Sua descoberta do lambda teve uma grande influência na genética molecular e virologia
Esther Miriam Zimmer Lederberg foi uma microbiologista americana e pioneira da genética bacteriana. As descobertas notáveis incluem o vírus bacteriano λ, a transferência de genes entre bactérias por transdução especializada, a natureza espontânea das mutações por replicação em placa, e a descoberta do fator de fertilidade bacteriano F, que promove a transferência de genes para outras bactérias.
Lederberg também fundou e dirigiu o agora extinto Plasmid Reference Center na Universidade de Stanford, onde mantinha, nomeava e distribuía plasmídeos de muitos tipos, incluindo aqueles que codificam resistência a antibióticos, resistência a metais pesados, virulência, conjugação, colicinas, transposons e outros fatores desconhecidos.
Como mulher em um campo dominado por homens e esposa de um Prêmio Nobel, Lederberg lutou por reconhecimento profissional. Apesar de suas descobertas fundamentais no campo da microbiologia, ela nunca foi oferecida uma posição permanente em uma universidade. Livros didáticos frequentemente ignoram seu trabalho e atribuem suas realizações ao seu marido Joshua.
Primeiros anos
Esther Miriam Zimmer foi a primeira de dois filhos nascidos no Bronx, Nova York, em uma família de origem judaica ortodoxa. Seus pais eram David Zimmer, um imigrante da Romênia que dirigia uma gráfica, e Pauline Geller Zimmer. Seu irmão, Benjamin Zimmer, nasceu em 1923. Criança da Grande Depressão, seu almoço era frequentemente um pedaço de pão coberto com suco de tomate espremido. Zimmer aprendeu hebraico e usou essa proficiência para conduzir seders de Páscoa.
Zimmer frequentou a Evander Childs High School no Bronx, formando-se aos 16 anos. Ela recebeu uma bolsa de estudos para frequentar a Hunter College da cidade de Nova York começando naquele outono. Na faculdade, Zimmer inicialmente queria estudar francês ou literatura, mas mudou seu campo de estudos para bioquímica contra a recomendação de seus professores, que sentiam que as mulheres tinham dificuldade em conseguir uma carreira nas ciências. Ela trabalhou como assistente de pesquisa no New York Botanical Garden, envolvendo-se em pesquisa sobre Neurospora crassa com o fitopatologista Bernard Ogilvie Dodge. Ela recebeu uma licenciatura em genética, formando-se cum laude em 1942, aos 20 anos.
Após sua formatura em Hunter, Zimmer foi trabalhar como assistente de pesquisa para Alexander Hollaender no Carnegie Institution of Washington posteriormente Cold Spring Harbor Laboratory, onde continuou trabalhando com N. crassa, bem como publicando seu primeiro trabalho em genética. Em 1944 ela ganhou uma bolsa de estudos para a Universidade de Stanford, trabalhando como assistente de George Wells Beadle e Edward Tatum. Quando ela pediu a Tatum que a ensinasse genética, ele inicialmente hesitou até que ele a fez determinar por que, em uma garrafa de moscas-da-fruta Drosophila, uma mosca tinha olhos de cor diferente das outras. Ela resolveu isso tão bem que Tatum a fez sua TA. Ela depois viajou para o oeste para a Califórnia, e depois de um verão estudando na Hopkins Marine Station da Universidade de Stanford sob Cornelius Van Niel, ela entrou em um programa de mestrado em genética. Stanford concedeu a ela um mestrado em 1946. Sua tese de M.A. foi intitulada "Mutant Strains of Neurospora Deficient in Para-Aminobenzoic Acid". Naquele mesmo ano, ela se casou com Joshua Lederberg, então aluno de Tatum na Yale University. Lederberg mudou-se para o Osborne Botanical Laboratory de Yale, antes de se mudar para a University of Wisconsin após seu marido se tornar professor lá. Lá ela cursou um doutorado. De 1946 a 1949, ela recebeu uma bolsa de pré-doutorado do National Cancer Institute. Sua tese foi "Genetic control of mutability in the bacterium Escherichia coli." Ela completou seu doutorado sob a supervisão de R. A. Brink, em 1950.
Contribuições para microbiologia e genética
Lederberg permaneceu na University of Wisconsin durante a maior parte dos anos 1950. Foi lá que ela descobriu o fago lambda, fez pesquisas iniciais sobre a relação entre transdução e lisogenia do fago lambda, descobriu o fator de fertilidade F de E. coli com Luigi Luca Cavalli-Sforza eventualmente publicando com Joshua Lederberg, implementou a primeira implementação bem-sucedida de replicação em placa com Joshua Lederberg, e ajudou a descobrir e entender os mecanismos genéticos da transdução especializada. Essas contribuições estabeleceram a base para grande parte do trabalho de genética realizado na segunda metade do século vinte. Por causa de seu trabalho, ela é considerada uma pioneira na genética bacteriana.
Bacteriófago λ
Esther Lederberg foi a primeira a isolar o bacteriófago λ. Ela primeiro relatou a descoberta em 1951 enquanto era aluna de doutorado e mais tarde forneceu uma descrição detalhada em um artigo de 1953 na revista Genetics. Ela estava trabalhando com uma cepa E. coli K12 que havia sido mutagenizada com luz ultravioleta. Quando ela incubou uma mistura da cepa mutante com sua cepa parental E. coli K12 em uma placa de ágar, ela viu placos, que se sabia serem causados por bacteriófagos. A fonte do bacteriófago era a cepa parental K12. O tratamento com UV havia "curado" o bacteriófago da mutante, tornando-a sensível à infecção pelo mesmo bacteriófago que a parental produzia. O bacteriófago foi nomeado λ. Seus estudos mostraram que λ tinha tanto um estilo de vida típico no qual o fago rapidamente fazia muitas cópias de si mesmo antes de estourar para fora do hospedeiro E. coli quanto um estilo de vida alternativo no qual o fago existia silenciosamente dentro de E. coli como apenas outro marcador genético.
Esther e Joshua Lederberg demonstraram que λ, em sua forma quiescente, era mapeado geneticamente perto dos genes E. coli necessários para o metabolismo do açúcar galactose gal. Os Lederbergs propuseram que o material genético de λ estava fisicamente integrado ao cromossomo ao lado dos genes gal e subsequentemente se replicava como um profago junto com o DNA da bactéria hospedeira. Quando o profago é depois estimulado a deixar o hospedeiro, ele deve se excisionar do DNA hospedeiro. Ocasionalmente, o DNA do fago que é excisionado é acompanhado pelo DNA hospedeiro adjacente, que pode ser introduzido em um novo hospedeiro pelo fago. Esse processo é chamado de transdução especializada.
Após a publicação de seus estudos sobre λ ao longo de vários anos, Lederberg apresentou suas descobertas em conferências internacionais. Em 1957, Lederberg deu uma palestra sobre lisogenia λ e transdução especializada no Simpósio de Genética Bacteriana e Viral em Canberra, Austrália. Em 1958, ela apresentou suas descobertas sobre o mapeamento de estrutura fina do locus gal no 10º Congresso Internacional de Genética em Montreal, Canadá.
Fator de fertilidade bacteriano F
A descoberta do fator de fertilidade ou fator F por Lederberg surgiu diretamente de seus experimentos para mapear a localização do profago lambda no cromossomo E. coli por cruzamentos com outras cepas E. coli com marcadores genéticos conhecidos. Quando alguns dos cruzamentos falharam em gerar recombinantes, ela suspeitou que algumas de suas cepas E. coli haviam perdido um "fator de fertilidade." Nas suas próprias palavras:
Em termos de teste de marcadores disponíveis ... os dados mostraram que havia um locus específico para lisogenia. ... No curso de tais estudos de ligação [mapeamento genético], ...um dia, ZERO recombinantes foram recuperados....Explorei a noção de que havia algum tipo de 'fator de fertilidade' que, se ausente, resultava em nenhum recombinante. Resumidamente, nomeei isso como F.
Trabalhos posteriores de outros mostraram que o fator F é uma sequência de DNA bacteriano abrigando genes que permitem que uma bactéria doe DNA para uma bactéria receptora por contato direto em um processo chamado conjugação. A sequência de DNA codificando o fator F pode existir como um plasmídeo independente ou se integrar ao cromossomo da célula bacteriana.
Origem das mutações
O problema de reproduzir colônias bacterianas em massa na mesma configuração geométrica da placa de ágar original foi primeiro resolvido com sucesso pela replicação em placa, como implementado por Esther e Joshua Lederberg. Os cientistas haviam estado lutando por uma solução confiável por pelo menos uma década antes que os Lederbergs finalmente a implementassem com sucesso. Precursores menos eficientes da metodologia eram palitos, papel, escovas de arame e inoculadores com múltiplas pontas. A biógrafa Rebecca Ferrell acredita que o método que Lederberg inventou foi provavelmente inspirado pelo uso da prensa de seu pai em seu trabalho, pressionando uma placa de colônias bacterianas contra veludo estéril, após o qual foram carimbadas em placas de mídia com ingredientes diferentes, dependendo dos traços desejados que o pesquisador desejava observar.
Os Lederbergs usaram o método de replicação em placa para demonstrar que os mutantes resistentes a bacteriófagos e antibióticos surgiram na ausência de fagos ou antibióticos. A natureza espontânea das mutações foi previamente demonstrada por Luria e Delbrück. No entanto, muitos cientistas falharam em compreender os argumentos matemáticos das descobertas de Luria e Delbrück, e seu artigo foi ignorado ou rejeitado por outros cientistas. A controvérsia foi resolvida pelo experimento simples de replicação em placa dos Lederbergs.
Plasmid Reference Center
Esther Lederberg retornou a Stanford em 1959 com Joshua Lederberg. Ela permaneceu em Stanford pelo resto de sua carreira de pesquisa, dirigindo o Plasmid Reference Center PRC na Stanford School of Medicine de 1976 a 1986. Como diretora do PRC, ela organizou e manteve um registro dos plasmídeos, transposons e sequências de inserção do mundo. Ela iniciou o sistema de nomeação de sequências de inserção e transposons sequencialmente começando com IS1 e Tn1. A numeração sequencial continuou até sua aposentadoria.
Ela se aposentou de sua posição no Departamento de Microbiologia e Imunologia de Stanford em 1985, mas continuou seu trabalho no PRC como voluntária.
Honrarias profissionais
- 1956 Society of Illinois Bacteriologists: Prêmio Pasteur com Joshua Lederberg
- 1959 Bolsa Fulbright em bacteriologia para trabalhar na Melbourne University na Austrália.
- Fellow da American Association for the Advancement of Science
Em 1985, Lederberg foi homenageada como professora emérita em microbiologia e imunologia na Universidade de Stanford.
Desafios profissionais: discriminação de gênero
O microbiologista Stanley Falkow disse sobre Esther Lederberg que "Experimentalmente e metodologicamente ela era um gênio no laboratório." No entanto, embora Esther Lederberg fosse uma cientista pesquisadora pioneira, ela enfrentou desafios significativos como mulher cientista nos anos 1950 e 1960.
Após suas descobertas fundamentais do fator F e λ na pós-graduação, Joshua Lederberg a impediu de conduzir experimentos adicionais para dar continuidade às suas descobertas. Segundo Esther, Joshua, como seu orientador de tese, queria que ela terminasse sua dissertação de doutorado. Seu orientador de pós-graduação, R.A. Brink, pode não ter reconhecido a significância de suas descobertas. Ela pode ter sido totalmente reconhecida por suas descobertas se tivesse sido autorizada a persegui-las imediatamente. Em vez disso, o atraso prejudicou seu legado como cientista pesquisadora independente, e suas descobertas sobre sexo bacteriano agora são creditadas principalmente ao seu marido. De fato, a maioria dos livros didáticos destaca o papel de Joshua Lederberg nas descobertas feitas em conjunto com Esther. A falta de crédito que Esther Lederberg recebe pelo desenvolvimento da técnica de replicação em placa foi citada como um exemplo do efeito Matilda, no qual as descobertas feitas por mulheres cientistas são injustamente atribuídas aos seus colegas homens. No momento em que Joshua ganhou o Prêmio Nobel em 1958, os centros de pesquisa que o recrutavam viam Esther como sua esposa e assistente de pesquisa em vez de uma cientista independente.
Lederberg foi excluída de escrever um capítulo no livro de 1966 Phage and the Origins of Molecular Biology, uma comemoração da biologia molecular. De acordo com a historiadora da ciência Prina Abir-Am, sua exclusão era "incompreensível" por causa de suas importantes descobertas em genética de bacteriófago. Abir-Am atribuiu sua exclusão em parte ao sexismo que prevalecia durante os anos 1960.
Como Luigi Luca Cavalli-Sforza escreveu depois, "A Dra. Esther Lederberg desfrutou do privilégio de trabalhar com um marido muito famoso. Isso também foi às vezes um retrocesso, porque inevitavelmente ela não recebeu tanto crédito quanto realmente merecia. Eu sei que muito poucos, se algum, tiveram o benefício de um tão valioso colaborador quanto Joshua teve." Apesar disso, seu marido Joshua reconheceu seu trabalho e contribuições. Quando o casal frequentou o Simpósio Cold Spring Harbor de 1951, ele discutiu o trabalho de doutorado de Esther sobre E. coli e a reconheceu como segunda autora. Ferrell nota, no entanto, que ele não reconheceu posteriormente seu trabalho quando escreveu um relato autobiográfico de sua descoberta da recombinação genética em bactérias.
Lederberg foi uma defensora de si mesma e de outras mulheres durante os primeiros anos da segunda onda do feminismo. Como muitas outras mulheres cientistas na Universidade de Stanford, Lederberg lutou por reconhecimento profissional. Como seu marido começou seu mandato como chefe do departamento de genética em Stanford em 1959, ela e duas outras mulheres fizeram uma petição ao reitor da escola de medicina sobre a falta de mulheres no corpo docente. Ela foi eventualmente indicada para uma posição de corpo docente como Professora Pesquisadora Associada no Departamento de Microbiologia e Imunologia, mas a posição era sem permanência. De acordo com Abir-Am, Esther teve que lutar para permanecer empregada em Stanford após se divorciar de Joshua. Mais tarde em 1974 como uma Cientista Sênior, ela foi forçada a fazer a transição para uma posição como Professora Adjunta
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