقاً بواسطة Luria و Delbrück. ومع ذلك، فشل العديد من العلماء في فهم الحجج الرياضية لنتائج Luria و Delbrück، وتم تجاهل الورقة أو رفضها من قبل علماء آخرين. تم تسوية النزاع بواسطة تجربة النسخ المتماثل البسيطة للـ Lederbergs.

مركز مرجع البلازميد

عادت Esther Lederberg إلى Stanford في عام 1959 مع Joshua Lederberg. بقيت في Stanford لبقية حياتها المهنية في البحث العلمي، وأدارت مركز مرجع البلازميد PRC في كلية الطب بجامعة Stanford من 1976 إلى 1986. كمديرة لـ PRC، نظمت وحافظت على سجل البلازميدات والترانسبوزونات وتسلسلات الإدراج في العالم. بدأت نظام تسمية تسلسلات الإدراج والترانسبوزونات بالتتابع بدءاً من IS1 و Tn1. استمر الترقيم التسلسلي حتى تقاعدها.

تقاعدت من منصبها في قسم الأحياء الدقيقة والمناعة بجامعة Stanford في عام 1985، لكنها استمرت في عملها في مركز مرجع البلازميد PRC كمتطوعة.

الأوسمة المهنية

• 1956 جمعية Illinois Bacteriologists: جائزة Pasteur مع Joshua Lederberg
• 1959 زمالة Fulbright في البكتيريا للعمل في جامعة Melbourne في Australia.
• زميل الرابطة الأمريكية لتقدم العلوم

في عام 1985، تم تكريم Lederberg كأستاذة فخرية في الأحياء الدقيقة والمناعة في جامعة Stanford.

التحديات المهنية: التمييز على أساس نوع الجنس

قال عالم الأحياء الدقيقة Stanley Falkow عن Esther Lederberg أن "من الناحية التجريبية والمنهجية، كانت عبقرية في المختبر." ومع ذلك، على الرغم من أن Esther Lederberg كانت عالمة بحث رائدة، واجهت تحديات كبيرة كعالمة امرأة في الخمسينيات والستينيات.

بعد اكتشافاتها الأساسية لعامل F و λ في الدراسات العليا، منعها Joshua Lederberg من إجراء تجارب إضافية للمتابعة على اكتشافاتها. وفقاً لـ Esther، كان Joshua، كمستشار أطروحتها، يريدها أن تنهي أطروحة درجة الدكتوراه الخاصة بها. قد لا يكون مستشار الدراسات العليا الخاص بها، R.A. Brink، قد أدرك أهمية اكتشافاتها. كانت قد تُعترف بها بالكامل لاكتشافاتها لو سُمح لها بمتابعتها على الفور. بدلاً من ذلك، أضر التأخير بتراثها كعالمة بحث مستقلة، وتُنسب نتائجها على الجنس البكتيري الآن في الأساس إلى زوجها. في الواقع، تبرز معظم الكتب المدرسية دور Joshua Lederberg في الاكتشافات التي تمت بشكل مشترك مع Esther. تم الاستشهاد بنقص الرصيد الذي تحصل عليه Esther Lederberg لتطوير تقنية النسخ المتماثل كمثال على تأثير Matilda، حيث تُنسب الاكتشافات التي تقوم بها العالمات بشكل غير عادل إلى زملائهن من الذكور. بحلول الوقت الذي فاز فيه Joshua بجائزة نوبل في عام 1958، رأت مراكز الأبحاث التي كانت تستقطبه Esther باعتبارها زوجته ومساعدة بحث وليس عالمة مستقلة.

تم استبعاد Lederberg من كتابة فصل في كتاب عام 1966 Phage and the Origins of Molecular Biology، وهو احتفال بعلم الأحياء الجزيئية. وفقاً لمؤرخ العلوم Prina Abir-Am، كان استبعادها "غير مفهوم" بسبب اكتشافاتها المهمة في